汽车用螺旋千斤顶设计【毕业论文】【汽车专业】

I 摘 要 螺旋千斤顶主要是有螺杆、手柄、底座、螺套、旋转杆、挡环、托杯的零部件组装而成的。在本次设计过程中对螺旋传动的计算和各零部件的设计与选材最为重要；并且重点运用了机械设计方面的知识，另外还运用了辅助绘图工具 AoutCAD、Solidworks 等。 本文从螺旋千斤顶的零部件的设计与选材等多方面，阐述了它设计的全过程。尤其在工艺规程设计中，运用了大量的科学加工理论及计算公式，对它进行了精确地计算。 由于螺旋千斤顶是一种小型的起重设备，体积小方便携带，造价成本低，所以在日常生活中被广泛应用。 本设计既是产品 开发周期中的关键环节，有贯穿于产品开发过程的始终。设计决定了实现产品功能和目标的方案，结构和选材。制造方法以及产品运行，使用和维修方法。现代机械产品的要求不对传统机械产品高的多，因而在产品开发和改进过程中只有全面深入地运用现代设计理论，方法和技术才能满足社会对现代机械产品愈来愈苛刻的要求，提高其市场竞争能力。 关键词 ： 螺旋传动，体积小，方便，成本低 II 目 录 摘 要 . I 1 起重机械的概述 . II 2 千斤顶的概述 . 2 2.1 千斤顶的种类 . 2 2.2 千斤顶的结构和技术规格 . 3 2.3 千斤顶的工作原理 . 4 3 螺旋传动的设计与计算 . 5 3.1 螺旋传动的应用和类型 . 5 3.2 螺旋传动的结构和用途 . 7 3.3 螺旋传动的计算 . 7 3.4 螺旋传动的设计和选材 . 9 3.5 螺旋机构耐磨性的计算 . 10 3.6 螺母螺纹牙的计算 . 11 3.7 螺杆强度和稳定性的校核 . 12 3.7.1 强度的校核 . 12 3.7.2 稳定性的校核 . 12 3.8 自锁性的校核 . 13 4 千斤顶的设计 . 错误 !未定义书签。 4.1 螺杆的设计计算 . 错误 !未定义书签。 4.2 螺母设计计算 . 错误 !未定义书签。 4.3 托杯的设计计算 . 错误 !未定义书签。 4.4 手柄设计计算 . 错误 !未定义书签。 4.5 底座的设计计算 . 错误 !未定义书签。 4.6 千斤顶效率计算 . 错误 !未定义书签。 5 螺旋千斤顶图形的绘制 . 15 6 使用千斤顶的注意事项 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 II 摘 要 螺旋千斤顶主要是有螺杆、手柄、底座、螺套、旋转杆、挡环、托杯的零部件组装而成的。在本次设计过程中对螺旋传动的计算和各零部件的设计与选材最为重要；并且重点运用了机械设计方面的知识，另外还运用了辅助绘图工具 AoutCAD、Solidworks 等。 本文从螺旋千斤顶的零部件的设计与选材等多方面，阐述了它设计的全过程。尤其在工艺规程设计中，运用了大量的科学加工理论及计算公式，对它进行了精确地计算。 由于螺旋千斤顶是一种小型的起重设备，体积小方便携带，造价成本低，所以在日常生活中被广泛应用。 本设计既是产品开发周期中的关键环节，有贯穿于产品开发过程的始终。设计决定了实现产品功能和目标 的方案，结构和选材。制造方法以及产品运行，使用和维修方法。现代机械产品的要求不对传统机械产品高的多，因而在产品开发和改进过程中只有全面深入地运用现代设计理论，方法和技术才能满足社会对现代机械产品愈来愈苛刻的要求，提高其市场竞争能力。 关键词 ： 螺旋传动，体积小，方便，成本低 1 1 起重机械的概述 起重机械是现代工业企业中实现生产过程机械化、自动化、减轻繁重体力劳动、提高劳动生产率的重要工具和设备。起重机是机械化作业的重要物质基础，是一些工业企业中主要的固定资产。对于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑施工工地 ，以及海洋开发、宇宙航行等部门，起重机已成为主要的生产力要素，在生产中进行着高效的工作，构成合理组织批量生和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在某些关键岗位上增加一两台起重设备，劳动生产率就会成倍的增长。 起重机的驱动多为电力，也可用内燃机，人力驱动只用于轻小型起重设备或特殊需要的场合。