螺旋千斤顶设计.docx

课程名称：
机械设计（甲）Ⅱ
设计题目：
螺旋千斤顶的设计
指导老师：
顾大强
专业与班级：
机电1203班
姓名与学号：
陈笑行 3120102261

目录
1. 设计要求
2. 螺杆的设计和计算
3. 螺母的设计和计算
4. 底座的设计和计算
5. 托杯的设计和计算
6. 手柄的设计和计算
7. 零件图和装配图
8. 参考文献

1设计要求
1） 最大起重量Q=20kN
2） 最大升举高度L＝150mm
3） 采用梯形螺纹、单线 GB5796-86
4） 螺杆材料：Q235或45＃；螺母材料：铸铁或青铜

2螺杆的设计计算

45号钢 DIN标准为C45
查表得机械性能如下

Eigenschaft（性能）
wert(数值)
einheit （单位）
Elastizitätsmodul（弹性模量）
210000
N/mm^2
Poissonsche Zahl（泊松比）
0.28
Nicht zutreffend
Schubmodul（剪切模量）
79000
N/mm^2
Massendichte（质量密度）
7800
kg/m^3
Zugfestigkeit（抗拉强度）
750
N/mm^2
Druckfestigkeit（抗压强度）

N/mm^2
Streckgrenze （屈服极限）
580
N/mm^2
Wärmeausdehnungskoeffizient（热膨胀系数）
1.1e-005
/K
Wärmeleitfähigkeit（导热系数）
14
W/(m·K)
Materialdämpfungsverhältnis（材料阻尼比）

Nicht zutreffend

Q235 DIN标准号为St33
查表得机械性能如下：

Eigenschaft（性能）
wert(数值)
einheit （单位）
Elastizitätsmodul（弹性模量）
210000
N/mm^2
Poissonsche Zahl（泊松比）
0.28
Nicht zutreffend
Schubmodul（剪切模量）
79000
N/mm^2
Massendichte（质量密度）
7800
kg/m^3
Zugfestigkeit（抗拉强度）
290
N/mm^2
Druckfestigkeit（抗压强度）

N/mm^2
Streckgrenze （屈服极限）
175
N/mm^2
Wärmeausdehnungskoeffizient（热膨胀系数）
1.1e-005
/K
Wärmeleitfähigkeit（导热系数）
14
W/(m·K)
Spezifische Wärme（比热）
440
J/(kg·K)
Materialdämpfungsverhältnis（材料阻尼比）

Nicht zutreffend

价格：
45#> Q235
该螺旋千斤顶最大起重只有20kN，属于小负重，螺杆用Q235即可。

………………………………稳定性校核……………………………………
校核时l即为最大上升高度
L=150mm=0.15m
对于螺旋千斤顶，视为一段固定一端自由
μ=2
圆形界面，惯性半径i=d1/4
λs=μli=2*150d1/4
可得
λs=1200/d1
取d1=2cm=20mm
则λs=60
根据公式Qc=(304-1.12λs)πd124
可以得到Qc=7.4204e4
Ss = Qc/Q = 3.71

对于传力螺旋传动，要求Ss = 3.5~5.0
满足条件。

依照稳定性，查GB，选取P =4，d1 = d -4.5 则取d=25mm
d2 = d-2;
此时
外螺纹大径d = 25mm
螺距P = 4mm
外螺纹小径d1 = 20.5mm
外螺纹中径d2 = 23mm
内螺纹中径D2 = 23mm
内螺纹大径D4 = 25.5mm
内螺纹小径D1 = 21mm

D4 = d+2ac
可得 ac = (25.5-25)/2 =0.25mm

H4 = 2.25mm
H4 – 2ac = H1 =h =2.25-0.25*2
h = 1.75mm
重新校核可得Qc = 7.7961e+04
Ss = 3.8981
符合标准

………………………………螺杆强度计算……………………………………
依照第四强度理论公式进行校核

轴向力 Q = 20KN
d1 = 20.5mm
螺杆最大扭矩T=d22×Q*tan(λ+ρv)
ρv是当量摩擦角，ρv=arctanfcosγ
f取0.1（钢对铸铁，附加润滑）
rho_v = atan(0.1/cos(pi/12))

可得ρv=5.9106°
λ=arctanSπd2
lmd = atan(4/pi/23)
λ=3.1686°

可得T = d2/2*Q*tan(lmd+rho_v)

T =
3.6754e+04 N*mm
36.75 N*m
带入强度校核公式
σc=σ2+3τ2=Qπ4d122+3Tπ16d132

可得
Xigema = sqrt((Q/(pi/4*d1^2))^2+3*(T/(pi/16*d1^3))^2)

