课程设计螺旋千斤顶样本.docx

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课程设计螺旋千斤顶样本

辽宁信息职业技术学院

装备制造系

课程设计论文

题目：

螺旋千斤顶

班级：

姓名：

学号：

目录：

论文题目………………………………………………………第2页

正文………………………………………………………第3页～第19页

评语及成绩……………………………………………………第20页

论文题目：

附图：

结果

设计规定：

设计一种人力驱动螺旋千斤顶，示意图如下：

一、千斤顶概述

千斤顶是一种起重高度小（不大于1ｍ）最简朴起重设备。

它有机械式和液压式两种。

机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种。

千斤顶按工作原理分为：

螺旋千斤顶、齿条千斤顶、油压千斤顶。

二、螺旋传动设计和计算

1、螺旋传动应用和类型

螺旋传动是运用螺杆（丝杠）和螺母构成螺旋副来实现传动规定。

它重要用于将回转运动转变为直线运动，同步传递运动和动力。

它具备构造紧凑、转动均匀、精确、平稳、易于自锁等长处，在工业中获得了广泛应用。

（1）按螺杆与螺母相对运动方式，螺旋传动可以有如下四种运动方式：

①螺母固定不动，如图

螺杆转动并往复移动，这种构造以固定螺母为重要支承，构造简朴，但占据空间大。

惯用于螺旋压力机、螺旋千斤顶等。

②螺母转动，如图

螺杆做直线移动，螺杆应设防转机构，螺母转动要设立轴承均使构造复杂，且螺杆行程占据尺寸故应用较少。

③螺母旋转并沿直线移动，如图

由于螺杆固定不动，因而二端支承构造较简朴，但精度不高。

有些钻床工作台采用了这种方式。

④螺杆转动，如图

螺母做直线运动，这种运动方式占据空间尺寸小，合用于长行程螺杆。

螺杆两端轴承和螺母防转机构使其构造较复杂。

车床丝杠、刀架移动机构多采用这种运动方式。

本次设计螺旋千斤顶是运用了上图（a）运动方式，即螺母固定不动。

（2）按照用途不同，螺旋传动分为三种类型。

①传力螺旋以传递动力为主，规定以较小转矩产生较大轴向推力，普通为间歇性工作，工作速度较低，普通规定具备自锁能力。

如图：

②传导螺旋以传递运动为主，此类螺旋常在较长时间内持续工作且工作速度较高，传动精度规定较高，如图：

③调节螺旋用于调节并固定零件间相对位置，普通不经常转动，规定能自锁，有时也规定很高精度，如带传动张紧装置、机床卡盘和精密仪表微调机构螺旋等。

本次设计螺旋千斤顶就是运用了传力螺旋这种传动类型。

2、螺旋传动计算

按照螺旋副摩擦性质不同，螺旋传动又可分为滑动摩擦螺旋传动（简称滑动螺旋）、滚动摩擦螺旋传动（简称滚动螺旋）和静压滑动螺旋传动（简称静压螺旋）。

在螺旋传动中，构造最简朴应用最广泛是滑动螺旋，滑动螺旋副工作时，重要承受转矩和轴向拉力（或压力）作用，由于螺杆和螺母旋合螺纹间存在着较大相对滑动，因而，其重要失效形式是螺纹牙破损。

滑动螺旋基本尺寸普通依照耐磨条件拟定。

对于传力螺旋还应校核螺杆危险截面强度；对于青铜或铸铁螺母以及承受重载调节螺旋应校核其自锁性；对于精度传动螺旋应当校核螺杆刚度；对于受压螺杆，当其长径比很大时，应校核其稳定性；对于高速长螺杆，应校核其临界转速；规定自锁时，多采用单线螺纹，规定高效时，多采用多线螺纹。

（1）普通螺旋机构计算

普通螺旋机构当螺杆转Ψ角（rad）时，螺母轴向移动位移L（mm）为:

L=SΨ/2π（式3.1）

则式中S为螺旋线导程（mm）。

如果螺杆转速为n（r/min）时，则螺母移动速度v（mm/s）为:

V=Sn/60（式3.2）

（2）差动螺旋机构与复式螺旋机构计算

1-机架2-螺杆3-螺母4-导向杆

图3.4差动螺旋机构

上图螺旋机构中，螺杆1上有A、B两段螺旋，A段螺旋导程为SA（mm），B段螺旋导程为SB（mm），两者旋向相似，则当螺杆转Ψ角（rad）时，螺母轴向移动位移L（mm）为：

