螺旋千斤顶课程设计.doc

螺旋千斤顶

设计计算说明书

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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 8
3.2.3、安装要求 9
3.3、托杯的尺寸计算 9
3.4、手柄 10
3.4.1、手柄的设计与计算 10
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d2。求出d2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：

对于矩形和梯形螺纹，h=0.5P,则：

[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.
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=1.4。
将数据代入上式，得：

查表得公称直径：d=34mm，则螺距p=6mm，中径=31.00mm，小径=27.00mm。
由配合关系可以得到螺母的基本尺寸：
小径=28.00mm，中径==31.00mm，大径=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：

代入公式后，即是验证：

其中=，，，
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)，

≤[s]

其中T=
查手册，45钢，=355MPa
[s]===MPa，F=40KN，=27.00mm，代入上式，得：
=106.3MPa=118.7MPa
图中，=（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（单位为N）。则螺杆的稳定性条件为：

上式中为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋如千斤顶，=3.5~5.0；本实验中我们取=4.0。称为螺杆稳定性的计算安全系数。为螺杆的临界载荷：

螺杆的临界载荷与柔度有关，=，m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，为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=pd12/4，则

I为螺杆危险截面的轴惯性矩：
当螺杆的柔度＜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===2.6
==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=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：

所以，==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。上文中已经说明，=1.4，=31mm，所以=44mm。而螺纹工作圈数n=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，并作用在以螺纹中径为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面a-a的剪切强度条件为

螺纹危险截面a-a的弯曲强度条件为

经计算，

又经查表得[]=35MPa，[]=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或等配合。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D1=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。
≤[p] （式1-1）
式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。
D10=(2.6~3.0)d
=3.034=100.00mm
D11=(0.6~0.7）d=0.6534=22.1mm
D13=(1.7~1.9)d=1.834=61mm
D12=D13-3=58mm
（1.5~1.8）d=40.00mm

故 ≤[] ([]>23Mpa)
= ，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

前文已经确定，手柄的材料选择Q235。于是，查表得[]=170MPa, =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=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： =7mm
(6~8)= 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
H1=H+（14～28）mm =200+20=220mm
H-a=44-14.5=29.5mm
D=d+1(查手册) =34+1=35
D6=D3+（5～10）mm =61+6=67mm
D7=D6+=67+=121mm
D8=
==194.0mm
取10mm，则S=×（1.5~2）=20mm
式中：[s]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取[s]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.

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