机械设计课程

《螺旋千斤顶》设计说明书

学生姓名 学院名称 专 业 学 号

年 月 日

螺旋千斤顶作业任务书 机械设计 编号大型作业 01 姓名 专业 年级 班级 设计完成日期 年 月 日 指导教师 一、题目：螺旋千斤顶 原始数据:

题目 最大起重量F（KN） 最大起升高度H（mm） 设计方案 1 20 150 2 25 160 3 30 170 4 35 180 5 40 190 6 45 200 7 50 210 8 55 220 9 60 230 10 65 240

二、机构简图

标 注 最 小 尺 寸AA

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

选题说明：

最大起重量F（20KN） 最大起升高度H（150mm）

目录

一、螺杆的设计与计算------------------------------------------1

1、螺杆螺纹类型的选择------------------------------------------1 2、选取螺杆材料 -----------------------------------------------1 3、确定螺杆直径------------------------------------------------1 4、自锁验算----------------------------------------------------1 5、结构--------------------------------------------------------2 6、螺杆的强度校核 ---------------------------------------------2

二、螺母设计与计算------------------------------------------2

1、选取螺母材料------------------------------------------------2 2、确定螺母高度H’及螺纹工作圈数Z-----------------------------3 3、螺母其它尺寸------------------------------------------------3 4、螺母与底座的配合--------------------------------------------3

三、螺杆稳定性验算--------------------------------------------4 四、托杯的设计与计算-----------------------------------------4 五、手柄设计与计算--------------------------------------------5

1、材料--------------------------------------------------------5

L2、手柄长度p -------------------------------------------------5

d3、手柄直径p -------------------------------------------------6 4、手柄结构 ---------------------------------------------------6

六、底座设计---------------------------------------------------6 七、千斤顶的效率---------------------------------------------7

计算及说明 结果 一、螺杆的设计与计算 1、螺杆螺纹类型的选择 螺纹的牙型有矩形、梯形、锯齿形和三角形，千斤顶常用矩形螺纹。为了获得必要的精度又便于加工，矩形螺纹常靠内径对中，其配合可选为H8/h8.螺纹的径向间隙很小，在强度计算时不予考虑。 2、选取螺杆材料 螺杆的材料常用Q235、35、45钢等。 3、确定螺杆直径 选矩形螺纹 选Q235 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 d =20mm 4?1.3F d1??[?]查式中螺杆的屈服极限料，取安全因数n=2，得许用压应力???=127.5MPa，取整数?=235MPa，由于Q235是塑性材sd=16mm 1???=130MPa 将上述数据带入得螺杆的直径为P=4mm d1?0.01596m，取h =2mm d=16mm。 1根据经验公式P=d1/4得P=4mm参考梯形螺纹标准，螺纹牙型高h=P/2，得h=2mm。 d圆整为整数后，取d1=d-p=20-4=16mm。 4、自锁验算 在考虑众多因素后，实际应满足的自锁条件为： ?????1

1

由tan??np/(?d2) n=1，p=4mm， d2=2?d1?h2=17mm 得tan?=0.07490 当量摩擦角??=arctan ?，在有润滑油情况下?=0.1， d2=17mm ?=4.283 ???1=4.711 得???1=4.711 验证结束，左边小于右边，达到自锁条件。 5、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2。手柄孔径dk根据手柄直径dp确定满足自锁条件 dk=16mm dk?dp?0.5mm。为了便于切制螺纹，螺杆上应有退刀槽，退刀槽的直径应比d1小约0.2~0.5mm，退刀槽的宽度取为1.5P。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆端部应有倒角或制出稍小于的圆柱形凸台。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，尺寸见图。 图1 6、螺杆的强度校核 对Q235进行压应力校核，Q235许用弯曲应力=120MPa，从后 2