L=（SA-SB）Ψ/2π（式3.3）

如果螺杆转速为n（r/min）时，则螺母移动速度v（mm/s）为：

L=（SA-SB）n/60（式3.4）

由上式可知：

当A、B两螺旋导程SA、SB接近时，螺母可得到微小位移，这种螺旋机构称为差动螺旋机构（又称微动螺旋机构），惯用于分度机构、测微机构等。

如果两螺旋旋向相反，则螺母轴向移动位移L为：

L=（SA-SB）Ψ/2π（式3.5）

移动速度为：

V＝（SA-SB）n/60（式3.6）

这种螺旋机构称为复式螺旋机构，适合于迅速接近或离开场合。

滑动螺旋传动工作时，螺杆和螺母重要承受转矩和轴向载荷（拉力或压力）作用，同步在螺杆和螺母旋合螺纹间有较大相对滑动。

滑动螺旋传动重要失效形式是螺纹磨损。

因而，普通依照螺旋副耐磨性条件，计算螺杆中径及螺母高度，并参照螺纹原则拟定螺旋重要参数和尺寸，然后再对也许发生其她失效逐个进行校核。

3、螺旋传动设计和选材

滑动螺旋构造涉及螺杆、螺母构造形式及其固定和支承构造形式。

螺旋传动工作刚度与精度等和支承构造有直接关系，当螺杆短而粗且垂直布置时，如起重及加压装置传力螺旋，可以采用螺母自身作为支承构造。

当螺杆细长且水平布置时，如机床传导螺旋（丝杠）等，应在螺杆两端或中间附加支承，以提高螺杆工作刚度。

螺母构造有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。

整体螺母构造简朴，但由磨损而产生轴向间隙不能补偿，只适合在精度规定较低场合中使用。

对于经常双向传动传导螺旋，为了消除轴向间隙并补偿旋合螺纹磨损，普通采用组合螺母或剖分螺母构造。

运用螺钉可使斜块将其两侧螺母挤紧，减小螺纹副间隙，提高传动精度。

传动用螺杆螺纹普通采用右旋构造，只有在特殊状况下采用左旋螺纹。

螺杆和螺母材料应具备较高耐磨性、足够强度和良好工艺性。

表3.1螺杆与螺母惯用材料

螺纹副

材料

应用场合

螺杆

Q235Q2754550

轻载、低速传动。

材料不热解决

40Gr65Mn20GrMnTi

重载、较高速。

材料需经热解决，以提高耐磨性

9Mn2VGrWMn38GrMoAl

精密传导螺旋传动。

材料需经热解决

螺母

ZcuSn10P1ZcuSn5Pb5Zn5

普通传动

ZcuAL10Fe3ZcuZn25AL6Fe3Mn

重载、低速传动。

尺寸较小或轻载高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内空浇铸巴士合金或青铜

4、螺旋机构耐磨性计算

耐磨性计算尚无完善计算办法，当前是通过限制螺纹副接触面上压强ｐ作为计算条件，其校核公式为：

P＝≤[P]（式3.7）

式中，F为轴向工作载荷（N）；A为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力平面上面积（mm²）；d2为螺纹中径（mm）；P为螺距（mm）；h为螺纹工作高度（mm），矩形与梯形螺纹工作高度h=0.5P,锯齿形螺纹高度h=0.75P；z=H/P为螺纹工作圈数，H为螺纹高度（mm），[p]为许用压强（MPa）。

表3.2滑动螺旋传动许用压强

螺纹副材料

滑动副速度/（m·min-1）

许用压强/MPa

钢对青铜

低速

<3.0

6~12

>15

18~25

11~18

7~10

1~2

钢-耐磨铸铁

6~12

6~8

钢-灰铸铁

<2.4

6~12

13~18

4~7

钢-钢

低速

7.5~13

淬火钢-青铜

6~12

10~13

注：

ø<2.5或人力驱动时，[p]可提高20%；螺母为剖分式时，[p]应减少15%-20%。

为便于推导设计公式，令ø=H/d2，代入整顿后得螺纹中径设计公式为：

d2≥（式3.8）

对矩形、梯形螺纹，h=0.5P，则：

d2≥0.8（式3.9）

对锯齿形螺纹，h=0.75P，则

d2≥0.65（式3.10）

ø值依照螺母构造选用。

对于整体式螺母，磨损后间隙不能调节，通惯用于轻载或精度规定低场合，为使受力分布均匀，螺纹工作圈数不适当过多，宜取ø=1.2～2.5；对于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力较大，可取ø=2.5～3.5；传动精度高或规定寿命长时，容许ø=4。

