杨洋螺旋千斤顶.docx

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杨洋螺旋千斤顶

螺旋千斤顶设计说明书

-----精密机械设计课程大作业

学校：

中国科学技术大学

院系：

工程科学学院精密机械系

姓名：

杨洋

学号：

PB11009006

一、螺旋千斤顶设计…………………………………………………………………3

1.1设计题目……………………………………………………………………3

1.2设计要求……………………………………………………………………3

1.3设计目的……………………………………………………………………3

二、螺旋传动的选材与设计…………………………………………………………4

2.1螺杆的设计与计算……………………………………………………………4

2.1

（1）螺杆螺纹类型的选择………………………………………………4

2.1

（2）螺杆材料的选取……………………………………………………4

2.1（3）确定螺杆直径………………………………………………………4

2.1（4）自锁验算……………………………………………………………5

2.1（5）螺杆强度计算………………………………………………………5

2.1（6）稳定性计算…………………………………………………………5

2.1（7）螺杆结构设计………………………………………………………6

2.2螺母设计与计算…………………………………………………………………6

2.2

（1）螺母材料的选取……………………………………………………7

2.2

（2）确定螺母高度及螺纹工作圈数……………………………………7

2.2（3）校核螺纹牙强度……………………………………………………8

3、托杯的设计与计算………………………………………………………………8

四、手柄设计与计算…………………………………………………………………8

4.1手柄材料…………………………………………………………………9

4.2手柄长度…………………………………………………………………9

4.3手柄直径………………………………………………………………10

4.4手柄结构设计…………………………………………………………10

五、底座设计………………………………………………………………………11

参考资料……………………………………………………………………………11

一、螺旋千斤顶设计

1.1设计题目

千斤顶又叫举重器、顶重机、顶升机等，是一种用比较小的力就能把重物顶升、下降或移位的简单起重机具，也可用来校正设备安装的偏差和构件的变形等。

千斤顶主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。

其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。

千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备，千斤顶的顶升高度可达400mm，起重能力最大可达500t。

本课程要求：

最大起重量：

Qmax＝10kN，最大升距：

Hmax＝200mm

1.2设计要求

1.装配图

a.视图符合国家标准，装配关系正确，结构布置合理，能满足设计要求。

b.正确标注装配尺寸及轮廓尺寸，主要配合尺寸要标注配合精度。

c.列出零件明细表及标题栏，提出必要的装配技术要求。

2.零件图

a.零件图表达完整合理，比例合适，尺寸形状与装配图一致。

b.尺寸标注完整合理，标注粗糙度、尺寸公差、材料、热处理和技术要求等。

3.写出设计计算说明书（16开纸10页3000字左右）应包括:

a.设计任务和设计原始数据；

b.结构方案的分析和选择（结构,牙形,材料,强度,失效,安装,工艺,标准化等）；

c.设计计算应参考有关资料按步骤进行，写明计算公式，代入原始数据，写出结果和单位。

计算公式和设计参数标明来源[1],[2]...。

d.列出参考资料[1],[2]...。

1.3设计目的

1.培养学生综合应用所学基础理论课和专业课程知识，初步掌握机械装置的一般设计方法和步骤，培养学生的设计计算能力。

2.通过设计，让学生熟悉国家标准、图册、手册及有关规范，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。

二、螺旋传动的选材与设计

2.1螺杆的设计与计算

（1）螺杆螺纹类型的选择

常用的螺纹有矩形、梯形与锯齿形。

梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。

本次设计采用梯形螺纹，牙型为等腰梯形，牙形角α=30º,千斤顶的自锁行能要好，所以用单线。

螺纹的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。

（2）螺杆材料的选取

螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。

在此选用的是45钢。

（3）确定螺杆直径

磨损是滑动螺旋传动的主要失效形式，因此按耐磨性条件确定螺杆中径d2。

求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距t及其它尺寸。

计算过程：

滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力p，使其小于材料的许用压力[p]。

[1]

其中F（KN）:

作用域螺杆的轴向力，A（

）：

螺纹承压面积，

（

）：

螺纹的中径，h（

）：

螺纹的高度

P（

）：

螺纹的螺距，H（

）：

螺母的高度。

由于

，所以有

；

对于等腰梯形螺纹，

，

一般取1.2~3.5,所以本次取

=1.5。

因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，所以螺母选取青铜，由查表可知，许用压力[p]取为25MPa。

故，

=

=13.2查机械设计课程设计手册，中径d2=19.5mm，大径d3=22.5mm，小径d1=16.5mm，螺距P=5mm。

（4）自锁验算

自锁条件是γ≤v，式中：

γ为导程角；v为诱导摩擦角（为保证自锁，螺导程角至少要比诱导摩擦角小1°。

查教材[1]表9-5，f=0.08~0.10，此处取f=0.09

γ=

arctan（P/d2）=arctan[5/（3.14×19.5）]=4.67°[1]

v=arctan（f/cos

）=arctan[0.09/cos（30）]=5.90°[1]

则=4.67°

满足自锁条件

（5）螺杆强度计算

对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。

强度计算方法ca=

≤[][1]