起重机械由运动机械、承载机构、动力源和控制设备以及安全装备、信号指示装备等组成；是一种以间歇作业方式对物料进行起升，下降和水平移动的搬运机械。起重机械的作业通常带有重复循环的性质。一个完整的作业循环一般包括取 物、起升、平移、下降、卸载，然后返回原处等环节。起重机械广泛用于交通运输业、建筑业、商业和农业等国民经济各部门及人们日常生活中。起重机的驱动多为电力，也可用内燃机，人力驱动只用于轻小型起重设备或特殊需要的场合。 起重机械的工作特点：（ 1）起重机械通常结构庞大，机构复杂，能完成一个起升运动、一个或几个水平运动；（ 2）所吊运的重物多种多样，载荷是变化的；（ 3）大多数起重机械，需要在较大的空间范围内运行，有的要装设轨道和车轮，有的要装上轮胎或履带在地面上行走，有的需要在钢丝绳上行走（ 4）有的起重机械需要直接载运人 员在导轨、平台或钢丝绳上做升降运动；（ 5）暴露的、活动的零件较多，且常与吊运作业员直接接触，潜在安全隐患；（ 6）作业环境复杂；（ 7） 作业中常常需要多人配合，共同进行；起重机械的上述工作特点，决定了它与安全生产的关系很大。如果对起重机械的设计、制造、安装使用和维修等环节上稍有疏忽，就可能造成伤亡或设备事故。一方面造成人员的伤亡，另一方面也会造成很大的经济损失。 而千斤顶又属于起重机械的一种。千斤顶是一种起重高度小 (小于 1 )的最简单的起重设备。 (参考文献 4) 2 2 千斤顶的概述 千斤顶又叫举重器、顶重机 、顶升机等，是一种用比较小的力就能把重物顶升、下降或移位的简单起重机具，也可用来校正设备安装的偏差和构件的变形等。千斤顶 主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备， 千斤顶的顶升高度一般为 400mm，顶升速度一般为 10-35mm/min，起重能力最大可达 500t。 2.1 千斤顶的种类 千斤顶按其构造及工作原理的不同，通常分为机械式和液压式，机械式千斤顶又 有齿条式与螺旋式两种，其中螺旋式千斤顶和液压式千斤顶较为常用；由于起重量小，操作费力，所以螺旋千斤顶一般只用于机械维修工作，在修桥过程中不适用。液压式千斤顶结构紧凑，工作平稳，有自锁作用，故使用广泛。其缺点是起重高度有限，起升速度慢。 液压千斤顶主要由油室、油泵、储油腔、活塞和摇把等组成，工作时，用千斤顶的手动摇把驱动油压泵，将工作油压入油室，推动活塞上升或下降，进而顶起或下落重物。在工程施工时， YQ 型手动液压千斤顶使用较多。这种千斤顶质量轻，效率高，使用和搬运也比较方便，它又可以分为通用和专用两类。 专用 液压千斤顶使专用的张拉机具，在制作预应力混凝土构件时，对预应力 钢筋施加张力。专用液压千斤顶多为双作用式。常用的有穿心式和锥锚式两种。 穿心式千斤顶适用于张拉钢筋束或钢丝束，它主要由张拉缸、顶压缸、顶压 活塞 及弹簧等部分组成。它的特点是：沿拉伸机轴心有一穿心孔道，钢筋 (或钢丝 )穿入后由尾部的工具锚固。 螺旋式千斤顶又分为：固定式螺旋式千斤顶、 LQ 型固定式螺旋千斤顶和移动式螺旋千斤顶三大类。（ 1）固定螺旋式千斤顶有普通式和棘轮式两种，在作业时，未卸载之前不能作平面移动；（ 2） LQ 型固定螺旋式千斤顶结构紧凑、轻巧，使用方便。它有棘轮组、大小锥齿轮、升降套筒、锯齿形螺杆、主架等组成；当往复搬动手柄时，撑牙推动棘轮组间歇回转，小锥齿轮带动大锥齿轮，使锯齿形螺杆旋转，从而使升降套筒上升 或下降。由于推力轴承转动灵活，摩擦力小，因而操作灵敏，工作效率高。（ 3）移动式螺旋千斤顶是一种在顶升过程中可以移动的千斤顶，在作业时， 3 它的移动主要是靠其底部的水平螺杆转动，从而使顶起或下降的重物连同千斤顶一同做水平移动。因此，移动式螺旋千斤顶在设备安装施工中用来就位便很使用。如下图： 2.1 螺旋千斤顶 齿条千斤顶主要由齿条和棘轮等组成，工作时，由 1-2人转动千斤顶上的手柄，利用齿条的顶端顶起高处的重物。同时，也可用齿条的下脚，顶起低处的重物。另外，在千斤顶的手柄上备有制动时需要的齿轮。 千斤顶已实施出口 产品质量许可制度，未取得和质量许可证的产品不准出口。 