螺旋千斤顶大作业说明书.doc

机械设计课程

《螺旋千斤顶》设计说明书

学生姓名
学院名称
专 业
学 号

年 月 日

机械设计
大型作业
编号
01

螺旋千斤顶作业任务书
姓名 专业 年级 班级
设计完成日期 年 月 日
指导教师
一、题目：螺旋千斤顶
原始数据:
题目
设计方案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
最大起重量F（KN）
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
最大起升高度H（mm）
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240

二、机构简图

三、工作量
1、总装配图一张；
2、计算说明书一份。
四、参考资料
螺旋千斤顶设计指导书

选题说明：
最大起重量F（20KN）
最大起升高度H（150mm）
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、 结构--------------------------------------------------------2
6、 螺杆的强度校核 ---------------------------------------------2
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Z-----------------------------3
3、螺母其它尺寸------------------------------------------------3
4、螺母与底座的配合--------------------------------------------3
三、 螺杆稳定性验算--------------------------------------------4
四、 托杯的设计与计算-----------------------------------------4
五、手柄设计与计算--------------------------------------------5
1、材料--------------------------------------------------------5
2、手柄长度 -------------------------------------------------5
3、手柄直径 -------------------------------------------------6
4、手柄结构 ---------------------------------------------------6
六、底座设计---------------------------------------------------6
七、千斤顶的效率---------------------------------------------7

计算及说明
结果
一、螺杆的设计与计算
1、螺杆螺纹类型的选择
螺纹的牙型有矩形、梯形、锯齿形和三角形，千斤顶常用矩形螺纹。为了获得必要的精度又便于加工，矩形螺纹常靠内径对中，其配合可选为H8/h8.螺纹的径向间隙很小，在强度计算时不予考虑。
2、选取螺杆材料
螺杆的材料常用Q235、35、45钢等。
3、确定螺杆直径
螺杆工作时，同时受压力和转矩的作用，因此它的计算可近似按紧螺栓连接的计算公式求出螺纹内径，即

查式中螺杆的屈服极限=235MPa，由于Q235是塑性材料，取安全因数n=2，得许用压应力=127.5MPa，取整数=130MPa
将上述数据带入得螺杆的直径为0.01596m，取=16mm。
根据经验公式P=/4得P=4mm参考梯形螺纹标准，螺纹牙型高h=P/2，得h=2mm。
d圆整为整数后，取=d-p=20-4=16mm。
4、自锁验算
在考虑众多因素后，实际应满足的自锁条件为：

由 n=1，p=4mm，
==17mm
得tan=0.07490
当量摩擦角=arctan ，在有润滑油情况下=0.1，
得=4.711
验证结束，左边小于右边，达到自锁条件。
5、 结构
螺杆上端用于支承托杯和在其中插装手柄，因此需加大直径，其结构见图2。手柄孔径根据手柄直径确定mm。为了便于切制螺纹，螺杆上应有退刀槽，退刀槽的直径应比小约0.2~0.5mm，退刀槽的宽度取为1.5P。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆端部应有倒角或制出稍小于的圆柱形凸台。为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆的下端必须安置钢制挡圈，挡圈用螺钉固定在螺杆端部，尺寸见图。 图1
6、 螺杆的强度校核
对Q235进行压应力校核，Q235许用弯曲应力=120MPa，从后面的计算中得到数值，如下公式：
=108.52MPa<120MPa
符合该压力下的强度要求。
二、螺母设计与计算
1、选取螺母材料
螺母的材料可查阅教材或手册。
7、 确定螺母高度H¢及螺纹工作圈数Z
螺母的螺纹圈数通常根据螺纹牙间压力条件求出，即

式中，为螺纹中径；h为螺纹牙高度；[p]为螺纹牙表面许用压力，其值可查阅教材或手册。
考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数为
Z’＝Z＋1.5
由于载荷在螺纹牙间分配不均，故螺纹圈数Z不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d值。
螺母高
H’＝Z’P
8、 螺母其它尺寸
螺母其它尺寸见图2。其中；；。

图2

9、 螺母与底座的配合
螺母压入底座上的孔内，圆柱面配合常采用H8/n7。为了安装简便，应在螺母下端和底座孔上端加工出倒角。为了防止螺母转动，还应安置紧定螺钉，其直径可根据起重量取M5。
五、 螺杆稳定性验算
计算螺杆柔度时，螺杆最大受压长度l可按将重物举到最大起升高度后，托杯底面到螺母中部的高度计算，即
=150+36/2+1.5x20=198mm
由稳定性验算公式
查表得Q255的弹性模量E=200GPa，
由惯性矩公式I=，得I=0.707
式中为满足条件的轴向压力
将上述数据带入公式得=3.56,满足条件，装置稳定。
六、 托杯的设计与计算

托杯用来承托重物，可用铸钢铸成（ZG35或ZG45），也可用碳钢模锻制成（Q235），其结构尺寸见图3。其中；。为了使其与重物接触良好，防止重物滑动，在托杯上表面制出切口和沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装置挡板。直径的配合可取H11/a11。

图3
当螺杆转动时，托杯和重物都不转动。因此，在起重时，托杯底部与螺杆的接触面间有相当滑动。为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面要限制接触面间的压力，其许用压力可取为[P]=20MPa，由此可确定托杯直径为

五、手柄设计与计算
1、材料 手柄的材料常用Q235和Q255。
2、手柄长度 扳动手柄的转矩（图4）必须克服螺纹副的螺纹力矩和螺杆与托杯间的摩擦力矩，即
，则
式中，K为施加于手柄上的臂力，间歇工作时约为150～250N。

在有润滑的条件下，摩擦系数＝0.05~0.08。
手柄计算长度是螺杆中心到人手施力点的距离。考虑螺杆头部尺寸及手
握长度，取手柄实际长度mm，但不应超过千斤顶的最小高度，当所需长度超过千斤顶最小高度时，使用时可在手柄上另加套管。

图4
3、手柄直径 把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定直径，其强度条件为

式中，为材料的许用弯曲应力，对于Q235和Q255的手柄，＝120MPa。
4、手柄结构 手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端应加上挡环，并用螺钉或铆钉固定，其结构见图5。
图5
六、底座设计
底座常用铸铁（HT100或HT150），铸件的壁厚不应小于8～10mm。为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此，可按1：5的锥度设计，如图6所示。图中mm；mm；；
；。
式中，为底座下枕垫物的许用挤压应力。
对于木材，取＝2MPa。

图6
七、千斤顶的效率
（一般＜0.3）

选矩形螺纹

选Q235

d =20mm
=16mm
P=4mm
h =2mm

=17mm
=4.283
=4.711

满足自锁条件

=16mm

符合强度要求

选铸造锡青铜

取[p]=25MPa
Z’=9mm
H’=36mm

D=32mm
D1=42mm
a =12mm

L=198mm

选Q235

D2=12mm
D3=48mm

=38mm

选Q235

取K=250N

=30KN
=13.8KN

加润滑油，摩擦系数=0.06
=176mm

=282mm

=15.6mm

选HT150

D5=40mm
H1=150+20=170mm
D5=32+8=40mm
D6=74mm
D7=135mm
D8=60mm

=0.291

参考文献
[1]范顺成 机械设计基础（多学时）第4版 北京：机械工业出版社，2007
[2]螺旋千斤顶设计指导书
[3]陈东祥 机械制图及CAD基础 北京：机械工业出版社，2004

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