机械设计课程大作业(螺旋千斤顶说明书)

机械设计课程作业设计说明书

题目：螺旋传动设计

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目录

1、设计题目 (2)

2、螺纹、螺杆、螺母设计 (2)

3、耐磨性计算 (2)

4、自锁性校核 (3)

5、螺杆强度校核 (3)

6、螺母螺纹牙强度校核 (3)

7、螺杆的稳定性校核 (4)

8、螺母外径及凸缘设计 (5)

9、手柄设计 (5)

10、底座设计 (6)

11、其余各部分尺寸及参数（符号见参考书） (6)

12、螺旋千斤顶的效率 (6)

13、参考资料 (7)

1、设计题目

螺旋千斤顶

已知条件：起重量Q=37.5KN ，最大起重高

度H=200mm ，手柄操作力P=200N 。

2、螺纹、螺杆、螺母设计

本千斤顶设计采用单头左旋梯形螺纹传动，

单头螺纹相比多头螺纹具有较好的自锁性能，

且便于加工，左旋符合操作习惯。由于螺杆承

受载荷较大，而且是小截面，故选用45号钢，

调质处理。查参考文献得σs=355MPa,

σb =600MPa ，S=4，

［P ］=20MPa 。剖分式螺母不适用于此，所以

选用整体式螺母。

由于千斤顶属于低速重载的情况，且螺母

与螺杆之间存在滑动磨损，故螺母采用强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜ZCuAl10Fe3。查参考文献得［τ］=35MPa ，b δ［］=50MPa 。

托杯和底座均采用HT250材料。

3、耐磨性计算

查参考文献得[p]=18~25MPa ，取[p]=20MPa 。按耐磨性条件选择螺纹中径，选用梯形螺纹。由参考文献查得5.2~2.1=ψ，取 ψ=2.0。

由耐磨性条件公式：

2d ≥

式中2d ——螺杆中径，mm;

Q ——螺旋的轴向力，37.5KN ；

ψ——引入系数，ψ=2.0 ;

[p]——材料的许用压力，20MPa; 代入数值后有224.5d mm ≥。查参考文献，优先选用第一系列，取公称直径d=28mm ，螺距P =8mm ，中径d2=25.5mm ，小径d1=22.5mm ，内螺纹大径D4=28.5mm 。

螺母高度H '

=ψd 2=51mm ，螺母的螺纹工作圈数u='

H P =6.4≤10. 螺纹牙的工作高度h=0.5P=4mm

4、自锁性校核

4.73cos v f arctg λψβ

≤== 为保证自锁，取λ=2.5 其中，由相关手册查得 0.08,15f β==

5、螺杆强度校核

千斤顶螺杆危险截面受轴向力F 和扭转力矩T 的作用，根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为：

][)16(3)4(

311221σππσ≤+=d T d F 式中 1d —— 螺杆螺纹的小径22.5mm ；

[]σ——螺杆材料的许用应力(MPa); F ——螺杆所受的轴向载荷(N)；

T 1—— 螺杆所受转矩，对起重螺旋取T=T 1

将f =0.09代入数据计算得到： 由21()2v d T Q tg λψ=??+得1T =122561N·mm ，代入公式2311221)16(3)4(d T d F ππσ+=得σ=87.7MPa ，显然符合条件。

6、螺母螺纹牙强度校核

因为螺母材料强度低于螺杆，所以螺纹牙的剪切和弯曲破坏大多发生在螺母上，故可只校核螺母螺纹牙强度。查参考文献得螺母材料的许用切应力

MPa 40~30][=τ,取][τ=35MPa ；许用弯曲应力[σb ]=40~60MPa, 取[σb ]=50MPa 。螺母螺纹牙根部剪切强度条件为：

[]Q Dbu ττπ=

≤ 式中 Q ——轴向载荷(N)； D ——螺母内螺纹大径(mm); u ——螺纹旋合圈数，u 取6.4； b ——螺纹牙根部厚度(mm)，对于梯形螺纹b=0.65p 。 代入数据计算： []11.5MPa ττ=≤

即螺母满足剪切强度要求。

螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为：

[]26b b Ql Db u

σσπ=≤ 式中 l ——弯曲力臂，

其它参数同上。

代入数据计算：

[]30.7b b MPa σσ=≤

即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。

7、螺杆的稳定性校核

千斤顶的最大上升高度H=200mm ，则螺杆的最大工作长度

'