2.2 千斤顶的结构和技术规格 油压千斤顶按其结构、用途分为如下两种： 立式螺纹连接结构的油压千斤顶，其代号的表征字母为 qyl。 立卧两用油压千斤顶，其代号的表征字母为 qw。 螺旋千斤顶按其结构和使用场所分为： 普通型螺旋千斤顶，其代号的表征字母为 ql。 普通高型螺旋千斤顶，其代号的表征字母为 qlg。 普通低型螺旋千斤顶，其代号的表征字母为 qld。 钩式螺旋千斤顶 ,其代号的表征字母为 qlg。 剪式螺旋千斤顶 ,其代 号的表征字母为 qlj。 自落式螺旋千斤顶 ,其代号的表征字母为 qlz。 表 2.1 移动式螺旋千斤顶技术规格 4 轻重量（ t） 顶起高度（ mm） 螺杆落下最小高度（ mm） 水平移动距离（ mm） 自重（ kg） 8 250 510 175 40 10 280 540 300 80 12.5 300 660 300 85 15 345 660 300 100 17.5 350 660 360 120 20 360 680 360 145 25 360 690 370 165 30 360 730 370 225 表 2.2 齿条千斤顶的技术规格 型号 01 型 02 型 起重量（ t） 静负荷 15 15 动负荷 10 10 最大起重高度（ mm） 280 330 钩面最低高度（ mm） 55 55 机座尺寸（长 宽 ,mm） 260 166 260 166 外形尺寸（长 宽 高， mm） 370 166 525 414 166 550 自重（ kg） 26 25 2.3 千斤顶的工作原理 千斤顶有机械千斤顶和液压千斤顶等几种，原理各有不同。从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也 比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。螺旋千斤顶是通过往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升或下降，而达到起重拉力的功能，但不如液压千斤顶简易 。 (此部分参考文献 4和 5) 5 3 螺旋传动的设计与计算 3.1 螺旋传动的应用和类型 螺旋传动是利用螺杆（丝杠）和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线 运动，同时传递运动和动力。它具有结构紧凑、转动均匀、准确、平稳、易于自锁等优点，在工业中获得了广泛应用。 （ 1） 按螺杆与螺母的相对运动方式，螺旋传动可以有以下四种运动方式： 螺母固定不动，如图 (a)螺杆转动并往复移动，这种结构以固定螺母为主要支承，结构简单，但占据空间大。常用于螺旋压力机、螺旋千斤顶等。 螺母转动，如图 (b)螺杆做直线移动，螺杆应设防转机构，螺母转动要设置轴承均使结构复杂，且螺杆行程占据尺寸故应用较少。 螺母旋转并沿直线移动，如图 (c)由于螺杆固定不动，因而二端支承结构较简单，但精度不 高。有些钻床工作台采用了这种方式。 螺杆转动，如图 (d)螺母做直线运动，这种运动方式占据空间尺寸小，适用于长行程螺杆。螺杆两端的轴承和螺母防转机构使其结构较复杂。车床丝杠、刀架移动机构多采用这种运动方式。 (a) (b) (c) (d) 图 3.1 运动方式 本次设计的螺旋千斤顶是运用了上图（ a）的运动方式，即螺母固定不动。 （ 2） 按照用途不同，螺旋传动分为三种类型。 传力螺旋以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，一般为 6 间歇性工作，工作速度较低，通常要求具有自锁能力，下图 3.2 螺旋压力机均为传力螺旋。 图 3.2 螺旋压力机 传导螺旋以传递运动为主，这类螺旋常在较长的时间内连续工作且工作速度较高，传动精度要求较高，下图 3.3 为机床进给机构的螺旋。 图 3.3 传导螺旋 调整螺旋用于调整并固定零件间的相对位置，一般不经常转动，要求能自锁，有时也要求很高精度，如带传动张紧装置、机床卡盘和精密仪表微调机构的螺旋等 。 本次设计的螺旋千斤顶就是运用了传力螺旋这种传动类型。 