螺旋千斤顶的设计(最大起重量为30KN最大升距为170).doc

螺旋千斤顶
设计计算说明书

院 系 工程技术学院
专业年级 机械设计制造及其自动化
设 计 者
指导教师
成 绩

2011年 5 月 7 日

目 录

1 螺旋千斤顶设计任务书……………………………………………3
2 作业目的……………………………………………………………4
3 螺旋千斤顶的设计…………………………………………………4
3.1 螺杆的设计与计算………………………………………………5
3.2 螺母设计与计算…………………………………………………8
3.3 托杯的设计与计算………………………………………………10
3.4 手柄设计与计算…………………………………………………10
3.5 底座设计…………………………………………………………11
4 参考文献…………………………………………………………13

一、螺旋千斤顶设计任务书

学生姓名

专业年级

设计题目： 设计螺旋千斤顶

设计条件：
1、最大起重量F = 30 kN；
2、最大升距H =170 mm。

设计工作量：
1、 绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表；
2、 编写设计计算说明书一份。

指导教师签名： 2011年 月 日

二、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。
三、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=30kN和最大提升高度H=170mm。
螺旋千斤顶的设计步骤如下：

计 算 及 说 明
结 果
1. 螺杆的设计与计算
1.1 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，工艺性好，牙根强度高，对中性好，所以选择梯形螺纹，基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。
1.2 选取螺杆材料
螺杆材料选择45号钢，查表可知σs = 355MPa、σb= 600MPa。
1.3 确定螺杆直径
由耐磨性条件确定螺杆中径d2。
该螺纹为梯形螺纹，则可知
因选用梯形螺纹且螺母兼作支承，取。查表可知，滑动螺旋副钢—青铜的许用压力
代入数据，得
根据螺杆中径,按照GB/T 5796.2-2005标准，选取螺杆的公称直径，螺距，线数，螺旋副的摩擦系数，螺旋角。
1.4 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

计算得：

查表得：

计 算 及 说 明
结 果
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°。3°15'18″
5°19'23″
∴1°
∴满足自锁条件
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。
1.6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(5.28)，其中扭矩
式中：y为螺纹中径处升角，为当量摩擦角。

计 算 及 说 明
结 果
代入数值得：

根据第四强度理论校核螺杆的强度：

由表5-13取安全系数S=4，则许用应力

∴该螺杆满足强度要求
1.7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—螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关
L—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——螺杆危险截面的惯性半径
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。
危险截面面积A=pd12/4，螺杆危险截面的惯性半径
螺杆的长度系数

螺杆承受扭矩

计 算 及 说 明
结 果
举起重物后托杯底面到螺母中部的高度

∴螺杆的柔度
螺杆的临界载荷 （1）
螺杆危险截面的惯性矩 （2）

联立（1）、（2）两式，并代入数值得：

∴ ，螺杆满足稳定性要求
综上可得：所选螺杆材料为45钢公称直径d=28mm，中径d2=25.5mm，小径d3=22.5mm，螺距t=5mm，线数n=1。
2. 螺母设计与计算
2.1选取螺母材料
螺母材料选用青铜：ZCuAl10Fe3，抗拉强度，由教材表5-12可知，滑螺旋副钢—青铜的许用压力。
2.2确定螺母高度H¢及螺纹工作圈数u
螺母高度
∵ 螺纹实际工作圈数
∴ 螺纹圈数需要调整。
螺杆的耐磨性已相当富裕，因此可以通过适当降低螺母高度来调

螺杆材料为45钢，
d=28mm，
d2=25.5mm，
d3=22.5mm，
t=5mm，
n=1

螺母材料为ZCuAl10Fe3

计 算 及 说 明
结 果
整，故选
2.3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。

根据教材表5-13，对于青铜螺母，这里取，根据教材式（5-48）得螺纹牙危险截面的剪切应力为
∴满足要求
2.4 螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间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）。
选取紧定螺钉规格：螺钉 GB/T 71

螺纹牙危险截面的剪切应力：

紧定螺钉：

计 算 及 说 明
结 果
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。
压力强度校核公式：
式中，

代入数值得，
选托杯材料： HT150 由经验公式得，
∵
∴ 托杯满足要求
4. 手柄设计与计算
4.1 手柄材料
手柄材料选用Q235钢
4.2 手柄长度
板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T2 ，则
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，本题中选
T1——螺旋副间的摩擦阻力矩

计算 及 说 明
结 果
T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩

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，取
综上可得，手柄长度
由于手柄长度不能超过千斤顶，因此可以减小手柄的尺寸。
取，使用时可在手柄上另加套管。
4.3手柄直径
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 ：
故
可以取
4.4 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，

计 算 及 说 明
结 果

底座下垫物为木材，许用挤压应力

取

参考文献

[1] 吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册[M].第3版.北京:高等教育出版社,2006.
[2] 濮良贵、纪名刚.机械设计[M].第8版.北京:高等教育出版社，2005.

附页：AutoCAD

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