螺旋起重器(千斤顶)设计任务书.doc

螺旋起重器(千斤顶)设计任务书

题 目： 螺旋起重器的设计
学生姓名： 王欣
学 号： 12125736
指导教师： 傅燕鸣
专 业： 机械工程与自动化

上海大学机电工程与自动化学院
设计期限：2014年9月18日 – 2014年10月16日

螺旋起重器（千斤顶）设计任务书
目录
设计目的 1
设计步骤及注意事项 1
1螺杆的设计与计算 2
1.1螺杆螺纹类型的选择 2
1.2选取螺杆的材料 2
1.3确定螺杆直径 2
1.4自锁验算 3
1.5结构 3
1.6螺杆强度计算 4
1.7稳定性计算 4
2..螺母的设计与计算 5
2.1.选取螺母材料 5
2.2.确定螺母高度及螺纹工作圈数 5
2.3.校核螺纹牙强度 5
2.4.螺母外径的计算 6
3.托杯的设计与计算 7
4.手柄的设计与计算 8
4.1.手柄材料 8
4.2.手柄长度 8
4.3.手柄直径 8
5.底座的设计及计算 9
6.其他 9
7.效率计算 9

设计过程及说明
设计结果
设计目的
（1） 熟悉螺旋传动的工作原理，掌握螺旋传动的设计过程和方法，培养机械结构设计能力，初步了解机械设计的一般程序。
（2） 学会综合运用所学知识，培养独立解决工程实际问题的能力。
（3） 培养查阅机械设计手册及有关技术资料和正确使用国家标准、一般规范的能力，为课程设计及解决机械设计的实际问题打下一定基础。
设计步骤及注意事项
图 1 螺旋千斤顶
1—托杯； 2—螺钉； 3—手柄； 4—档环； 5—螺母；
6—紧定螺钉； 7—螺杆； 8—底座； 9—档环

设计过程及说明
设计结果
如上图所示，螺旋起重器（千斤顶）由螺杆、底座、螺母、手柄和托杯等组成。通过转动手柄使螺杆在固定的螺母中边旋转、边相对底座上升或下降，从而能把托杯上的重物举起或放落。装在螺杆头部的托杯应能自由转动，螺杆下端设置安全挡圈，以防止螺杆全部旋出。螺杆千斤顶应具有可靠的自锁性能。
在进行螺旋起重器设计时，有些零件（如螺杆和螺母）的主要尺寸是通过理论计算确定的；有些零件的尺寸是根据经验数据、结构需要和工艺条件决定的；还有一些零件是按照标准规格选出的。后两种情况，必要时要进行相应的强度校核。

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，千斤顶常用的是梯形螺纹。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。千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。因此选用的螺杆螺纹是牙形角α=30º的单线梯形螺纹。
螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。在此选用的是Q275。
1.2选取螺杆的材料
螺纹中径按螺母螺纹牙面的耐磨性计算，对于梯形螺纹或矩形螺纹，h=0.5P，则有≥0.8。式中，=1.5，螺母材料为铸铝青铜，故取=20MPa。对于梯形螺纹，可根据d2的计算值查表4-5及表4-6确定螺杆的标准中径d2、大径d、小径d3，螺母的标准中经D2（=d2）、大径D4、小径D1、以及螺距P。
1.3确定螺杆直径
螺杆螺纹中径，根据求得的此螺纹中径，查表GB/T5796.3—2005取：
螺杆的标准中径，大径，小径。螺母的标准中径，大径，小径。螺距。
1.4自锁验算
自锁条件是λ≤φv
式中：λ为螺纹中径处升角；φv为摩擦角（非矩形螺纹应为当量摩擦角φv=tan-1fv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比摩擦角小1°，即φv－λ≥l°。f取0.08。

∴符合自锁条件。

1.5结构
螺杆上端用于支承托杯1并在其中插装手柄3，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。由后面的计算可知手柄的直径dp=24mm，所以。
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小。。
退刀槽的宽度可取为b=1.5P=9mm。
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
螺杆工作时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力。按第四强度理论，危险剖面的强度按下式进行校核：

其中，F为螺杆所受的轴向压力（N）；螺杆所受的扭矩（N·mm），式中为螺纹中径处升角，为当量摩擦角；为螺杆材料的许用应力（MPa），由前面可知螺杆的材料是Q275，查表得其屈服强度，所以其许用应力，由于千斤顶的载荷是稳定的，许用应力取最大值有。
计算：

