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1、螺旋千斤顶设计计算说明书院 系 专业年级 设 计 者 指导教师 成 绩 2010年11月1日目录螺旋千斤顶1目录2设计任务书3一、千斤顶材料的选择41.1、托杯、底座和手柄材料的选择41.2、螺母和螺杆材料的选择4二、螺纹类型的确定42.1、螺纹的选择4三、零件尺寸的计算53.1、螺杆53.1.1、螺杆直径及螺纹的计算53.1.2、自锁性的验证63.1.3、螺杆强度的验证63.1.4、螺杆稳定性的验证73.1.5、螺杆柔度83.2、螺母83.2.1、螺母设计与计算83.2.2、螺母螺纹牙的强度计算83.2.3、安装要求93.3、托杯的尺寸计算93.4、手柄103.4.1、手柄的设计与计算103
2、.4.2、结构113.5、底座设计11参考文献：12设计任务书设计题目：螺旋千斤顶千斤顶结构简图：设计条件：1、最大起重量F = 40kN；2、最大升距H =200mm；3、低速。设计工作量：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；编写设计计算说明书一份。一、千斤顶材料的选择千斤顶属于传力螺旋传动，这种螺旋传动类型主要是承受很大的轴向力，为间歇性工作方式，每次的工作时间较短，工作的速度也不高，而且要求有自锁能力。千斤顶的组成零件有托杯，螺钉，手柄，挡环，螺母，紧定螺钉，螺杆，底座，挡环。对于螺钉，挡环等零件，属于标准件，可以根据要求，选取适当的型号。而对于托杯，手柄，螺母，螺
3、杆，底座，需要进行具体的设计。1.1、托杯、底座和手柄材料的选择对于托杯和底座，我们可以看出，在工作的时候，需要承受较大的压应力，所以，在材料选择时，我们应该选取强度较高的材料。根据材料的一般性质，强度随着含碳量的增加而提高。所以，底座材料我们可以选择HT150。该零件可以经过锻造正火处理，已达到强度要求。而托杯材料，我们选择Q235。手柄材料的选择，常用材料Q235。1.2、螺母和螺杆材料的选择表1-2上表即是螺母和螺杆常用的几种材料。根据实验的要求可知，该千斤顶受力不大，转速较低，而且主要承受的是压应力。所以由表1-2，我们选择45#钢作为螺杆的材料。而对于螺母，需要较高的强度和耐磨性。所
4、以由表1-2，我们选择ZCuSn5Pb5Zn5（铸锡青铜）作为螺母的材料。二、螺纹类型的确定2.1、螺纹的选择螺纹的种类有很多，见表2-1表2-1而作为传动类螺纹的主要有矩形、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=30，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。故本实验选梯形螺纹，它的基本牙形按GB/T5796.12005的规定。三、零件尺寸的计算3.1、螺杆3.1.1、螺杆直径及螺纹的计算按耐磨性条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标准查表选取相应公称直径d、螺距p及其它尺寸。螺杆直径：对于矩形和梯形螺纹，h=0.5P,则：p为材料的许用压力，单位为MPa，具体数据见书
5、中表5-12。对于本体，进过查表，我们选择p=20MPa.的取值一般在1.23.5，根据传动精度，载荷大小和使用寿命的不同而选取不同的值。对于本题，我们选择=1.4。将数据代入上式，得：查表得公称直径：d=34mm，则螺距p=6mm，中径=31.00mm，小径=27.00mm。由配合关系可以得到螺母的基本尺寸：小径=28.00mm，中径=31.00mm，大径=35.00mm。3.1.2、自锁性的验证螺纹的几何参数确定后，对于像千斤顶这种有自锁性要求的螺旋副，还应该校核螺旋副是否满足自锁性条件，即： 代入公式后，即是验证： 其中=，显然，满足自锁性要求。3.1.3、螺杆强度的验证对受力较大的螺杆
6、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(5-47)，s其中T= 查手册，45钢，=355MPas=MPa，F=40KN，=27.00mm，代入上式，得： =106.3MPa=118.7MPa图中，=（1.71.9）d=61.00mm（1.41.6）d=45.00mm3.1.4、螺杆稳定性的验证对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力F大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力F（单位为N）必须小于临界载荷（单位为N）。则螺杆的稳定性条件为：上式中为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋如千斤顶，=3.55.0；本实验中我们取=4.0。
7、称为螺杆稳定性的计算安全系数。为螺杆的临界载荷：螺杆的临界载荷与柔度有关，=，m为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取lH+5t+(1.41.6)d，为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=pd12/4，则I为螺杆危险截面的轴惯性矩：当螺杆的柔度40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。3.1.5、螺杆柔度 （1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和iI=2.6=6.75mm（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度llH+5p+(1.41.6)d =200+56+1.534=281mm查表得=2.00（一端固定，一端自由），E=200
8、GPa。将以上数据代入临界载荷条件，得：所以，=4.03.2、螺母3.2.1、螺母设计与计算根据课本中的说明，螺纹的高度。上文中已经说明，=1.4，=31mm，所以=44mm。而螺纹工作圈数n=7.2，取8圈。需要说明的是，螺纹的工作圈数不宜超过10圈，8圈显然是符合这一要求的。3.2.2、螺母螺纹牙的强度计算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牙的强度。如图所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开，则可看作宽度为D的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为，并作用在以螺纹中径为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面a-a的剪切强度条件为螺纹危险截面a-a的
9、弯曲强度条件为经计算，又经查表得=35MPa，=50MPa，对比可知均满足强度要求。3.2.3、安装要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用或等配合。为了安装简便，需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为612mm。2.4.1 螺母的相关尺寸计算 查手册D=d+1=35mm内螺纹小径D1=d-7=28mm D3= (1.61.8)D =1.735=59.5mmD4= (1.31.4)D3 =1.359.5=77.35mm H=44mm a=H/3=44/3=14.5mm3.3、托杯的尺寸计算托杯用来承托重物，可
10、用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图14。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。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。 p （式1-1）式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者。D10=(2.63.0)d =3.034=100.00mmD11=(0.60.7）d=0.6534=22.1mmD13=(1.71.9)d=1.834=61mmD12=D13-3=58m
11、m（1.51.8）d=40.00mm 故 (23Mpa)= ，满足要求。3.4、手柄3.4.1、手柄的设计与计算 千斤顶在工作时，需要在手柄上作用一定的外力，以使螺纹旋转，以推动托杯上重物的升高。手柄在受力时，相当于悬臂梁收单一径向轴端的外力的情况，需要同时校核手柄的剪切应力与轴向应力，即前文已经确定，手柄的材料选择Q235。于是，查表得=170MPa, =100MPa.将已知数据代入上式，并根据千斤顶本身的工作性质确定手柄的长度L=1000mm，直径=30mm3.4.2、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16），并用螺钉或铆合固定。图中尺寸： =7m
12、m (68)= 8=28mm3.5、底座设计底座材料常用铸铁HT150及HT200，我们选择HT150。铸件的壁厚不应小于812mm，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110的斜度。底座结构及尺寸如图. 图中 H1=H+（1428）mm =200+20=220mm H-a=44-14.5=29.5mmD=d+1(查手册) =34+1=35 D6=D3+（510）mm =61+6=67mmD7=D6+=67+=121mmD8= =194.0mm取10mm，则S=（1.52）=20mm式中：sp底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取sp=22.5MPa。参考文献：1濮良贵、纪名刚.机械设计M.北京:高等教育出版社,2006.2马兰.机械制图M。北京：机械工业出版社，2007.3 孙恒.机械设计M.北京:高等教育出版社,2006.- 12 -