螺旋千斤顶设计说明书.doc

机械设计
大型作业
编号
06

螺旋千斤顶作业任务书
姓名专业 机械设计制造及其自动化 年级
班级
设计完成日期 2014 年 11 月 10 日
指导教师

一、题目：螺旋千斤顶
原始数据:（请在指定的设计方案编号后划√）
题目
设计方案

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
最大起重量
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
最大起升高度
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240

二、机构简图

图1

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
1、选题及设计方案-----------------------------------------------------------------3
2、设计目的---------------------------------------------------------------3
3、螺旋千斤顶计算说明书-----------------------------------------------------4
3.1螺杆的设计与计算----------------------------------------------------------4
3.2螺母的设计与计算----------------------------------------------------------6
3.3螺杆稳定性验算-------------------------------------------------------------8
3.4托杯的设计与计算----------------------------------------------------------8
3.5手柄设计与计算--------------------------------------------------------------9
3.6底座设计与计算-------------------------------------------------------------11
3.7千斤顶的效率----------------------------------------------------------------12
4、参考资料-----------------------------------------------------------------------------12

选题及设计方案
题目
螺旋千斤顶
方案
最大起重量
最大起升高度
6
45
200

设计目的
1、熟悉螺旋千斤顶的的工作原理与设计计算方法；
2、运用所学的知识解决设计中所遇到的具体实际问题，培养学生独立工作能力，以及初步学会综合运用所学知识解决材料的选择、强度和刚度计算、制造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；

螺旋千斤顶计算说明书

计 算 及 说 明
结 果
螺旋千斤顶主要零件有螺杆、螺母、托杯、手柄和底座。
设计的原始数据：最大起重量F=45kN，最大起升高度H=200mm。
螺旋千斤顶设计步骤如下：

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择H8/h8，在计算强度时不考虑螺纹的径向间隙。
(2)材料 选用45钢。
(3)螺纹直径
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：

式中为螺杆许用压应力，经查阅，45钢的屈服极限 ，取安全因素S=4，得：
。

对于矩形螺纹，先根据经验公式求得螺距P的近似值=6.775mm，然后参照梯形螺纹标准，取P=6mm。螺纹牙高度h=P/2=3mm。
故螺杆直径 ：
圆整后取数d=36mm。。
(4)自锁验算
当量摩擦角
由于螺杆和螺母的材料分别选用45钢和锡青铜，
故取（0.08~0.10），又因为矩形螺纹牙顶角，所以求得

螺纹中径
螺纹中径升角
满足
所以，满足自锁条件，自锁可靠。

(5)螺杆结构
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1。
图1
手柄孔径根据手柄直径确定， mm（见手柄的设计与计算）。
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（选取0.5），宽度为1.5P=1.56=9mm。
故退刀槽尺寸为：
为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应设计倒角，尺寸为C2。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。
挡圈直径为 d0=d+5=41mm
挡圈厚度6~12mm 选取8mm
螺钉直径为 d=0.2536=9mm
选用GB/T68-2000 M1045开槽沉头螺钉。
(6)强度校核
螺杆工作时承受轴向压力F和转矩T的联合作用，根据第四
强度理论求出其危险截面的当量应力,令其满足

其中，
T==4533/2tan()
=117.93(Nm)

=101.43MPa
因此强度符合要求。

2、 螺母的设计与计算
(1)材料 选用锡青铜 牌号ZCuSn10Pb1
(2)螺纹圈数Z和螺纹高度
螺纹圈数Z和螺母高度 螺母的螺纹圈数通常根据螺纹牙
间压力条件求出，即

式中，螺纹中径；螺纹牙高度h=3mm；螺纹牙表面许用压强取 [P] =25MPa(18~25MPa)，带入求得

故取Z=6。满足Z。考虑到退刀槽，实际螺纹圈数
=6+1.5=7.5
螺母高 =P=7.56=45mm
螺母尺寸参照图2。
图2

其中 系数取1.6）
（系数取1.3）

(3)螺母与底座的配合
螺母压入底座上的孔内，圆柱面配合采用H8/n7。螺母下端和
底座孔上端均加工出倒角，倒角尺寸为C2。同时安置紧定螺钉防止螺母转动，紧定螺钉选(M6~M12)，根据起重45kN取
GB/T71−1985 开槽锥端紧定螺钉

3、螺杆稳定性验算
螺杆稳定的条件为
式中，为螺杆稳定性计算安全因数；为螺杆稳定性安全因数（）,为螺杆的临界载荷。
螺杆的长细比
其中，长度系数；
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
280mm (系数取1.514)
危险截面惯性半径 =7.5
因此，
对于的淬火钢

进而可得
螺杆稳定性安全因数
所以，螺杆稳定合格。
3、 托杯的设计与计算
(1) 材料 碳钢Q235模锻制成
(2) 托杯结构见图3。

取壁厚
托杯高度 （系数取1.55）
图3

其中 （系数取0.6）；
（系数取2.45）。
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，挡板尺寸，螺钉选用GB/T5783−2000 六角头全螺纹螺栓。直径的配合取H11/a11。
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，取许用压力为[P]=18MPa(15~20MPa)，由此可确定托杯直径为

故选择
4、 手柄设计与计算
(1)材料 Q235
(2)手柄长度 见图5。
扳动手柄的转矩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。
手柄长度应满足 =0.725m(K取240N)
图4

考虑螺杆头部尺寸及手握长度，取手柄实际长度
=800mm(选取64mm)
不应超过千斤顶的最小高度，所以将手柄的实际长度改为300mm，另外加套筒，套筒长500mm。
(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，为许用弯曲应力，＝120MPa

求出
则取
则螺杆设计计算中的手柄孔径

(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
挡环
厚度
沉头螺钉
所以选择 GB/T68-2000 M820 开槽沉头螺钉
6、底座设计与计算
(1)材料 铸铁HT100
2)尺寸设计，见图6。
铸件的壁厚=10mm。为了增加底座的稳定性，锥度按1：5设计，各部分尺寸如下

（取20mm）
（取8mm）

76mm取84.1mm时满足锥度要求。
式中，为底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取＝2~2.5MPa。
7、千斤顶的效率
=0.247（一般）
符合要求。
原始数据：
F=45kN
H=200mm

矩形螺纹
配合H8/h8
材料45钢

h=3mm
d=36m

满足自锁条件

退刀槽

挡圈
d0=41mm
h0=8mm

螺钉M1045

强度符合要求

材料锡青铜

Z=6

=45mm

紧定螺钉

螺杆稳定

材料Q235

螺钉

配合
H11/a11

材料 Q235

挡环

沉头螺钉
M816

材料
铸铁HT100
=10mm
锥度1：5

=84.1mm

符合要求

参考资料：
[1] 张策 机械原理与机械设计 北京机械工业出版社 2013.8
[2] 亢一澜 材料力学 北京高等教育出版社 2008.1
[3] 中国机械工程学会 中国机械设计大典 江西科学技术出版社
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