其中扭矩

=10×103×tan（4.67°+5.90°）×19.5/2（N·mm）

=18193N·mm

查机械设计手册，对45钢，

=360MPa

由表5-13，[]=

=72~120MPa

d1=16.5mm，故，ca=

[1]

=48.10MPa≤[]=72.0MPa

满足强度条件

（6）稳定性计算

对于长径比大的受压螺杆，当轴向力F超过某一临界载荷FC时，螺杆可能会突然产生侧向弯曲而丧失稳定。

因此，对细长螺纹应进行稳定性校核。

螺杆的稳定性条件为：

SF（式中SF为安全系数，SF=2.5~4.0）

根据欧拉公式计算，即：

[1]

式中:

FC————临界载荷（N）；

E——螺杆材料的弹性模量（MPa），对于钢

；

I——危险截面的惯性矩（mm4），I=

，d2为螺杆螺纹中径（mm）；

μ——长度系数，与螺杆的支承结构有关；

L——螺杆最大工作长度（mm），一般取为螺杆支承间的距离；

为方便计算把上式写为

，m为螺杆支承系数，查教材[1]表9-3得

。

螺杆最大工作长度L=起重高度+螺母高度+1.5×d2=264.25mm

满足稳定性条件。

2.1（7）螺杆结构设计

螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，

因此需要加大直径。

手柄孔径dk的大小根据手柄直

径dp决定，dk≥dp十0.5mm。

由后面的计算可知手柄

的直径

=16mm，所以

。

为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。

退刀

槽的直径d4应比螺杆小径d1约小0.2~0.5mm。

。

退刀槽的宽度可取为1.5P=7.5mm。

为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1

的圆柱体。

为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端

必须安置钢制挡圈（GB/T891-1986）

，挡

圈用紧定螺钉（GB/T68-2000）

固定在螺杆端部。

2.2螺母设计与计算

（1）选取螺母材料

为了提高耐磨性，螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。

所以本次螺母材料选用锡青铜。

（2）确定螺母高度H及螺纹工作圈数u

螺母高度H=

d2，螺纹工作圈数

[1]，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数n

=n+1.5（应圆整）。

考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d。

H=

d2=1.5×19.5=29.25mm

螺纹工作圈数u

=

=5.85<10，符合要求

n

=n+1.5=5.85+1.5=7.35u圆整后n

=7）

螺母实际高度H

=n×P=7×5=35mm

由D≥

，[]=0.83[]b

[]=0.83×40=33.2，D4=22.5

D≥31.7mm取D=32mmD’=（1.3~1.4）D=41.6≈42mm

（3）校核螺纹牙强度

一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。

必要时还应对螺母外径3进行强度验算。

计算过程：

螺纹牙的剪切强度

；[1]

弯曲强度条件分别为：

；[1]

式中：

b为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65P;

查教材[1]表9-4，

=30~40Mpa,

=40~60Mpa

故，

=

=8.7MPa<30Mpa=

=

=20.10Mpa<40Mpa=

满足强度条件

三、托杯的设计与计算

托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见右图。

为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。

为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。

当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。

因此在起重时，托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。

≤[p]

式中：

[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。

[p]取20Mpa

图中δ取10mm，尺寸计算：

D10=（2.4~2.5）d=2.5

19.5=48.75≈49mm

D11=（0.6~0.7）d=0.65

19.5=12.675≈13mm

D13=（1.7~1.9）d=1.8

19.5=35.1≈35mm

D12=D13-（2~4）=35-3=32mm

故

=

=14.89Mpa<20Mpa=[

]

四、手柄设计与计算

4.1手柄材料

常用Q235和Q215。

本次课题选用Q235。

4.2手柄长度

扳动手柄的力矩K·Lp=T1+T2则

（式1-2）

式中：

K——加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为100～200N，工作时间较长时为50～150N。

T1——螺旋副间的摩擦阻力矩，

=10000×tan（4.67°+5.90°）×19.5/2=18193.8N·mm

T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，

（查教材[1]表9-5，对于钢-青铜的摩擦因数取f=0.09）

=（13+32）×0.09×10

/4=10125N·mm

则

=

=189.9mm

手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上

+（50～150）mm。

手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。

因此，手柄实际长度

=

+

+100=189.9+17.5+100=308mm

4.3手柄直径dp

把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为

≤[]F

（[]F：

手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q235时，[]F=120Mpa。

）

故dp≥

=

=15.7≈16mm

4.4手柄的结构设计

手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面应加上挡环，并用螺钉或铆合固定（如右图）。

图中尺寸：

dp=4mm

dp+（6~10）=dp+8=24mm

五、底座设计

底座材料常用铸铁（HT150及HT200），铸件的壁厚δ不应小于8～12mm，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成1∶10的斜度。

底座结构及尺寸如右图

图中δ取10mm，r取5mm，R取8mm；

H1=H+（14～28）mm=200+20=220mm

D6=D3+（5～10）mm=32+6=38mm

D7=D6+

=38+

=80mm

D8=

=

=113mm

式中：

[]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。

对于木材，取[]p=2~2.5MPa。

参考文献

[1]庞振基、黄其圣.精密机械设计.机械工业出版社，2012.

[2]濮良贵，纪名刚.机械设计.8版.北京：

高等教育出版社，2006.

[3]吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.3版.北京：

高等教育出版社，2006