面的计算中得到数值，如下公式： 符合强度要求 ?4F??T????b???3??d2??0.2d3??=108.52MPa<120MPa 1??2??符合该压力下的强度要求。 22二、螺母设计与计算 1、选取螺母材料 螺母的材料可查阅教材或手册。 7、确定螺母高度H?及螺纹工作圈数Z 螺母的螺纹圈数通常根据螺纹牙间压力条件求出，即 Z?F ?d2h[p]式中，d2为螺纹中径；h为螺纹牙高度；[p]为螺纹牙表面许用压 力，其值可查阅教材或手册。 考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数为 Z’＝Z＋1.5 由于载荷在螺纹牙间分配不均，故螺纹圈数Z不宜大于10，选铸造锡青铜 否则应改选螺母材料或加大d值。 螺母高 H’＝Z’P 8、螺母其它尺寸 螺母其它尺寸见图2。其中D?(1.6~1.8)d； H'。 D1?(1.3~1.4)D；a? 3 取[p]=25MPa 3

图2 9、螺母与底座的配合 Z’=9mm H’=36mm 螺母压入底座上的孔内，圆柱面配合常采用H8/n7。为了安装 简便，应在螺母下端和底座孔上端加工出倒角。为了防止螺母转动，还应安置紧定螺钉，其直径可根据起重量取M5。 五、螺杆稳定性验算 计算螺杆柔度时，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 D=32mm l?H?H'/2?(1.4~1.6)d=150+36/2+1.5x20=198mm 由稳定性验算公式Fcr??2EIl2D1=42mm a =12mm 查表得Q255的弹性模量E=200GPa， 由惯性矩公式I=?d64?2?d1，得I=0.707?10?5m4 2?式中Fcr为满足条件的轴向压力 将上述数据带入公式得Fcr=3.56?105KN,满足条件，装置稳定。 六、托杯的设计与计算 托杯用来承托重物，可用铸钢铸成（ZG35或ZG45），也可 用碳钢模锻制成（Q235），其结构尺寸见图3。其中D?(0.6~0.7)d；D?(2.4~2.5)d。为了使其与重物接触良好， 23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。直径D2的配合可取H11/a11。 4

L=198mm 图3 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，其许用压力可取为[P]=20MPa，由此可确定托杯直径D4为 选Q235 D4? 4F2 ?D2?[P]五、手柄设计与计算 1、材料 手柄的材料常用Q235和Q255。 2、手柄长度Lp 扳动手柄的转矩KLp（图4）必须克服螺纹D2=12mm 副的螺纹力矩T1和螺杆与托杯间的摩擦力矩T2，即 D3=48mm T1?T2 KLp?T1?T2，则Lp?K 式中，K为施加于手柄上的臂力，间歇工作时约为150～250N。 T1?F?tan(???’)?d2 2 1T2?(D2?D4)?F 4在有润滑的条件下，摩擦系数?＝0.05~0.08。 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 头部尺寸及手 5

握长度，取手柄实际长度mm，但Lw不应超过千斤顶的最小高度， 当所需长度超过千斤顶最小高度时，使用时可在手柄上另加套管。 D4=38mm Lw?Lp?D2?(50~150)2 图4 3、手柄直径dp 把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定直径dp，其强度条件为 选Q235 KLp0.1d3p[?]b＝120MPa。 ?[?]b 取K=250N T1=30KN T2=13.8KN 式中，[?]b为材料的许用弯曲应力，对于Q235和Q255的手柄，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。 加润滑油，摩擦系数?=0.06 Lp=176mm 图5 6

六、底座设计 底座常用铸铁（HT100或HT150），铸件的壁厚?不应小于8～10mm。为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此，可按1：5的锥度设计，如图6所示。图中H1?H?(14~28)mm；Lw=282mm D5?D?(5~10)mm；D6?D5?H1/5； D7?4F2?D6；D8?D1。 ?[?]p 式中，[?]p为底座下枕垫物的许用挤压应力。 对于木材，取[?]p＝2MPa。 dp=15.6mm 图6 七、千斤顶的效率 FP?＝ （一般?＜0.3） 2?(T1?T2) 7

选HT150 D5=40mm H1=150+20=170mm D5=32+8=40mm D6=74mm D7=135mm D8=60mm 8

?=0.291 参考文献

[1]范顺成 机械设计基础（多学时）第4版 北京：机械工业出版社，2007 [2]螺旋千斤顶设计指导书

[3]陈东祥 机械制图及CAD基础 北京：机械工业出版社，2004

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