螺旋千斤顶计算说明书.docx

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螺旋千斤顶计算说明书

螺旋千斤顶设计任务书

学生姓名

王辉

专业年级

2007级机械设计制造及其自动化

设计题目：

设计螺旋千斤顶

设计条件：

1、最大起重量F=55kN；

2、最大升距H=220mm。

设计工作量：

1、绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表；

2、编写设计计算说明书一份。

指导教师签名：

2009年月日

一、作业目的

1.熟悉螺旋千斤顶的工作原理，设计与计算的方法；

2.运用所学的知识解决设计中所遇到的具体实际问题，培养独立工作能力，以及初步学会综合运用所学知识，解决材料的选择，强度计算和刚度计算，制造工艺与装配工艺等方面的问题；

3.熟悉有关设计资料，学会查阅手册和运用国家标准。

二、螺旋千斤顶的设计

千斤顶一般由底座1，螺杆4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1―1）。

螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。

设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。

设计的原始数据是：

最大起重量F（kN）和最大提升高度H（mm）。

螺旋千斤顶的设计步骤如下：

计算及说明

结果

1.螺杆的设计与计算

1.1螺杆螺纹类型的选择

螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。

梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺性好，牙根强度高，对中性好，所以选择梯形螺纹，基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。

1.2选取螺杆材料

螺杆材料选择45号钢，σs=355MPa，根据主教材表2.8，选安全系数S=4，则

。

1.3确定螺杆直径

按耐磨性条件确定螺杆中径d2。

因选用梯形螺纹且螺母兼作支承，故取

。

代入数据，得

根据螺杆中径

按照GB/T5796.2-2005标准，选取螺杆的公称直径

，螺距

，线数

，螺旋副的摩擦系数

。

1.4自锁验算

自锁条件是ψ≤ρv。

式中：

ψ为螺纹中径处升角；ρv为当量摩擦角（当量摩擦角ρv=arctanμv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。

4°9'41″

5°19'23″

∴

1°

∴满足自锁条件

1.5结构（见图1―2）

计算得：

查表得：

计算及说明

结果

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。

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1.5t。

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。

1.6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。

强度计算方法参阅教材公式（5.28），其中扭矩

式中：

ψ为螺纹中径处升角，ρv为当量摩擦角。

代入数值得：

根据第四强度理论校核螺杆的强度：

∴该螺杆满足强度要求

1.7稳定性计算

细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。

螺杆危险截面的惯性半径

（I为螺杆危险截面的

螺杆承受扭矩

计算及说明

结果

轴惯性矩）

螺杆的长度系数

举起重物后托杯底面到螺母中部的高度

∴螺杆的柔度

本题螺杆不淬火，λs＜90

（1）

（2）

联立

（1）、

（2）两式，并代入数值得：

∴

，螺杆满足稳定性要求

综上可得：

所选螺杆材料为45钢，公称直径d=44mm，中径d2=40.5mm，小径d3=36mm，螺距t=7mm，线数n=1。

2.螺母设计与计算

2.1选取螺母材料

螺母材料选用青铜：

ZCuA19Mn2，许用压强

。

2.2确定螺母高度H'及螺纹工作圈数u

螺母高度

∵螺纹实际工作圈数

∴螺纹圈数需要调整。

螺杆的耐磨性已相当富裕，因此可以通过适当降低螺母高度来调整，故选

螺杆材料为45钢，

d=44mm，

d2=40.5mm，

d3=36mm，

t=7mm，

n=1

螺母材料：

ZCuA19Mn2

计算及说明

结果

2.3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。

螺母的其它尺寸见图1―3。

必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。

根据教材表5-13，对于青铜螺母

，这里取

，根据教材式（5-48）得螺纹牙危险截面的剪切应力为

∴满足要求

2.4螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用

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）。

选取紧定螺钉规格：

螺钉GB/T71

螺纹牙危险截面的剪切应力：

紧定螺钉：

计算及说明

结果

3.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，其结构尺寸见图1―4。

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。

压力强度校核公式：

式中，

代入数值得，

选托杯材料：

HT200由经验公式得，

∵

∴托杯满足要求

4.手柄设计与计算

4.1手柄材料

手柄材料选用Q235钢

4.2手柄长度

板动手柄的力矩：

K·Lp=T1+T2，则

式中：

K——加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150～250N，工作时间较长时为100～150N，本题中选

T1——螺旋副间的摩擦阻力矩，

T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，

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

计算及说明

结果

，本题中取

。

综上可得，手柄长度

由于手柄长度不能超过千斤顶，因此可以减小手柄的尺寸。

取

，使用时可在手柄上另加套管。

4.3手柄直径

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：

故

可以取

4.4结构

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（图1―6），并用螺钉或铆合固定。

5.底座设计

底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1―7），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。

图中，

底座下垫物为木材，许用挤压应力

计算及说明

结果

参考文献

[1]吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册[M].3版.北京:

高等教育出版社,2006.

[2]濮良贵、纪名刚.机械设计[M].8版.北京:

高等教育出版社，2005.

[3]张肖鹏.机械设计同步辅导及习题全解.北京:

中国矿业出版社.2007.