Xigema =
7.1330e+07
71.33MPa
Q235的屈服强度为235Mpa，符合强度要求。

………………………………耐磨性计算……………………………………
根据公式p=QPπd2hH
d2≥Qπφψ[p]
φ=0.5
ψ=2
人力传动，钢对铸铁
取许用压强[p]=15
可以求得
d2_min=sqrt(Q/(pi*feita*pesai*p_x))
d2_min =
0.0206 m
d2_min=20.6mm2^2*p_x)
Faita = 0.4011
可以求得
h_min = 4mm*0.4011 = 1.6044mm

h_min=1.6044mm < h=1.75mm

ψ=Hd2
可以求得H= d2*pesai = 46mm

可以通过耐磨校核

………………………………螺纹强度校核……………………………………

选用铸铁作为螺母的材料
螺母螺纹根部的剪切强度为
τ=QπDbZ
D=d =25mm
b=0.65P
Z = H/P = 46mm/4 = 11.5 圈
tao = 20000/(pi*25/1000*0.65*4/1000*11)
tao = 8.9038e+06 Pa
=8.9Mpa
[t] = 40Mpa 所以强度符合要求

………………………………自锁检验……………………………………
ρv=5.9106°
λ=3.1686°
能自锁
………………………………螺旋副效率计算……………………………

η=tan⁡λtan⁡(λ+ρv)
eta = tan(lmd)/tan(lmd+rho_v)
eta = 0.3464
即效率为 34.64%
………………………………螺杆长度设计……………………………
千斤顶最大升程150mm，加上与螺母旋合长度50mm，
再加上顶部安装手柄和支持托杯的部分，总长度在250mm左右。
………………………………其他……………………………
为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。
为了便于螺杆选入螺母，螺杆下端应有倒角。
为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端应安装钢制挡圈，挡圈用紧定螺钉固定在螺杆底部。

3螺母的设计计算
螺母采用铸铁
该螺旋千斤顶最大起重只有20kN，属于小负重，因此对材料的要求不高，经校核发现完全没必要用#45钢和青铜。螺杆用Q235，螺母用铸铁即可。

………………………………螺母高度设计……………………………
在上文耐磨性计算中已经给出，旋合长度即螺母高度H = 46mm
考虑实际制造时的尺寸以及倒角等原因，设定实际高度H0=50mm
………………………………螺母外径设计……………………………
τ=Qπ4（D52-D42）≤[τ]
[tau] = 40MPa
tau = 2e4/(pi/4)/(0.04^2-0.0255^2)
tau = 26.812Mpa

故取外径为D5 = 40mm

…………………………螺母上部托台……………………………
外径D6=（1.3~1.4）D5
D6取55mm
厚度
可根据侧面剪切力计算
τ=QπD5h≤[τ]
[tau] = 40Mpa

取h=10mm

tau = 20000/pi*0.055*0.01)
tau = 11.575Mpa
符合要求

4底座的设计计算
………………………………底座高度计算…………………………
H_bottom_min = 150+50=200
故取H_bottom = 210mm
………………………………底座厚度计算…………………………
铸件的壁厚不应小于6~8mm，取壁厚12mm
………………………………其他参数计算…………………………
为了增加底座的稳定性，将底座设计成台型，将其外形成1：10的斜度
底座采用铸铁铸造，外部涂漆或镀铜，防止生锈。

5托杯的设计计算

（1）托杯迎来承载重物，用Q235钢模锻制成，为了使其与重物接触良好和防止与重物相对滑动，在托杯上表面切有沟纹。
（2）当螺杆转动时，托杯与重物都不动，因此在托杯下端与螺杆接触部分装有滚珠轴承

6手柄的设计计算
手柄采用Q235制造
………………………………手柄长度计算…………………………
一般人臂力500牛
FL≥T
所以L≥0.08m
T = 36.75N*m
考虑到存在的摩擦力矩，以及舒适度
取L=40cm
这样只需要施加100N的力
………………………………手柄直径计算…………………………
把手柄看成悬臂梁，按弯曲强度计算手柄直径d_l
σb=FL0.1d33≤[σ]=120Mpa
F = 100N
L = 0.4m
d3 = 0.015m
Sigema_b = F*L/(0.1*d3^3) = 100*0.4/(0.1*0.02^3)
Sigema_b = 118.52Mpa <[sigema]

7零件图装配图

见附录
8参考文献
1.《机械设计》 浙江大学出版社 顾大强，陈秀宁
2.《机械设计手册》 化学工业出版社 成大先