机械毕业设计1100螺旋千斤顶说明书

螺旋千斤顶

设计计算说明书

院系工程技术学院

专业年级机械设计制造及其自动化2009级2班设计者

指导教师

成绩

螺旋千斤顶设计任务书

学生姓名专业年级机械设

设计题目：设计螺旋千斤顶

设计条件：

1、最大起重量F = 65 kN；

2、最大升距H =240 mm。

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：20 年月日

1

目录

1螺杆的设计与计算 (3)

1.1螺杆螺纹类型选择 (3)

1.2选取螺杆材料 (3)

1.3确定螺杆直径 (3)

1.4自锁验算 (3)

1.5结构 (4)

1.6螺杆强度计算 (4)

1.7稳定性计算 (5)

1.7.1计算柔度 (6)

1.7.2计算稳定性 (6)

2螺母设计与计算 (6)

2.1选取螺母材料 (6)

2.2确定螺母高度H'及螺纹工作圈数u (6)

2.2.1求螺母高度H' (7)

2.2.2螺纹工作圈数u (7)

2.2.3螺母实际高度H' (7)

2.3校核螺纹牙强度 (7)

2.4结构要求 (8)

3托杯的设计与计算 (8)

4手柄设计与计算 (9)

4.1手柄材料 (10)

4.2手柄长度Lp (10)

4.3手柄直径dp (11)

4.4结构 (11)

5底座设计 (12)

参考资料 (13)

2

螺旋千斤顶设计

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。故选梯形螺纹，它的基本牙形按

GB/T5796.1—2005的规定。

1.2选取螺杆材料

螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。

1.3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

公称直径d、螺距t及其它尺寸。

有d2≥[]p h Ft

πφ

根据国家规定φ=1.2~3.5，取φ=1.2（梯形螺纹）；h=0.5t；查

教材表5-12，[p]取20Mpa。

故，d2≥[]p h Ft

πφ= 0.8

]

[p

F

φ

=41.5mm

查机械设计课程设计手册，d取48mm，t=8mm，d1=39mm，d2=44mm 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，但为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。

查教材表5-12，f取0.09 选梯形螺纹选40钢

d=48mm

t=8mm

d1=39mm d2=44mm

3

ψ =arctan(t /π d2)=arctan[ 8/(3.1444

?)] =2.88°ρv=arctan（f/cosβ）=arctan[ 0.09/cos(30°/2)]=5.35°则ψ=2.88°<ρv-1°= 4.35°

满足自锁条件

1.5结构如下图（1-2）:

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d k的大小根据手柄直径

d p决定，d k≥d p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。

其中：1.5t=12mm d4=38.5mm

D13=(1.7~1.9)d=87mm

(1.4~1.6)d=72mm

0.25d=0.25×48mm=12mm

d+(6~10)=48+8=56mm

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ψ=2.88°

ρv=5.35°

ψ<ρv-1°

满足自锁条件

1.5t=12mm

d4=38.5mm

D13=87mm (1.4~1.6)d

=72mm 0.25d=12mm

d+(6~10)

=56mm

4

5

的强度。强度计算方法参阅教材公式(5-47)， σca =2

312211634???

? ??+???? ??d T d F ππ≤[σ] 其中扭矩

=65×103×tan(2.88°+5.35°) ×44/2N ·mm

=206830 N ·mm

查机械设计课程设计手册，对40钢，s σ=335MPa 由表5-13， [σ]=

5~3s σ=4

s σ=4335

=83.75MPa

d 1=39mm ，故，σca =()()2

32

233914.32068301633914.310654???

?

?????+???? ?????

=62.50MPa≤[σ]=83.75MPa

满足强度条件

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。

F cr / F ≥ 2.5 ~ 4

螺杆的临界载荷F cr 与柔度λs 有关，λs =μl /i ，

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

1d A I

i ==

(I 为螺杆危险截面的轴惯性矩)

当螺杆的柔度λs ＜40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。

T =206830N ·mm

s σ=335Mpa

[σ]=83.75MPa

σca =62.50MPa

σca ＜[σ] 满足强度条件

2

)tan(2d

F T v ?+=ρψ

6

1.7.1计算柔度

（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I 和i

I=644

1d π=()64

3914.34

?=113560 mm 4

4

1d A I i ==

=

439=9.75mm （2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l

l ＝H +5t+(1.4~1.6)d =240+5×8+1.5×48=352mm (3)计算柔度

查教材表5-14，μ取2(一端固定，一端自由) 查教材公式5-51，E =2.06×105MPa λs =μl /i

=75

.93522?=72.2>40，所以需要进行稳定性校核。

1.7.2计算稳定性

（1）计算临界载荷F cr

F cr =()()2

522235221135601006.214.3????=

l EI μπ=465850N (2) 稳定性计算

65000465850=F F cr =7.1≥ 3.5 ~ 5 满足稳定性条件。

2螺母设计与计算

2.1选取螺母材料

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。

2.2确定螺母高度H '及螺纹工作圈数u

I =113560mm 4

i =9.75mm l =352mm λs =72.2

F cr =465850N

F F cr

=7.1

≥ 3.5 ~ 5 满足稳定性条

件

选铸锡青铜ZCuSn10P1

7

螺母高度H '=φd 2，螺纹工作圈数p H '

