螺旋千斤顶毕业设计论文.docx
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螺旋千斤顶毕业设计论文
第四章千斤顶的设计
已知轴向载荷F=15000N,最小高度271，最大高度为391mm,即最大举升高度391-271=120mm.方案图如下所示：
1—托杯2—手臂3—销4—手柄5—挡环6—螺套
7—螺杆8—螺钉9—底座
图4.1千斤顶剖视图
4.1螺杆的设计计算
4.1.1.选择材料
前面已做分析，此次设计选用梯形螺纹，基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。
考虑到千斤顶转速较低，单个作用面受力不大，螺杆材料常用Q235，275，40，45，55等，此处螺杆选常用的45钢。
由手册查σ=360Mpa；为了提高耐磨性，螺母选较软的材料锡青铜为ZCuSn10P-1，由上表知钢对青铜低速时，对人力驱动[p]可提高20%，即[p]=
，[p]=25MPa，螺母为整体螺母由于磨损后不能调整间隙，可视受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故
，此处取
。
4.1.2.确定螺杆直径
按耐磨性条件确定螺杆中径d2,求出d2后，按标准选取相应的公称直径d2，螺距p及其他尺寸。
根据规定对整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，可视受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取
，此处取
。
螺杆——螺母材料分别取为钢——青铜，查表3.2滑动速度为低速，对人力驱动[p]可提高20%，即[p]=
，[p]=25MPa，（摩擦系数起动时取大值，校核是为安全起见，应以起动时为准。
由f值0.08-0.1，应取f=0.1,代入F=40KN
梯形螺纹，h=05p,已知取
，则计算d2
（式4.1）
根据GB/T5796.3-,2005查得取标准
公称直径d=20mm
p取标准值p=4mm
小径D3=15.5mm
中径d2=D2=18mm
大径D4=20.5mm
牙顶和牙底宽=0.336p=1.344mm
4.1.3.螺纹副自锁性验算：
自锁条件是
式中：
为螺纹中径处升角；
为当量摩擦系数。
（
，式中
为螺纹工作面的牙形斜角）；
为当量摩擦角（为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小10.）
查教材表得
（取起动时计算用最大值）
故，
所以自锁性可保证。
4.1.4.螺杆强度校核
受力较大的螺杆需进行强度计算。
螺杆工作时承受轴向力F及转矩T的作用。
螺杆危险截面上既有压缩应力，又有切应力。
因此，校核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出螺杆危险截面的计算应力
，强度校核公式为：
（式4.13）
式中:
F-------螺杆所受的轴向压力，N；
A-------螺杆危险截面的面积；
；
----螺杆螺纹段的抗扭截面系数,
；
d1--------为螺杆螺纹的小径（mm）；
---为螺杆材料的许用应力（Mpa）；
T------为螺杆所受转矩（N.mm）；
其中扭矩
式中：
为螺纹中径处螺纹升角；
为当量摩擦角。
查手册GBT699---1999.45钢的
，
教材表5-13，如下表
表滑动螺旋副材料的许用应力
项目
许用应力/Mpa
钢制螺杆
为材料的屈服极限/Mpa
螺母
材料
许用弯曲应力
许用切应力
青铜
40-60
30-40
耐磨铸铁
50-60
40
铸铁
45-55
40
钢
（1.0-1.2）
0.6
注：
静载荷许用应力取大值。
安全系数3-5，取3。
故有：
所以得到强度校核满足设计要求。
4.1.5.螺杆稳定性校核
（1）计算柔度γ=
螺杆一端固定，一端自由，长度系数μ=2；螺杆最大受力长度L由起重高度
、螺母高H、铰支头高及螺杆轴向预留余量
决定，其中
。
因此，螺杆的工作长度
，螺杆危险截面惯性半径i=
。
γ=
=
>40（式4.24）
所以需要校核。
（2）计算临界载荷：
查手册表1-6，E取200GP。
I=
=
（式4.25）
因此：
FC=
（式4.26）
≥S=4
稳定性满足设计要求。
4.2螺母的设计计算
.2.1选取螺母材料
螺母选较软的材料锡青铜由上表3.1选取材料为ZCuSn10P-1。
.2.1确定螺母高度
及螺纹工作圈数U
螺母高
：
（式4.2）
螺纹工作圈数z：
（式4.3）
考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数
=10.5（
应圆整）考虑到螺纹圈数越多载荷分布越不均匀，故u不宜取大，此次设计u取11。
所以螺母的实际高度
.2.1校核螺纹牙强度
由上表查得青铜螺母螺纹牙许用弯曲应力
；
许用剪切应力
；
梯形螺纹螺纹牙根宽度
mm；
梯形螺纹螺纹牙工作高度
。
则：
①弯曲强度校核：
合格（式4.5）
②剪切强度校核：
，合格（式4.6）
式中：
——螺母螺纹大径，mm.
