螺旋千斤顶课程设计心得【模版】

螺旋千斤顶

设计计算说明书

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专业年级

设计者

指导教师

成绩

2010年11月1日

目录

螺旋千斤顶 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 1 - 目录-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 2 - 设计任务书 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 3 -

一、千斤顶材料的选择------------------------------------------------------------------------------------------------- - 4 -

1.1、托杯、底座和手柄材料的选择 -------------------------------------------------------------------------- - 4 -

1.2、螺母和螺杆材料的选择 ----------------------------------------------------------------------------------- - 4 -

二、螺纹类型的确定---------------------------------------------------------------------------------------------------- - 4 -

2.1、螺纹的选择 --------------------------------------------------------------------------------------------------- - 4 -

三、零件尺寸的计算---------------------------------------------------------------------------------------------------- - 5 -

3.1、螺杆 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 5 -

3.1.1、螺杆直径及螺纹的计算--------------------------------------------------------------------------- - 5 -

3.1.2、自锁性的验证 --------------------------------------------------------------------------------------- - 6 -

3.1.3、螺杆强度的验证 ------------------------------------------------------------------------------------ - 6 -

3.1.4、螺杆稳定性的验证 --------------------------------------------------------------------------------- - 7 -

3.1.5、螺杆柔度 --------------------------------------------------------------------------------------------- - 8 -

3.2、螺母 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 8 -

3.2.1、螺母设计与计算 ------------------------------------------------------------------------------------ - 8 -

3.2.2、螺母螺纹牙的强度计算--------------------------------------------------------------------------- - 9 -

3.2.3、安装要求 --------------------------------------------------------------------------------------------- - 9 -

3.3、托杯的尺寸计算-------------------------------------------------------------------------------------------- - 10 -

3.4、手柄 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 11 -

3.4.1、手柄的设计与计算 -------------------------------------------------------------------------------- - 11 -

3.4.2、结构--------------------------------------------------------------------------------------------------- - 11 -

3.5、底座设计 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 参考文献： --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 12 -

设计任务书

设计题目：螺旋千斤顶

千斤顶结构简图：

设计条件：

1、最大起重量F = 40kN；

2、最大升距H =200mm；

3、低速。

设计工作量：

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；编写设计计算说明书一份。

一、千斤顶材料的选择

千斤顶属于传力螺旋传动，这种螺旋传动类型主要是承受很大的轴向力，为间歇性工作方式，每次的工作时间较短，工作的速度也不高，而且要求有自锁能力。

千斤顶的组成零件有托杯，螺钉，手柄，挡环，螺母，紧定螺钉，螺杆，底座，挡环。对于螺钉，挡环等零件，属于标准件，可以根据要求，选取适当的型号。而对于托杯，手柄，螺母，螺杆，底座，需要进行具体的设计。

1.1、托杯、底座和手柄材料的选择

对于托杯和底座，我们可以看出，在工作的时候，需要承受较大的压应力，所以，在材料选择时，我们应该选取强度较高的材料。根据材料的一般性质，强度随着含碳量的增加而提高。所以，底座材料我们可以选择HT150。该零件可以经过锻造正火处理，已达到强度要求。而托杯材料，我们选择Q235。

手柄材料的选择，常用材料Q235。

1.2、螺母和螺杆材料的选择

表1-2

上表即是螺母和螺杆常用的几种材料。

根据实验的要求可知，该千斤顶受力不大，转速较低，而且主要承受的是压应力。所以由表1-2，我们选择45#钢作为螺杆的材料。

而对于螺母，需要较高的强度和耐磨性。所以由表1-2，我们选择ZCuSn5Pb5Zn5（铸锡青铜）作为螺母的材料。

二、螺纹类型的确定

2.1、螺纹的选择

螺纹的种类有很多，见表2-1

表2-1

而作为传动类螺纹的主要有矩形、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。故本实验选梯形螺纹，它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。

三、零件尺寸的计算

3.1、螺杆

3.1.1、螺杆直径及螺纹的计算

按耐磨性条件确定螺杆中径d 2。求出d 2后，按标准查表选取相应公称直径d 、螺距p 及其它尺寸。

螺杆直径：

]

[d 2p h FP

φπ≥

对于矩形和梯形螺纹，h=0.5P,则：

]

[8

.0d 2p F

φ≥ [p]为材料的许用压力，单位为MPa ，具体数据见书中表5-12。对于本体，进过查表，我们选择[p]=20MPa.

φ的取值一般在1.2~3.5，根据传动精度，载荷大小和使用寿命的不同而选取不同的值。对于本题，

我们选择φ=1.4。 将数据代入上式，得：

mm m p F 2.3010

204.110408.0][8.0d 6

3

2=???=≥φ 查表得公称直径：d=34mm ，则螺距p=6mm ，中径2d =31.00mm ，小径3d =27.00mm 。 由配合关系可以得到螺母的基本尺寸：

小径1D =28.00mm ，中径2D =2d =31.00mm ，大径4D =35.00mm 。

3.1.2、自锁性的验证

螺纹的几何参数确定后，对于像千斤顶这种有自锁性要求的螺旋副，还应该校核螺旋副是否满足自

锁性条件，即：

09

.0f d

p

arctan arctanf cos f

arctan

v

v ====≤，查表得其中πββ

?ψ

代入公式后，即是验证： β

βcos 9

.0tan ≤

其中βtan =

062.031

6

d =?=ππP ，οβ547.3=，

902.0998.09.0cos 9.0≈=β， 显然，满足自锁性要求。

3.1.3、螺杆强度的验证

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(5-47)，

2

332232.04???? ?