依照公式计算出螺纹中径d2后，按国标选用螺纹公称直径d和螺距P。

由于旋合各圈螺纹牙受力不均，故z不适当不不大于10。

5、螺母螺纹牙强度计算

螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。

由于普通状况下螺母材料强度比螺杆低，因而只需校核螺母螺纹牙强度。

假设载荷集中作用在螺纹中径上，可将螺母螺纹牙视为大径D处展开悬臂梁，螺纹牙根部弯曲强度校核公式为：

=3Fh/πDb²z≤[]（式3.11）

剪切强度校核公式为：

τ=F/zπDb≤[τ]（式3.12）

式中D为螺母螺纹大径（mm）；b为螺母螺纹牙根部宽度（mm）；可由国标查得，也可取矩形螺纹b=0.5P，梯形螺纹b=0.65P，锯齿形螺纹b=0.74P；[]、[τ]分别为螺母螺纹牙许用弯曲应力和许用切应力（MPa）。

表3.3滑动螺旋副材料许用应力

项目

许用应力/Mpa

钢制螺杆

[σ]=σS/3~5σS为材料屈服极限/MPa

螺母

材料

许用弯曲应力[σb]

许用切应力[τ]

青铜

40~60

30~40

耐磨铸铁

50~60

40

铸铁

45~55

40

钢

（1.0~1.2）[σ]

0.6[σ]

注：

静载荷许用应力取大值。

若螺杆与螺母材料相似，由于螺杆螺纹小径d1不大于螺母螺纹大径D，故应校核螺杆螺纹牙强度，这时公式中D应改为d1。

6、螺杆强度校核

螺杆受轴向力F及转矩T作用，危险截面上受拉（压）应力σ和扭转切应力τ。

依照第四强度理论，τ螺杆危险截面强度校核公式为

式13

式中，d1为螺杆螺纹小径（mm）；[σ]为螺杆材料许用应力（MPa），见表1.8；T为螺杆所受转矩（N·m）；由式T=Ftan（λ+ρν）。

7、螺杆稳定性校核

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

因而，对细长螺纹应进行稳定性校核。

螺杆稳定性条件为

式14

式中，S为稳定性安全系数，对于传力螺旋取S=3.5～5；对于传导螺旋取S=2.5～4；对于精密螺杆或水平螺杆取S>4。

临界载荷FC与螺杆柔度γ及材料关于，依照γ=大小选用不同公式计算。

当γ≥85～90时，依照欧拉公式计算，即

式15

式中，FC为临界载荷（N）；E为螺杆材料弹性模量（MPa），对于钢E=2.06×105；I为危险截面惯性矩（mm4），I=，d1为螺杆螺纹内径（mm）；μ为长度系数，与螺杆端部构造关于，见表1.9；L为螺杆最大受力长度（mm）；i为螺杆危险截面惯性半径（mm），I==。

表1.9长度系数μ

螺杆端部构造

μ

两端固定

0.5

一端固定，一端不完全固定

0.6

一端固定，一端自由（如千斤顶）

2

一端固定，一端铰支（如压力机）

0.7

两端铰支（如传导螺杆）

1

注：

用下列办法拟定螺杆端部支撑状况：

采用滑动支承时：

lo为支承长度，do为支承孔直径，lo/do<1.5铰支；lo/do=1.5～3不完全固定；lo/do>3固定。

采用滚动支承时：

只有径向约束时为铰支；径向和轴向均有约束为固定。

当γ<85～90时；对σb≥380MPa碳素钢（如Q235、Q275）

Fc=（304-1.12γ）式16

当γ<85～90时，对σb≥470MPa优质碳素钢（如355、45）

Fc=（461-2.57γ）式17

当γ<40时，无需进行稳定性计算。

8、自锁性校核

对于规定自锁螺旋传动，应校核与否满足自锁条件，即

式18

式中，ƒν为螺纹副当量摩擦系数，见表1.10

表1.10螺旋传动螺旋副当量摩擦系数ƒν（定期润滑）

螺旋副材料

钢和青铜

钢和耐磨铸铁

钢和铸铁

钢和钢

淬