Z——螺母螺纹工作圈数。
.2.1螺母外部尺寸计算
（1）计算确定D3
螺母悬置部分受拉伸和扭转联合作用，为计算简单，将F增大30%，按拉伸强度计算得：
σ=
≤[σ]（式4.10）
式中，[σ]为螺母材料的许用拉伸应力，可取[σ]=0.83[σb]，由上表取
[σb]=50Mpa，因此[σ]=0.83[σb]=41.5Mpa。
故
D3≥
（式4..11）
取D3=32mm
（2）确定D5和a
按经验公式D5=（1.3～1.4）D3及a=
可求：
D5=（1.3～1.4）×32=41.6-44.8mm取D1=44mm（式4.12）
a=
=
（式4.13）
（3）校核凸缘支承表面的挤压强度，强度条件为：
σp=
≤[σp]（式4.14）
满足设计要求。
（4）校核凸缘根部弯曲强度：
σp=
=
（式4.15）
满足设计要求。
（5）校核凸缘根部剪切强度，强度条件为：
τ=
≤[τ]（式4.16）
式中，螺母材料的许用切应力[τ]=35Mpa
故：
τ=
（式4.17）
满足设计要求。
4.3手柄设计计算
4.3.1拖杯与手柄的结构：
确定手柄长度，则手柄上的工作转矩为：
T=FHLH=T1+T2=
（式4.18）
式中：
T1、T2——分别为螺纹副摩擦力矩及拖杯与接触面摩擦力矩（N·mm）；
fc————拖杯与支承面的摩擦系数，fc=0.15；
D0————托杯底座与支承面接触部分外径（mm），由经验公式
确定，取
mm；
d0————托杯底座与支承面接触部分内径（mm），取d0=16mm,FH为手作用在手柄上的力（N）；
LH————手柄有效长度（mm）。
如一人连续工作，手作用力通常取FH=150～200N,取FH=200N；
因此，200LH=
（式4.19）
得：
LH=228.62mm取LH=230mm
4.3.2确定手柄直径dk
选手柄材料为45钢，σS=360MPa，
许用弯曲应力
=140～180Mpa，取[σb]=160Mpa。
手柄的弯曲强度条件为：
σb=
（式4.20）
因此，dK≥
取dK=12mm（式4.21）
4.4托杯的设计计算
托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，取材料为Q235。
其结构尺寸见图。
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。
式中：
[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。
Q235:
[p]杯=225MPa；45钢：
[p]杆=570MPa取[p]杯。
D10=（2.4~2.5）d=2.45
20=49mm
D11=（0.6~0.8）d=0.7
20=14mm
D13=（1.7~1.9）d=1.8
20=36mm
D12=D13-（2~4）=36-4=32mm
h1=（1.5~1.8）d=1.8*20=36mm
故
满足设计要求
托杯厚度
=8~12mm，此处取
=10mm；杯底厚度为1.3
=13mm；沟纹宽度1.5
=10mm；
沟纹深度为
/2=5mm；托杯高度为1.8*d=1.8*20=36mm；
为保证托杯可以转动，螺杆顶端的垫片与托杯底部留有间隙，间隙值为3~4mm，因承受力不大，故取值为3mm。
4.5底座的设计
底座材料常用铸铁HT150及HT200，选用HT150。
铸件的壁厚δ不应小于8～12mm，取δ=15mm。
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。
底座结构及尺寸如图
S=（1.5~2）δ=1.5*15=22.5mm
D3=42mm
D5=D3+2δ=42+2*15+4=72mm
D6=D3=42mm
D7=D6+2*=52+=96mm
D8=1.35D7=1.35*96=130mm
4.6安装要求
螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用
或
等配合。
为了安装简便，需在螺母下端（图1―3）和底座孔上端（图1―7）做出倒角。
为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图1―1），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm。
2.4.1螺母的相关尺寸已得：
内螺纹小径D1=16mm
D3=1.5d=1.5×20=30mm
D4=1.4D3=1.4×30=42mm
H′=44mm;；
a==18mm
第五章螺旋千斤顶图形的绘制
要绘制螺旋千斤顶的装配图，首先应当选定绘图比例和图幅后布置视图，先确定各视图的位置，画出主要轴线、中心线及基准线。
然后开始画底图，按照“先主后次”的原则，沿装配轴线按装配关系依次画出底座→螺套→螺旋杆→绞杠→顶垫等零件。
底图完成后，检查加深图线，还要进行尺寸标注，编注零件序号，填写明细栏、标题栏等，完成全图。
同时要了解千斤顶的工作原理：
千斤顶是利用螺旋传动来顶举重物的一种起重或顶压工具，常用于汽车修理及机械安装中。
工作时，重物压于顶垫之上，将手炳穿入螺旋杆上部的孔中，旋动手炳，螺旋杆在螺套中靠螺纹做上、下移动，从而顶起或放下重物。
螺套镶在底座里，用螺钉定位，磨损后便于更换。
顶垫套在螺旋杆顶部，其球面形成传递承重之配合面，由螺钉锁定，使顶垫相对螺旋杆旋转而不脱落。
图4.1螺旋千斤顶的轴测图
因此由螺旋千斤顶的工作原理可知，千斤顶的装配主干线是螺旋杆，为了清楚的表达千斤顶的内外部装配结构，则绘制了千斤顶的全剖视图。
在主视图上，千斤顶的7个零件所处的位置及装配关系、各零件的主要形状均已表达清楚，只有螺旋杆上与绞杠配合的孔没有表达充分，故采用剖面图A—A表达清楚。
所以螺旋千斤顶的装配图如下：
图4.2螺旋千斤顶的装配图
第六章使用千斤顶的注意事项
1.无论哪种千斤顶都不准超负荷使用，以免发生人身或设备故障。
2.千斤顶使用前，应检查各零件是否灵活可靠，有无损坏，油液是否干净，油阀、活塞、皮碗是否完好。
3.千斤顶工作时，要放在平整坚实的地面上，并要在其下面垫枕木、木板或钢板来扩大受压面积，防止塌陷。
4.千斤顶安放位置要摆正，顶升时，用力要均匀；卸载时，要检查重物是否支撑牢固。
5.几台千斤顶同时作业时，要动作一致，保证同步顶升和降落。
6.螺旋千斤顶和齿条千斤顶，在任何环境下都可使用。
而液压千斤顶在高温和低温条件下不准使用。
7.螺旋千
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