机械设计大作业最终资料

便携式螺纹千斤顶设计计算说明书

（班级：车辆工程141 姓名：王俊学号：1608140120 ）1. 设计任务书

1.1 螺旋千斤顶的原理：千斤顶的工作原理是:通过螺杆和螺母组成的螺旋副来实现将物体由低处向高处的传送的，并使托杯中的物体做直线运动，从而实现我们的传动要求。其中，螺母固定，当手柄旋动的时候，螺杆通过与螺母的螺旋副的运动，螺纹之间产生自锁，使装有重物的托杯往上运动。

1.2 原始数据

最大起重量： F = 35 kN

最大升程：H = 200 mm

2. 计算内容和设计步骤

2.1螺杆的设计与计算

2.1.1 螺杆螺纹类型的选择

选择梯形螺纹螺旋传动，右旋，牙型角α=30?,因为梯形螺纹的牙根强度高，易于对中，易于制造，内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。

2.1.2选取螺杆材料

因为螺杆承受的载荷较大，而且是小截面，故选择45#钢。

2.1.3确定螺杆直径

按耐磨性条件确定中径

d

2

对于梯形螺纹，h=0.5p,由耐磨性条件可转化为：

][/8.02p F d φ≥

d2:螺纹中径，mm; F ：螺旋的轴向载荷，N;

Φ:引入系数；[p]:材料的许用压强，Mpa;

对于整体式螺母，为使受力分布均匀,螺纹工作圈数不宜过多，宜取=Φ 1.2～2.5;

此处取 5.1=Φ,许用压力Mpa P 20= 从滑动螺旋传动的许用压强表中查得： 人力驱动时，[]P 可提高20% 故[]()Mpa P 242012000=+?= 带入设计公式，得

mm d 9.242≥

按国家标准选择公称直径和螺距为：

mm

P mm d d mm

d d mm d D 62372733012==-==-===

2.1.4自锁验算

自锁验算条件是v ρψ≤

()

()

o

o v f 73.415cos /08.0arctan cos /arctan ===βρ

()()?

===64.330/6tan c /arctan

2ππψar d np

v ρψ≤

且螺纹中径处升角满足比当量摩擦角小1°，符合自锁条件。 2.1.5结构设计

根据图1-2进行螺母的结构设计

（1）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 。 （2）为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径d 4应比螺杆小径d 1约小0.2~0.5mm 。退刀槽的宽度可取为 1.5P ，取mm d 345.0d 14=-=。

（3）为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d 1的圆柱体。

（4）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。

2.1.6螺杆强度计算

螺杆受力较大，应根据第四强度理论校核螺杆的强度

强度计算公式为：

()

()[]

στσσ≤+=

+=2

2

2

2/3/3W T A F ca

其中T 为扭矩

()2/tan 2d F T v ?+=ψρ

查表可得MPa s 360=σ

[]MPa s 1203/==∴σσ

已知F = 35 kN ，又

()3

3122127.386416/156.5724/182.792/tan mm d W mm d A m N d F T v ====?=?+=ππψρ

代入校核公式，得

[]

σσσ≤=ca ca MPa

2.101

满足强度要求。 2.1.7稳定性计算

细长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。

4~5.2/≥F F cr

螺杆的临界载荷cr F 与柔度s λ有关 其中i l s /μλ= 取2=μ

mm

mm d A I i mm mm d t H l 75.54/234/1/250)305.115200(5.151====

=?+?+=++=

其中I 为螺杆危险截面的轴惯性矩。 将以上数据代入柔度计算公式，得

400.8775.52502≥=÷?=s λ

需进行稳定性校核。 实际应力的计算公式为

()2

2/l EI F cr μπ=

其中44

1

mm 66.1373664

==

d I π

Pa E M 1006.25?= 将上述数据代入公式得

kN F cr 15.202326= 4~5.2/≥F F cr

螺杆满足稳定性要求 2.2螺母设计计算 2.2.1选取螺母材料

螺母采用强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜 2.2.2确定螺母高度'H 及工作圈数'u

mm d H 5.40275.1'2=?==φ

mm t H u 75.665.40/'=÷==

因为考虑退刀槽的影响，取实际工作圈数为：

mm 25.85.175.65.1'=+=+=u u

'μ应当圆整，又考虑到螺纹圈数u 越多，载荷分布越不均，故u 不宜

大于10，故取

9'=μ

mm t u H 5469''=?=?=

2.2.3校核螺纹牙强度

螺母的其它尺寸见图1―3，螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。 （1）剪切强度校核

已知mm d D 30== mm d D 2722== 剪切强度条件为：

μ

πτDb =

≤[τ] 查表得：MPa 40~30][=τ，mm mm P b 9.3665.065.0=?== 则剪切强度为：

MPa 58.109

9.33035000

=???=

πτ

][ττ<

符合剪切强度条件； （2）弯曲条件校核

弯曲强度条件为：

][Fl

62

b Db σμ

πσ≤=

查表得MPa b 60~40][=σ，mm 5.12/)2730(2/）D D （l 2=-=-= 则弯曲强度为

Mpa 42.249

9.3305

.13500062

=?????=

πσ ][b σσ≤，符合弯曲强度条件。

2.2.4配合

（1）采用

7

8

r 配合。 （2）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。

（3）为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，查表选择紧定螺钉198571/-T GB 126?M 。 2.3托环的设计与计算

2.3.1托杯材料的选择

选择托环材料为235Q 钢。 2.3.2结构设计

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，应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。 2.3.3接触面强度校核

查表得Q235钢的许用压强为[]MPa P 225= 为避免工作时过度磨损，接触面间的压强应满足

[]P D D F

P ≤-=

4

)

(211212π

根据图1-4，取相关尺寸为：

mm

mm D D mm D mm mm mm 504mm 54308.1d 8.1mm

75305.2d 5.2D 18306.0d 6.0D 1312131011=-==?===?===?==

[]P MPa P ≤=-=

∴5.204

)

1850(35

2

2π 接触面压强满足要求，选材合理。

2.4手柄的设计计算 2.4.1手柄材料的选择

选择手柄材料为Q235钢 2.4.2计算手柄长度L p

扳动手柄的力矩：21T T L K p +=?，则

K

T T L p 2

1+=

取N K 200=

又 m N d F T v ?=?

+=49.682

)tan(2

1ρψ

m

N fF D D T ?=??+=+=39.494/35083.0)1850(4

/)(11122

mm 589589.0200

39

.4949.6821==+=+=

∴m m K T T L P 手柄实际长度为：

mm L p 7161002

54

589=++

= 由于手柄长度不超过千斤顶，因此取mm L p 350=，使用时在手柄上另加套筒。

2.4.3手柄直径p d 的确定

把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径p D ，强度条件为

][1.03F p

p F d

KL σσ≤=

得设计公式为

3

]

[1.0F p p KL d σ≥

已知MPa F 120][=σ

mm mm d p 9.22120

1.01111

2003

=??≥

∴

取mm d p 25= 2.4.4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，并用螺钉固定，选择开槽沉头螺钉67/T GB 168?M 2.5底座设计 2.5.1选择底座材料

选择底座材料为200HT ，其[]MPa p 2=σ 2.5.2结构设计

由图1-7可得底座的相应尺寸：

[]mm mm D F

D mm mm H D D mm mm mm D D mm mm mm H H p

102110250

44110)5

220

66(5

66)858()8(220)20200()20(22781

67361=+?=

+=

=+=+==+=+==+=+=π

σπ

取mm 10=δ，则有

mm mm H 36)1854(）2~5.1（'=-=-δ