=

u ，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u ' = u+1.5(u '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 。螺母高度由下式计算：H '= u 't 。 2.2.1初求螺母高度H '

H ' =φd 2

=1.2×44=52.8mm

2.2.2螺纹工作圈数u

t

u H '==88

.52=6.6<10，符合要求

u ' = u+1.5 =6.6+1.5=8.1 u '应圆整, u '取8 2.2.3螺母实际高度H ' H '= u 't =8×8=64mm 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D 3进行强度验算。

查教材公式5-48,5-49，螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：

[]τπτ≤=Dbu F

；[]b u

Db Fl σπσ≤=2

6 式中：b 为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65t;

l 为弯曲力臂，l =（D-D 2）/2;

查机械设计课程设计手册表3-8，D=d+1=49mm, D 2 =44mm

查表5-13，[]τ取30Mpa, []b σ取40Mpa

H '=48mm u=6.6 u '=8

8

故，=τDbu F π=8

865.04914.310653

?????

=10.15MPa<30 Mpa =

σu Db Fl 26π=()8

865.04914.35.21065623??????? =29.28Mpa<40Mpa

满足强度条件

2.4 结构要求

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 （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 。 螺母的相关尺寸计算 D=d+1=49mm D 3= (1.6~1.8)D =1.7×49mm=83mm D 4= (1.3~1.4)D 3 =1.4×83mm=117mm H′=64mm

a=H′/3=64/3=21.3mm

3托杯的设计与计算

=τ10.15Mpa

=σ29.28Mpa

满足强度条件

D=49mm D 3=83mm D 4=117mm

a=21.3mm

9

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。[p ]取20Mpa

图中δ取10mm ，尺寸计算：

D 10=(2.4~2.5)d=2.5?48=120mm

D 11=(0.6~0.7）d=0.65?48=31.2mm 圆整为32mm D 13=(1.7~1.9)d=1.8?48=86.4mm 圆整为87mm D 12= D 13-(2~4)=87-3=84mm 故4

)

D D (2

11212-=

πF

p ≤[p ] =

4

)

3284(14.310

65223

-??

=13.72Mpa<20Mpa

4 手柄设计与计算

δ=10mm D 10=120mm D 11=32mm D 13=87mm D 12=84mm

p =13.72MPa <[p ] 满足压力强度条件

10

4.1手柄材料

常用Q235和Q215。 4.2手柄长度L p

板动手柄的力矩：

K ·L p =T 1+T 2则K

T

T L 21p +=（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150～250N ，工作时间较长时为100～150N 。 T 1——螺旋副间的摩擦阻力矩，

=65×103×tan(2.88°+5.35°) ×2

44 =206830N ·mm

T 2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩， T 2 = (D 12+D 11) fF /4。

(查机械设计课程设计手册表1-10，对于钢-钢的摩擦因数f =0.1) =(84+32)×0.1×65310?/4=188500N ·mm

则K

T T L 2

1p +=

(K 取200) =200

188500

206830+=1976.5mm

手柄计算长度L p 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2

D

13+（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

选Q235

T 1=206830N ·m m

T 2=188500N ·m

p L =1976.5mm

。2

)tan(2

1d F T v ?

+=ρψ

11

`

p L =p L +

2

87

+100=1976.5+43.5+100=2120mm 4.3手柄直径d p

把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径d p ，其强度条件为

3p

p F d 1.0KL =

σ ≤[σ]F （式1-3）

故d p ≥3

F

p

][1.0σKL

≥31201.02120200??=32.8mm 圆整为33mm

式中：[σ]F ——手柄材料许用弯曲应力， 当手柄材料为Q215和Q235时，[σ]F =120Mpa 。 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。

'

`p L =2120mm

d p =33mm

12

图中尺寸：4

1

d p =8.25mm 圆整为8mm

d p +(6~10)= d p +7=33+7=40mm

5 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。底座结构及尺寸如图1―7

图中δ取10mm ，r 取5mm ，R 取8mm ；

H 1=H+（14～28）mm =240+20=260mm

D 6=D 3+（5～10）mm =83.3+6.7=90mm

D 7=D 6+51H =90+5

260

=142mm D 8=

2

7p

D ][π4+σF =

23

1422

14.310

654+???

=248mm

式中：[σ]p ——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取

4

1

d p =8mm d p +(6~10) =40mm

选HT200

δ=10mm H 1=260mm D 6=90mm D 7=142mm

D 8=248mm

[ ]p=2~2.5MPa。

参考文献

[1]濮良贵，纪名刚. 机械设计. 8版. 北京：高等教育出版社，2006.

[2]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.

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