螺旋千斤顶大作业说明书(天津大学).doc

机械设计课程

《螺旋千斤顶》设计说明书

学生姓名 王##
学院名称 机械工程学院
专 业 热能与动力工程
学 号 30092013##

2011年 11 月 28 日

机械设计
大型作业
编号
10

螺旋千斤顶作业任务书
姓名 王## 专业 热动 年级 09 班级 2
设计完成日期 2011 年 11 月 28 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

目 录

一、
1.
2.
……
二、
1.
2.
……

计 算 及 说 明
结 果
螺旋千斤顶主要零件：螺杆、螺母、托杯、手柄和底座。
设计的原始数据：最大起重F=65KN、最大升起高度H=240mm。
螺旋千斤顶的设计步骤如下：
1.螺杆的设计与计算：
（1）螺纹的牙型
选用矩形螺纹，采用内径对中，配合选H8/h8，在计算强度时不考虑螺纹的径向间隙。
（2） 螺杆的材料
选用45钢——《现代工程材料成型与机械制造基础》 孙康宁 P80
（3） 螺杆直径
螺杆工作时，同时受压力与扭矩的作用，因此它的计算可近似按紧螺纹栓联接的计算公式估算出螺纹内径，即：
查式中螺杆的屈服极限=353MPa，由于45钢是塑性材料，取安全因数n=4，得许用压应力=88.25MPa，取整数=88MPa。
——《材料力学》 王世斌 亢一澜 P19、P28
将上述数据带入得螺杆的直径为d10.03497m，取d1=35mm。
根据经验公式P=d1/4，取P=8mm。
参考梯形螺纹标准，螺纹牙型高，得h=4mm。
d圆整为整数后，d=44mm,
d1=d-P=(44-8)mm=36mm。
（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 其中n=1，p=8mm，==38mm
得tan=0.06701, =3.834°——《机械设计基础》 范顺成 P135
当量摩擦角=arctan ，在有润滑油情况下=0.1，得=4.574°
3.834°<4.574°
验证结束，达到自锁条件。
（5） 结构
手柄孔径根据手柄直径决定，。
根据后面手柄部分的计算得到=31mm，所以=31.5mm。
退刀槽的直径比小约0.2~0.5mm，取值为35.5mm。
退刀槽的宽度取为1.5P=12mm。
（6） 螺杆的强度校核
用第四强度理论来校核,扭矩T=Ftan(+)•d2/2,代入数据得 T=204.6N • m。
=68.8MPa<88MPa，符合该压力下的强度要求。

2. 螺母的设计与计算

（1）材料
螺母的材料选择青铜ZCuAl9Fe4Ni4Mn2
螺纹圈数Z与高度，螺母的圈数通常是根据螺纹牙间强度条件求出，即：
式中：螺纹中径=38mm，螺纹牙高度h=4mm，许用压强[p]=20MPa。
所以 Z≥6.8
螺纹牙的强度计算
螺纹牙危险截面的抗剪强度条件为：=35MPa，得Z4.1
螺纹牙危险截面的抗弯强度条件为：=50MPa，得Z1.6——《机械原理与机械设计》 张策 P81
对于矩形螺纹b=0.5P，在条件Z10的条件下，取Z=7。
考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数为：=8.5
所以得到螺母的高度：=68mm。
（2） 螺母其他尺寸（如图）：
D=1.7d=74.8mm，D1=1.3D=97.2mm，a=H’/3=22.7mm

(3)螺母与底座的配合
螺母压入底座上的孔内，圆柱面的配合采用H8/n7，为了方便安装，应在螺母下端和底座孔上端制出倒角，紧固螺钉的直径取M8。

3. 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：

式中d为大径，d=34mm，得l=240+68/2+1.5×44=374mm
由稳定性验算公式——《材料力学》 王世斌 亢一澜 P117、248
查表得45钢的弹性模量E=209GPa，
由惯性矩公式I=，得I=3.14
式中为满足条件的轴向压力
将上述数据带入公式得
=462KN,Fcr/F=462/65=7.1>4,满足条件，装置稳定。

4.托杯的设计与计算
杯用来承托重物，此次计算选用碳钢Q235模煅制成，尺寸如图所示，为了使其与重物接触良好，防止重物滑动，在托杯表面制出切口和沟纹。直径的配合取H11/a11。
托杯的许用压强可取为，由此可确定托杯直径，即：
取=0.644=26.4mm，得72.7mm，取=73mm
D3=2.4d,取整后为106mm。
5.手柄设计与计算
（1） 材料
选用Q235
（2） 手柄长度
扳动手柄的转矩必须克服螺纹副的螺纹力矩T和螺杆与托杯间的摩擦力矩T’，即：
KLp≥T+T’ Lp≥(T+T’)/K
式中K为一个工人加于手柄上的臂力，间歇工作时约为150~250N，这里取K=250N。
T1=204.6Nm T’=(D2+D4) μF/4
在加润滑油的情况下，摩擦系数=0.06
将以上的数据带入公式得1.2m
手柄计算是螺杆中心到人手施力点的距离。考虑杆头尺寸及人手握的长度，手柄的实际长度还应该加上mm,最终得到千斤顶的手柄需要的长度为1313mm。
（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手柄，=120MPa。
代入数据计算得30.1mm，取=31mm。
（4） 结构
手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端应加上挡环（如图），并用螺钉或铆钉固定。
6. 底座设计
底座这里选用HT150，铸件壁厚选用=10mm。为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此，可按照1：5的锥度设计。
图中：
H1=H+20=260mm,D5=D+5=79.8mm，取整为80mm，
D6= D5+H/5=127.8mm，取整为128mm，

式中为底座下枕垫物的许用应力。对于木材，取=2MPa。
将以上数据带入公式得=240.24mm，最终取=240mm。
D8≥D1,取D8=100mm。
7.千斤顶的效率
由公式η=FP/2π(T+T’)
带入数据得η=0.27。

原始数据
F=65KN
H=240mm

选用矩形螺纹

螺杆材料选用45钢

螺杆小径
d1=36mm

螺杆公称直径
d=44mm
螺距
P=8mm
螺纹牙高度
h=4mm

螺纹中径处升角=3.834°
当量摩擦角=5.574°

符合自锁条件

手柄孔径
dk=31.5mm
退刀槽直径为30.5mm
宽度为
12mm

扭矩T=204.6N • m

螺杆强度校核符合要求

螺母材料选择青铜ZCuAl9Fe4Ni4Mn2

螺纹圈数
Z=8.5
螺母高度
H’=68mm

螺杆在最大高度处稳定

手柄材料选用Q235

手柄长度
Lp=1313mm

手柄直径=31mm

底座尺寸如图

千斤顶效率η=0.27

参考文献
[1] 《现代工程材料成型与机械制造基础》 孙康宁
[2] 《材料力学》 王世斌 亢一澜
[3] 《机械设计基础》 范顺成
[4] 《机械原理与机械设计》 张策
……