?+???? ??d T d F π≤[σ]

其中T= N F 361.5473cos 0.09

10402d f 32v =??=?

?ο

查手册，45钢，s σ=355MPa [σ]=

4

~3s

σ=

3

s

σ=

3

355

MPa ，F=40KN ，3d =27.00mm ，代入上式，得：

2

3332233)1000.27(2.01060.31000.2710404???? ?????+???? ??????--）（π=106.3MPa ≤3

355

=118.7MPa 图中，13D =（1.7~1.9）×d=61.00mm

（1.4~1.6）×d=45.00mm

3.1.4、螺杆稳定性的验证

对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力F 大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力F （单位为N ）必须小于临界载荷cr F （单位为N ）。则螺杆的稳定性条件为：

s cr

cr S F

F S ≥=

上式中s S 为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋如千斤顶，s S =3.5~5.0；本实验中我们取s S =4.0。

cr S 称为螺杆稳定性的计算安全系数。cr F 为螺杆的临界载荷：

2

2)(l EI F cr μπ=

螺杆的临界载荷cr F 与柔度s λ有关，s λ=i

l

s μλ=

，μ为螺杆的长度系数，与螺杆的端

部结构有关，l 为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取l ＝H +5t+(1.4~1.6)d ，

i 为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=πd 12/4，则

4

1

d A I i =

=

I 为螺杆危险截面的轴惯性矩：44

1,64

mm d I π=

当螺杆的柔度s λ＜40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。

3.1.5、螺杆柔度

（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I 和i

I=64

4

3d π=

()

64102714.34

3

-??=2.6410?4mm

4

3d A I i =

=

=410273

-?=6.75mm

（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l l ＝H +5p+(1.4~1.6)d =200+5×6+1.5×34=281mm

查表得μ=2.00（一端固定，一端自由），E=200GPa 。 将以上数据代入临界载荷条件，得：

N l EI F cr 3

2

38922210162)

102812(106.210200)(?=??????==--πμπ 所以，F F S cr cr =

=6.440

162

=≥s S =4.0 3.2、螺母

3.2.1、螺母设计与计算

根据课本中的说明，螺纹的高度2d φ=H 。上文中已经说明，φ=1.4，2d =31mm ，所以H =44mm 。而螺纹工作圈数n==P

H

7.2，取8圈。需要说明的是，螺纹的工作圈数不宜超过10圈，8圈显然是符合这一要求的。

3.2.2、螺母螺纹牙的强度计算

螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。

如图所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D 处展开，则可看作宽度为πD 的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为

u

F

，并作用在以螺纹中径2D 为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面a-a 的剪切强度条件为

][bu

τπτ≤=

D F

螺纹危险截面a-a 的弯曲强度条件为

][u

b 62

b D Fl

σπσ≤=

经计算，MPa 95.118

106634.010*********

=???????=

--πτ MPa 9.268

)10665.0(1035105.1104062

333

3=??????????=---πσ 又经查表得[τ]=35MPa ，[σ]=50MPa ，对比可知均满足强度要求。

3.2.3、安装要求

螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用

78r H 或7

8n H

等配合。为了安装简便，需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm 。 2.4.1 螺母的相关尺寸计算 查手册D=d+1=35mm 内螺纹小径D 1=d-7=28mm

D3= (1.6~1.8)D =1.7×35=59.5mm D4= (1.3~1.4)D3 =1.3×59.5=77.35mm H=44mm

a=H/3=44/3=14.5mm

3.3、托杯的尺寸计算

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。

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。

4

)

D D (2

11212-=

πF

p ≤[p ] （式1-1） 式中：[p ]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p ]的小者。

D 10=(2.6~3.0)d =3.0?34=100.00mm

D 11=(0.6~0.7）d=0.6534=22.1mm D 13=(1.7~1.9)d=1.8?34=61mm D 12=D13-3=58mm （1.5~1.8）d=40.00mm 故 4

)

D D (2

11212-=

πF

p ≤[p ] ([p ]>23Mpa) = 4

)

024.0064.0(14.310402

23

-?，满足要求。

3.4、手柄

3.4.1、手柄的设计与计算

千斤顶在工作时，需要在手柄上作用一定的外力，以使螺纹旋转，以推动托杯上重物的升高。手柄在受力时，相当于悬臂梁收单一径向轴端的外力的情况，需要同时校核手柄的剪切应力与轴向应力，即

?????????

=≤?≤??≥?数。

，为手柄的抗扭截面系其中，外外

32d

],[]

[d 4d

f 3p 23

2v πστπW W

L F F

F L F

前文已经确定，手柄的材料选择Q235。于是，查表得[σ]=170MPa, ][τ=100MPa. 将已知数据代入上式，并根据千斤顶本身的工作性质确定 手柄的长度L=1000mm ，直径p d =30mm

3.4.2、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。

图中尺寸：3

1

p d =7mm

+p d (6~8)= +p d 8=28mm

3.5、底座设计

底座材料常用铸铁HT150及HT200，我们选择HT150。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。

底座结构及尺寸如图 .

图中

H 1=H+（14～28）mm =200+20=220mm H-a=44-14.5=29.5mm D=d+1(查手册) =34+1=35

D 6=D 3+（5～10）mm =61+6=67mm

D 7=D 6+51

H =67+5

220=121mm D 8=

2

7

p

D ][π4+σF =23

1112

14.310404+???=194.0mm

σ取10mm ，则S=σ×（1.5~2）=20mm

式中：[σ]p ——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取[σ]p =2~2.5MPa 。

参考文献：

[1]濮良贵、纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2006. [2]马兰.机械制图[M]。北京：机械工业出版社，2007. [3] 孙恒.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2006.