千斤顶3机械设计螺旋千斤顶设计说明书.doc

螺旋千斤顶作业指导书
一、作业目的
1. 熟悉螺旋千斤顶的工作原理，设计与计算的方法；
2. 运用所学的知识解决设计中所遇到的具体实际问题，培养独立工作能力，以及初步学会综合运用所学知识，解决材料的选择，强度计算和刚度计算，制造工艺与装配工艺等方面的问题；
3. 熟悉有关设计资料，学会查阅手册和运用国家标准。
二、螺旋千斤顶的设计
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。
设计的原始数据是：最大起重量F（kN）40 000N和最大提升高度H（mm）200mm。
螺旋千斤顶的设计步骤如下：
1. 螺杆的设计与计算
（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；它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。
（2）选取螺杆材料
螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。
（3）确定螺杆直径
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。
（4）自锁验算
自锁条件是y≤rv
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°。
（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。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1.5t。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。
（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：y为螺纹中径处升角，rv为当量摩擦角。
（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。
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+5t+(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。
2. 螺母设计与计算
（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。
（2）确定螺母高度H¢及螺纹工作圈数u
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。
（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。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。
（4）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。

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，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] （式1-1）
式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。
4. 手柄设计与计算
（1）手柄材料

常用Q235和Q215。
（2）手柄长度Lp
板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T2 则
（式1-2）
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。
（3）手柄直径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
≤[s]F （式1-3）
故 dp≥ （式1-4）
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。
（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。
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 H1=H+（14～28）mm
D6=D3+（5～10）mm
D7=D6+
D8=

式中[s]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取[s]p=2~2.5MPa。
三、设计要求
1. 总装配图一张
设计前应仔细阅读作业指导书，了解图中各零件的结构、作用和各零件间的相互关系。作图时应先画主要部分，并从中心线开始，由上到下，由内到外地进行。线型粗细、尺寸标准和字体，都应符合制图规定。
装配图应注的尺寸包括：总体尺寸（长、宽、高）、安装尺寸、工作性能尺寸及配合尺寸，配合尺寸应标出配合公差。
零件明细表的内容包括：件号、名称（包括主要规格尺寸）、数量、材料（注出牌号）和备注（对于标准件应注明该标准的代号）。
2. 设计说明书一份
说明书的内容包括：目录、设计任务书，计算内容和设计步骤，说明书的字迹要清楚整洁，计算准确，步骤分明，计算过程要列出公式，代入数字并写出结果，而中间的数字演算不必书写。

设计计算说明书书写格式
计 算 及 说 明
结 果
1 ´´´´
1.1 ´´´´
1.1.1 ´´´´
(1) ´´´´

约25mm