则有：

∴，符合强度计算的条件。
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，计算时应注意正确确定螺杆长度系数μ。
当螺杆的柔度λs＜40时，可以不必进行稳定性校核。长度系数=2，螺杆危险截面的惯性半径，螺杆工作长度，则柔度。因此螺杆<85~90，为中柔度压杆，其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算如下：
未淬火刚：
淬火刚：
且，
∴满足稳定性要求

2..螺母的设计与计算
2.1.选取螺母材料
螺母材料选用ZCuAl10Fe3
2.2.确定螺母高度及螺纹工作圈数
∵=1.5 ∴ H==1.532.5=48.75mm，取整数H=49mm，螺纹工作圈数计算u===8.17。
2.3.校核螺纹牙强度
螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹的强度。
由螺纹牙危险面的剪切强度条件为，

螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为

上式中，b为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65P，L为弯曲力臂，。
2.4.螺母外径的计算

螺母的外径D，按螺母悬置部分抗拉强度计算，考虑螺旋副中摩擦转矩的存在，将轴向载荷增大30%，则拉伸强度校核公式为
式中，为螺母材料的许用拉应力，=0.83，为许用弯曲应力，见表21-3。D为螺母外径。解之求得D≥56.42mm，圆整之后取D=60mm。
螺母凸缘支承面上的挤压强度条件为
式中，为螺母材料的许用挤压应力，=1.5~1.7，为许用弯曲应力，见表21-3。D1为螺母凸缘外径。解之求得D1≥75.89mm，所以近似取D1=76mm。

螺母凸缘根部的弯曲强度条件为

式中，a为螺母凸缘厚度。解之求的a≥15.23mm，所以近似取a=16mm。
螺母凸缘根部的剪切强度条件为
式中，为螺母材料的许用剪切应力。由该公式计算得

∴强度条件完全符合。

3.托杯的设计与计算
托杯用来承托重物，可用铸铁铸成，也可用Q235钢模锻成，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，托杯的主要尺寸按经验公式计算并圆整。
S=1.5P=9mm。

托杯下端面的设计应满足：

4.手柄的设计与计算
4.1.手柄材料
常选用碳素结构钢Q235或Q275。
4.2.手柄长度
扳动手柄的力矩应与阻力矩平衡，即。式中，为扳动手柄的里，通常取150~200N之间；分别为螺旋副，螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩，按下式计算

则
考虑螺杆头部直径及手握的长度，手柄的实际长度为

为了减少起重器的存放空间，一般取实际手柄长度不大于起重器的高度，当起重量较大时，可在手柄上套一长套管以增大力臂，达到省力的目的。
4.3.手柄直径
手柄直径按弯曲强度设计，即 ，
式中，为手柄材料的许用弯曲应力，按计算， 取150MPa。

5.底座的设计及计算

底座材料选用HT150，铸铁壁厚其主要尺寸根据经验公式求得。
H1=L+(15~20)=220mm
D8=D+(5~10)=65mm
D9=D8+H1/5=109mm

直径由底面的挤压强度确定：

式中，为接触面材料的许用挤压应力，木材为2~4MPa，取2MPa。

6.其他
1.螺母与底座的配合常用。
2.为防止螺母转动，应设紧定螺钉。
3.为防止托杯脱落和螺杆旋出螺母，在螺杆上，下两端安装安全挡圈。
4.为了减少摩擦，磨损及托杯工作时不转动，螺旋副及托杯与螺杆的接触面均需润滑。

7.效率计算

∴符合效率条件
至此，螺旋起重器（千斤顶）设计完成。

牙形角α=30º的单线梯形螺纹
螺杆材料：Q275

=1.5
[p]=20MPa

螺杆尺寸：

螺母尺寸：

P=6mm

符合自锁条件

b=9mm

T=105136.5N·mm

∴，符合强度计算的条件

i=7.25mm

l=278.5mm

满足稳定性要求

H=49mm

u=8.17

强度满足条件

D=60mm

D1=76mm

a=16mm

强度符合条件

D3=23mm
D6=65mm
D5=90mm
D7=62mm
D0=23.5mm
B=54mm
=10mm
S=9mm

强度符合

LP’’=1090mm

dp=24mm

H1=220mm
D8=65mm
D9=109mm

D10=205mm

效率满足≤30%

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