千斤顶说明书1.doc

江苏大学

机械原理与设计作业说明书

题目： 设计螺旋千斤顶
姓名： 陆 胜 凯
系别： 机械电子工程
班号： J 机电1002
学号： 3101102037
日期： 2012年10月8日

千斤顶设计与计算
一.目的：1.了解简单机械的设计方法和本课程特点
2.掌握综合应用知识和查阅资料的能力
二.题目： 设计螺旋千斤顶
已知条件: 起重量Q=25KN，起重高度H=180mm，人手作用力P=250N
三.任务：装配图1张(1：1)、说明书1份

四.设计过程
(一)、结构分析
1.组成
2.工作原理
3.结构特点
采用螺母固定，螺杆转动并作上下直线运动
‚设置托杯，并开设沟槽
ƒ选用滑动螺旋、梯形螺
„螺杆头部粗大，螺杆下部设挡圈
(二)、材料选用
材料要求：
螺杆螺母应具有足够强度、良好耐磨性及工艺性
螺杆：钢
螺母：青铜或铸铁

目录
一、 螺杆的设计与计算
1.1 螺杆螺纹类型的选择
1.2 选取螺杆材料
1.3 确定螺杆直径
1.4 自锁验算
1.5螺杆强度校核
1.6稳定性计算
二、螺母设计与计算
2.1选取螺母材料
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
2.4螺母悬置段强度计算
2.5螺母凸缘的强度计算
三、托杯的设计与计算
四、手柄设计与计算
4.1 手柄长度
4.2手柄直径
4.3 结构
五、底座设计
六、传动总效率η的计算
一. 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。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，工艺性好，牙根强度高，对中性好，故选择梯形螺纹，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。
1.2 选取螺杆材料
螺杆材料选择45号钢，σs = 355MPa,则=/(3~5) ，
取=95MPa
1.3 确定螺杆直径
耐磨性条件为:

式中 p──工作压强(MPa)；
Q──轴向工作载荷(N)；
d2──螺纹中径(mm)；
h──螺纹工作高度(mm)，
对矩形、梯形螺纹：h=0.5P(P为螺距)；
对锯齿形螺纹：h=0.75P；
u──旋合螺纹圈数,u = h/P；
[p] ──螺旋副许用压应力
令φ=H/d2(H为螺母高度，且H=uP)
所以，梯形螺纹h=0.5P ，
f值选取：
对整体式螺母，f=1.2～1.5;对剖分式螺母，f=2.5～3.5.故取=1.4.
螺旋副的许用压强（MPa），由（机械原理与设计下P74表2-4-9）钢对青铜，人力驱动，取
代入数据，得 ，故取螺纹中径为31mm。
根据螺杆中径,对照（机械原理与设计下P49表2-4-1），取螺杆的公称直径，螺杆小径d1=28mm，螺距，线数，螺旋副的摩擦系数。
螺母高度，故取H=48mm，旋合圈数。
1.4 自锁验算
自锁条件是 ，=0.08~0.10.
式中：ψv──螺纹副当量摩擦角，
ψv = arctgfv =arctg(f/cosβ)。 β牙恻角
3.53°
5.32°
∴ 满足自锁条件
1.5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的螺杆强度。根据第四强度理论校核螺杆的强度：
∴=1.3=1.3425000/(3.1428^2)=52.8MPa<=95MPa
∴该螺杆满足强度要求。
1.6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。螺杆危险截面的惯性半径 ，(I为螺杆危险截面的轴惯性矩) , 螺杆的长度系数（千斤顶中螺杆为一端固定一端自由）
举起重物后托杯底面到螺母中部的高度 . 初选 dp=26mm，因为h= ，取=49.4mm H1=48mm，=9mm , L=180+24+49.4+9=262.4mm
∴螺杆的柔度
对于螺杆淬火钢，
∴，∴螺杆满足稳定性要求
综上可得：所选螺杆材料为45淬火钢，公称直径d=34mm，中径d2=31mm，小径d1=28mm，螺距P=6mm，线数n=1。