12002

H L h l =+++ 式中 'H —螺母高度(mm)，'H =51mm;

1h =56~60mm ，取1h =56mm ；

l —螺杆与手柄座相接处尺寸，查手册知，退刀槽l =7.5mm 。

假设手柄直径为d 1=30mm ,由尺寸经验公式h 1=(1.8~2)d 1=54~60mm 取h 1=56mm ,则：

L=243.5mm

则螺杆的柔度： 1

4d L i L

μμλ== 式中μ——长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则可取μ=2； d 1——螺纹小径，d 1=22.5mm 。

i ——螺杆危险截面的惯性半径(mm),4

1d A I i ==,其中A 为危险截面的面积(mm 2)。

代入数据计算：

对于45#钢，此时螺杆稳定的临界载荷Fc 为：

21234010.000134

c d F πλ=+ 代入数据计算：

由压杆稳定条件c sc s Q S S Q

=

≥知螺杆满足稳定性要求。 8、螺母外径及凸缘设计

根据经验公式，螺母外径3D ≈1.7d=1.7×28=49mm;

螺母凸缘外径4D ≈1.43D =1.4×49=68.6mm ，取4D =69mm ；

螺母凸缘厚a =(0.2~0.3)'H =(0.2~0.3)×51=10~15mm ，取b=13mm 。

9、手柄设计

加在手柄上的力需要克服螺纹副之间的摩擦阻力矩T 1和托杯支撑面间的摩擦力矩T 2。设加在手柄上的力F 1=200N ，手柄长度为L ，则有F 1 L = T 1 +T 2。对于T 1和T 2，有

2133tan(')50000*tan(3.31 5.14)*12256122

d T F ψρ=+=+=N ·mm ， 为环形端面，所以

2123

132)

2()]4~2([)2()]4~2([3+--+--?=D D D D fF T 根据经验公式，(1.6~1.8)(1.6~1.8)3657.6~64.8D d ==?=mm,取D=60mm; 1(0.6~0.8)(0.6~0.8)3621.6~28.8D d ==?=mm ，取D 1=25mm 。

托杯材料选择铸铁，手柄选择Q235，摩擦因数f=0.08,则

2123

132)

2()]4~2([)2()]4~2([3+--+--?=D D D D fF T

代入数据得：2T =98.6KN ，L=920mm

那么手柄长度取L =300mm,加套筒长620mm 。

手柄直径可按下式计算：

p d ≥[]b σ—手柄材料的许用弯曲应力，可取[]b σ=120MPa 。得17.2p d mm ≥。取手柄直径18p d mm =。

10、底座设计

螺杆下落至底面，再留10mm 左右的空间，底座铸造起模斜度1:10，壁厚mm 10=δ。由经验公式，S=(1.5~2)δ=15~20mm,取S=20mm 。

D 5由结构设计确定，D 5=120mm ；D 4=1.4D 5=1.4*120=168mm 。

结构确定后校核下底面的挤压应力：

底面材料选择铸铁HT250，查表得铸铁件壁厚为10~20mm 时，

MPa b 100≥σ，MPa b p )50~40(100*)5.0~4.0()5.0~4.0(][===σσ。

显然，][p p σσ<，底面强度满足设计要求。

11、其余各部分尺寸及参数（符号见参考书）

1(14~28)200(14~28)214~228H H mm mm mm =+=+=，取1220H mm = 63(5~10)49(5~10)54~59D D mm mm mm =+=+=

取656D mm

=8195D mm ==

固定托盘用的挡圈螺钉GB/T5783-2000A 。

螺杆底部挡圈螺钉 GB/T5783-2000A 。

紧定螺钉 GB/T71-1985。

其余铸造圆角，取R=4mm 。

螺旋千斤顶装配图见A3图纸。

12、螺旋千斤顶的效率

/2p QP PL ηπ=

式中：分子上P 为螺距，分母上P 为人手作用力。将各数值带入得

3

3

3750081030.0%2200796.510ηπ--??==??? 13、参考资料

1、《机械设计课程大作业指导书》-机械设计课程组-2011年8月；

2、王之栋-《机械设计综合课程设计》-机械工业出版社-2015.