螺旋千斤顶设计参考.(DOC).doc

螺旋千斤顶设计任务书

学生姓名
陈嵩
专业年级
10级车辆工程
设计题目：设计螺旋千斤顶

设计条件：
1、最大起重量F = 40 kN；
2、最大升距H =190 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： 2012年 月

螺旋千斤顶
设计计算说明书

院 系 工程技术学院
专业年级 2010级车辆工程
设 计 者 陈 嵩
指导教师 李华英
成 绩

2012年 12月 13日

螺旋千斤顶设计计算说明书

目录

1．螺杆的设计与计算………………………………………………………………2
1.1螺杆螺纹类型的选择 ………………………………………………………2
1.2选取螺杆材料 ………………………………………………………………2
1.3确定螺杆直径 ………………………………………………………………2
1.4自锁验算 ……………………………………………………………………3
1.5结构 …………………………………………………………………………3
1.6螺杆强度校核 ………………………………………………………………5
1.7螺杆的稳定性计算 …………………………………………………………6
2. 螺母设计与计算…………………………………………………………………7
2.1选取螺母材料 ………………………………………………………………7
2.2确定螺母高度 H¢及螺纹工作圈数u ………………………………………7
2.3校核螺纹牙强度 ……………………………………………………………8
2.4结构要求 ……………………………………………………………………9
3. 托杯的设计与计算………………………………………………………………9
4. 手柄设计与计算 ………………………………………………………………11
4.1手柄材料……………………………………………………………………11
4.2手柄长度 Lp ………………………………………………………………11
4.3手柄直径 dp ………………………………………………………………12
4.4结构…………………………………………………………………………12
5. 底座设计 ………………………………………………………………………13

设计与说明
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。
螺纹选用梯形螺纹。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。
1.2 选取螺杆材料
螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。
选择45钢。
1.3 确定螺杆直径
根据教材式（5-42)得

对于梯形螺纹，h=0.5P，则

对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力分布比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取，此处取。
因为千斤顶的螺杆和螺母的相对滑动速度为低速，查表5-12，取[p]=18MPa。
故

由课程设计手册，查标准GB/T 5796.2-2005与GB/T 5796.3-2005，得
公称直径d=40mm
螺距P=7mm
内螺纹大径D=41mm
外螺纹小径d1=32mm
内螺纹小径D1=33mm
内外螺纹中径d2=D2=36.5mm
1.4 自锁验算
对传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故。螺旋副的自锁条件为

式中：为螺纹升角；为当量摩擦角；为螺旋副的当量摩擦系数，为摩擦系数，为牙侧角。
根据材料和滑动速度查表5-12，取 ，对于牙型角的等腰梯形螺纹，其牙侧角，则

因为，所以自锁性可以保证。
1.5 结构
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，由后计算可知dp=27mm，所以取dk=28mm。
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，取d4=d1-0.5=31.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5p。
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。
如图1-2，则有
退刀槽宽度1.5P=10.5mm
D13=(1.7~1.9)d=68~76mm，取D13=70mm
(1.4~1.6)d=56~64mm，取1.5d即60mm
H+H¢=190+56=246mm(H¢为后面计算得）
螺钉外径0.25d=10mm
挡圈外径d+(6~10)=46~50mm

根据GB/T891-1986，选取挡圈GB/T891 B50，
公称直径D=50mm，H=5mm
根据GB/T68-2000，选取螺钉GB/T68 M6×16，
螺纹规格d=M6，公称长度l=16mm
1.6 螺杆强度校核
对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。其强度条件为

其中扭矩

式中：y为螺纹中径处升角，rv为当量摩擦角。

因为45钢的屈服强度，取安全系数S=4，故：

则

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。

式中：为螺杆稳定性的计算安全系数；为螺杆稳定性安全系数，对于传导螺旋；为螺杆的临界载荷，N。
螺杆的临界载荷与柔度s有关

式中：为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关；为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取；为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积，则
（I为螺杆危险截面的轴惯性矩）
当螺杆的柔度时，可以不必进行稳定性校核。
螺杆一端固定，一端自由，则长度系数
，取