二. 螺母设计与计算
2.1选取螺母材料
螺母材料选用铝青铜：ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 ，许用压强
2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u
根据耐磨性定出螺母的高度H1 (H1≥,取整), 求旋合圈数u (u≤10)，由螺杆的设计中已经得到螺母高度取H1=48mm，旋合圈数。
2.3校核螺纹牙强度
剪切强度条件为：

弯曲强度条件为：
对于青铜螺母，=40~60Mpa，这里取， ，梯形螺纹 b=0.65P，取D=35mm。
螺纹牙危险截面的剪切应力为：
取h=2 ，所以弯曲应力为：
σ=≤[σb]
可见，螺母螺纹牙强度合格。∴满足要求.

2.4螺母悬置段强度计算 ¾¾ 求螺母外径D3

强度条件为:

近似为：

∴

代入数据∴，
所以取=46mm，=64mm，a= H1/3 =16mm.
2.5螺母凸缘的强度计算

挤压强度条件:

取= ,其中=2~2.5，所以取=50/2=25MPa

弯曲强度计算:
挤压强度为：

所以挤压强度满足；
弯曲强度为：

所以弯曲强度满足。

三. 托杯的设计与计算
托杯用来承托重物，材料选用铸铁HT200，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。

压力强度校核公式：
=（1.7~1.9）d=57.6~64.6mm，取=61mm，，取 =24mm , =（2.4~2.5）=（81.6~85）MPa.
代入数值得 P =12 MPa 由经验公式得：

∵ ∴ 托杯满足要求

四．手柄设计与计算
4.1 手柄长度
手柄材料选用Q215钢
板动手柄的力矩：p·Lp=T1+T2 ，则
p——人手作用力
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=
当托杯的材料为铸铁取=0.12 ，=24mm，58mm，若超过千斤顶总高度时，手柄应分段。

初选
L=Lp+/2=495+30.5=525.5mm，取=526mm，大于千斤顶总高度，帮手柄应分段。
4.2手柄直径
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 ：，把手柄看成是悬臂梁，然后按弯曲强度计算直径dp （ dp 取整，当手柄材料为Q215时，[σb]=160MPa ）
故
所以初选的 符合要求。
4.3 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，紧定螺钉直径为0.1d+5mm(d为螺杆外径)。
五．底座设计

底座材料常用铸铁HT200，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。，Ha = 4816 =32mm

, 取=104mm。
底座下垫物为木材，许用挤压应力 =2MPa.
。
六．计算传动总效率η
η=
设计总结：
（1） 本设计在理论上完全满足任务要求，但在一部分设计上需要实践的验证，即螺纹小径的选择上。本设计的主要功能是螺纹传动部分承受较大的纵向载荷，所以在设计中保守的放大了螺纹小径的尺寸，选用d1=28mm，p=6mm，此时H1=48mm，螺杆的稳定性也较好。
（2）主要部件尺寸
1.主要螺纹标准：GB/T5769.3——1986
2.螺杆：45号钢淬火，梯形螺纹，全螺纹
d1=28mm，d2=31mm，d=34mm，p=6mm，=3.53°，n=1
3.螺母：铸造铝青铜ZCuAl9Fe4Ni4Mn2，梯形螺纹，u=8
H1=48mm，D=35mm，D3=46mm，D4=62mm，a=16mm。
4.手柄： Q215
dp=26mm，Lp=526mm
5.托杯：铸铁HT200
D13=61mm，D10=84mm，D11=24mm,D12=58mm, δ=10mm
5.底座：灰铸铁HT200
H2=248mm,H-a=32mm,D6=54mm,D7=94mm,D8=164mm ,
δ=10mm
（3）参考文献
马履中主编 机械原理与设计（上册）机械工业出版社
马履中主编 机械原理与设计（下册）机械工业出版社