千斤顶课程设计.doc

螺旋千斤顶

设计计算说明书

院 系 工程技术学院
专业年级 2012级机制3班
设 计 者 吕明浩
学 号 222012322220134
指导教师 李华英
成 绩

2014年10月 1日

螺旋千斤顶设计任务书

学生姓名
吕明浩
专业年级
2012级机械设计制造及其自动化
设计题目： 设计螺旋千斤顶

设计条件：
1、最大起重量F = 20kN；
2、最大升距H =150 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： 2014 年 10 月 1日

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螺旋千斤顶设计过程
千斤顶一般由底座1，螺杆4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1―1）。螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。
设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。

螺旋千斤顶的设计步骤如下：

计算项目
计算及说明
计算结果
1.螺杆的设计与计算
1.1螺杆螺纹类型的选择

1.2选取螺杆的材料

1.3确定螺杆直径

螺纹有矩形、梯形与锯齿形，千斤顶常用的是梯形螺纹。
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；它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。
因此选用的螺杆螺纹是牙形角α=30º的单线梯形螺纹。

螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。
在此选用的是55钢。

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。
计算过程：
滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力p，使其小于材料的许用压力[p]。
（文献：机械设计）
由于，所以有；（文献：机械设计）
对于等腰梯形螺纹，，有，一般取1.2~3.5,所以此处取1.9
因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，所以两者的材料均选为钢，由查表可知，许用压力[p]取为10MPa。

牙形角α=30º的单线梯形螺纹
螺杆材料：55钢

=1.9

[p]=10MPa

1.4自锁验算

螺杆螺纹中径，根据求得的此螺纹中径，查表GB/T5796.2—2005和表GB/T5796.3—2005有：
(文献：机械设计手册)
公称直径，螺距，螺杆小径，螺杆中径，螺母大径，螺母小径，螺母中径，螺母高度，旋合圈数。

自锁条件是y≤jv
式中：y为螺纹中径处升角；rv为当量摩擦角（当量摩擦角rv=arctanmv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°）。
（文献机械设计）
:当量摩擦系数；：摩擦系数；：牙侧角，。
摩擦系数由查表可知，，由于千斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时区最大值0..17。

至少为，所以有，符合自锁条件。

螺杆尺寸：
P=10mm

螺母尺寸：

符合自锁条件
1.5结构（见图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dk的大小根据手柄直径dp决定，dk≥dp十0.5mm。由后面的计算可知手柄的直径=25mm，所以。
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1.5P=15mm。
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。

1.5P=15mm

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的强度。强度计算方法参阅教材公式(6.23)，其中扭矩，式中为螺纹中径处升角，为当量摩擦角。
对受力较大的螺杆应根据第四强度理论交合螺杆强度：
或 （文献机械设计）
F（N）螺杆所受的轴向压；A（）：螺杆螺纹的危险截面面积； （）：螺杆螺纹段的抗扭截面系数；（mm）螺杆螺纹小径；T（）；[s](MPa)：螺杆材料的许用应力，由前面可知螺杆的材料是55号钢，查表得其屈服强度，所以其许用应力，由于千斤顶的载荷是稳定的，许用应力取最大值有。
计算：
则有：
，符合强度计算的条件。

，符合强度计算的条件。

1.7稳定性计算

2. 螺母设计与计算
2.1选取螺母材料

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。Fcr / F ³ 2.5 ~ 4。螺杆的临界载荷Fcr与柔度λs有关，λs=m l/i，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+5P+(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=pd12/4，则(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。
临界载荷，E（MPa）：螺杆材料的拉压弹性模量，;I（）：螺杆危险截面的惯性矩，。
该千斤顶一螺母座位支承时，作不完全固定支承，另一端有径向和轴向约束，为固定支承，所以端部职称情况是一端固定，一端不完全固定。因此。
；
，
，所以经过计算螺杆稳定。

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。该千斤顶螺母材料采用45号钢。

，所以螺杆稳定。

螺母材料：45钢
2.2确定螺母高度H¢及螺纹工作圈数u

2.3校核螺纹牙强度

螺母高度H¢=φd2，螺纹工作圈数，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。
，，实际螺纹圈数，实际螺母高度。

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D3进行强度验算。
如图有：

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，所以只需校核螺母的螺纹牙强度。
假设螺母每圈螺纹 所承受的平均压力为，并作用
再螺纹中径为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面的剪切强
度条件为，螺纹牙危险截面的弯曲强度
条件为。式中：b（mm）：螺纹牙根部
的厚度，对于梯形螺纹;
l(mm):弯曲力臂，；
（MPa）螺母材料的许用切应力，螺母材料为45号钢，

查表可知：；（MPa）：螺母材料的许用弯曲应力，查表可知：。
计算：，符合剪切强度条件；
，符合弯曲强度条件。

，符合剪切强度条件。

，符合弯曲强度条件。

2.4螺母与底座孔配合

3.1 托杯的设计与计算

3.2轴承的设计与计算
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（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。
紧定螺钉选择的是（GB/T71—1985）.

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]
如图计算各尺寸：
厚度；
[p]为许用压强，取托杯和螺杆材料[p]中较小的一个，螺杆[p]=380MPa，托杯[p]=235MPa；

根据结构，
所以进行强度计算有：

满足强度条件。

根据转速和种类选取：推力球轴承
根据 查表（GB/T301-1995）选取轴承代号为：51207 d=35 D=62 d1=37 T=18

紧定螺钉：

托杯材料：Q235

螺杆：[p]=380MPa
托杯：[p]=235MPa

，满足强度条件。

推力球轴承
d=35 D=62
d1=37 T=18
计算项目
计算及说明
计算结果

4. 手柄设计与计算
4.1手柄材料

4.2手柄长度Lp

常用Q235和Q215。该千斤顶采用的是Q235。

板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T2，则式中：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。
T1——螺旋副间的摩擦阻力矩，

T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) f F/4

手柄材料：Q235

计算项目

计算及说明

计算结果

4.3手柄直径dp
T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，。

手柄计算长度Lp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+（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。
手柄的实际长度是

把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为

4.4结构

≤[s]F
或为 dp≥
式中：[s]F——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，[s]F=120Mpa。
计算：
所以手柄的直径。

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。因为手柄的精度要求不高，如图计算选用的螺钉为（GB/T68-2000）,而挡环尺寸为D=38mm，厚H=5mm。

[s]F=120Mpa。

螺钉：
当环尺寸：D=35mm，厚H=5mm。

5. 底座设计

底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1―7），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。
图中：

（为底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取）
计算：

参考资料

[1]濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.高等教育出版社,2006.
[2]唐金松，简明机械设计手册（第三版），上海科学技术出版社，2009.
[6]简单千斤顶设计说明书.浙江大学,2008.