则，

所以需要进行稳定性校核。
临界载荷可按欧拉公式计算，即

式中：E为螺杆材料的拉压弹性模量，。
所以有

所以，满足稳定性条件。

2 螺母的设计与计算
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。
这里选用螺母材料为ZCuSn10Pl。
2.2 确定螺母高度H¢及螺纹工作圈数u
螺母高度
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)。
所以，u¢=u+1.5=6.26+1.5=7.76
圆整得，u¢=8
螺母高度H¢= u¢P=8×7mm=56mm
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。
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为螺纹压根部的厚度，mm，对于矩形螺纹，对于梯形螺纹，b=0.65P，P为螺纹螺距；
为弯曲力臂，mm，；
为螺母材料的许用切应力，MPa；
为螺母材料的许用弯曲应力，MPa。
因为螺母材料为青铜，查表知其=30~40MPa，=40~60MPa，取=35MPa，=50MPa。

带入校核公式：

满足强度条件。
2.4 结构
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，这里选择配合。
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。选用紧定螺钉GB/T 71 M6×25。

3 托杯的设计与计算
托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，此处选用Q235钢。托杯的结构尺寸见图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。
由图1—4可得：
托杯厚度，取
杯底厚度为
沟纹宽度
沟纹深度
托杯高度，取托杯高度为70mm
挡圈选用GB/T892 B32，其公称直径D=32mm，H=5mm；挡圈用GB/T67 M6×16的开槽盘头螺钉固定。
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。

式中：[p]为许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。
查表得，Q235钢的许用压强[p]为225MPa，45钢的许用压强[p]为570MPa，故用托杯材料来进行压力强度校核，即取[p]=225MPa。
根据图1-4，相关尺寸为

所以

满足接触面的压力强度要求。
为保证托杯可以转动，螺杆顶端的挡圈与托杯底部留有间隙，间隙值为3~4mm，因承受力不大，故取值为3mm。

4 手柄的设计与计算
4.1 手柄材料
常用Q235和Q215。这里选用Q235钢。
4.2 手柄长度Lp
板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T2 则

式中：K为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为螺旋副间的摩擦阻力矩，

T2为托杯与轴端支承面的摩擦力矩，
T2 = (D12+D11) f F/4。
因一般情况下为间歇工作，工作时间较长的情况不多，故取K=200N。

查设计手册得，钢—钢的摩擦因数，所以

则

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。
故

取手柄长度。
由于手柄实际长度不应超过千斤顶，因此取，使用时可在手柄上另加套管。
4.3 手柄长度dp
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

故
式中：[s]F为手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q235时，[s]F=120Mpa。

取。
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。
因手柄直径，所以由GB/T891-1986，选取挡圈GB/T891 B35，其公称直径D=35mm，H=5mm；螺钉选用GB/T68 M6×16的开槽沉头螺钉。

5 底座设计
底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1―7），此处选用HT200，铸件的壁厚δ不应小于8～12mm，δ选取15mm，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

式中：[s]p为底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取[s]p=2~2.5MPa。这里取2MPa。
所以有

同时取

螺纹：梯形螺纹

螺杆材料：45钢

d=40mm
P=7mm
D=41mm
d1=32mm
D1=33mm
d2=36.5mm
D2=36.5mm

dk=28mm

d4=31.5mm

1.5P=10.5mm
D13=70mm
1.5d=60mm
H+H¢=246mm

挡圈：GB/T891 B50

螺钉：GB/T68 M6×16

T=113140.4
N·mm

螺母材料：ZCuSn10Pl

u¢=8
H¢=56mm

配合：

紧定螺钉：
GB/T 71 M6×25

托杯材料：
Q235钢

杯底厚度：
沟纹宽度：
沟纹深度：

托杯高度：70mm
挡圈：GB/T892 B32
螺钉：GB/T67 M6×16

挡圈与托杯间隙：3mm

手柄材料：Q235钢

挡圈：
GB/T891 B35
螺钉：
GB/T68 M6×16

底座材料：
HT200

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