7 3.2 螺旋传动的结构和用途 按照螺旋副摩擦性质的不同，螺旋传动又可分为滑动摩擦螺旋传动（简称滑动螺旋）、滚动摩擦螺旋传动（简称滚动螺旋）和静压滑动螺旋传动（简称静压螺旋）。 滑动螺旋传动又分为普通滑动螺旋传动和静压螺旋传动，且应用较广，其特点是结构简单，制造方便，成本低；易于实现自锁；运转平稳。缺点在于当低速或进行运动微调时可能出现爬行现象；摩擦阻力大，传动效率低（一般为 30%50%）；螺纹（通常采用梯形螺纹和锯齿形螺纹）有侧向间隙，反向时有空行程 ；磨损较大。广泛应用于机床的进给、分度、定位等机构，如此次设计过程中千斤顶的传力螺旋。 滚动螺旋也称滚珠丝杠，其特点是摩擦阻力小，传动效率高（ 90%以上）；运转平稳，低速时不爬行，启动时无抖动；螺旋副经调整和预紧可实现高精度定位精度和重复定位精度；传动具有可逆性，如果运用于禁止逆转的场合，需要加设防逆转机构；不易摩擦，使用寿命长。缺点为结构复杂，制造困难；抗冲击能力差。应用于精密和数控机床、测试机械、仪器的传动和调整螺旋，车辆、飞机上的传动螺旋。 滚动螺旋传动特点：传动效率高，传动精度高，起动阻力矩小，传动 灵活平稳，工作寿命长。 滚动螺旋传动应用于机床、汽车、拖拉机、航空军工等制造业。 滚动螺旋传动按滚珠循环方式分为： 内循环：滚珠始终和螺杆接触，两个封闭循环回路有两个反向器，三个封闭循环回路有三个反向器。特点：流动性好，效率高，经向尺寸小。 外循环：分离，工艺性好，分为螺旋式，插管式，挡珠式。 静压螺旋传动螺杆与螺母被油膜隔开，不直接接触。具有摩擦阻力小，传动效率高（达 99%）；螺母的结构复杂；运转平稳，无爬行现象；传动具有可逆性（不需要时应加设防逆转机构）；反向时无空行程，定位精度高，轴向刚力大；磨损小，寿命长等优点。其缺点为结构复杂，制造较难，需要一套压力稳定，供油系统要求高。应用于精密机床的进给、分度机构的传动螺旋。 3.3 螺旋传动的计算 在螺旋传动中，结构最简单应用最广泛的是滑动螺旋，滑动螺旋副工作时，主要承受转矩和轴向拉力（或压力）的作用，由于螺杆和螺母的旋合螺纹间存在着较大的相对滑动，因此，其主要失效形式是螺纹牙破损。滑动螺旋的基本尺寸通常根 8 据耐磨条件确定。对于传力螺旋还应校核螺杆危险截面的强度；对于青铜或铸铁螺母以及承受重载的调整螺旋应校核其自锁性；对于精度传动螺旋应该校核螺杆的刚度；对于受压螺 杆，当其长径比很大时，应校核其稳定性；对于高速长螺杆，应校核其临界转速；要求自锁时，多采用单线螺纹，要求高效时，多采用多线螺纹。 （ 1）一般螺旋机构的计算 一般螺旋机构当螺杆转角（ rad）时，螺母轴向移动的位移 L（ mm）为 : L=S /2 （式 3.1） 则式中 S 为螺旋线导程（ mm）。 如果螺杆的转速为 n(r/min)时，则螺母移动速度 v(mm/s)为 : V=Sn/60 （式 3.2） （ 2）差动螺旋机构与复式螺旋机构的计算 1-机架 2-螺杆 3-螺母 4-导向杆 图 3.4 差动螺旋机构 上图的螺旋机构中，螺杆 1 上有 A、 B 两段螺旋， A 段螺旋导程为 SA（ mm）， B段螺旋导程为 SB（ mm），两者旋向相同，则当螺杆转角（ rad）时，螺母轴向移动的位移 L（ mm）为： L=（ SA-SB） /2 （式 3.3） 如果螺杆的转速为 n(r/min)时，则螺 母移动速度 v(mm/s)为： L=（ SA-SB） n/60 （式 3.4） 9 由上式可知：当 A、 B 两螺旋的导程 SA、 SB接近时，螺母可得到微小位移，这种螺旋机构称为差动螺旋机构（又称微动螺旋机构），常用于分度机构、测微机构等。 如果两螺旋的旋向相反，则螺母轴向移动的位移 L为： L=（ SA-SB） /2 （式 3.5） 移动速度为： V（ SA-SB） n/60 （式 3.6） 这种螺旋机构称为复式螺旋机构，适合于快速靠近或离开的场合。 滑动螺旋传动工作时，螺杆和螺母主要承受转矩和轴向载荷（拉力或压力）的作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动。滑动螺旋传动的主要失效形式是螺纹磨损。因此，通常根据螺旋副的耐磨性条件，计算螺杆中径及螺母高度，并参照螺纹标准确定螺旋的主要参数和尺寸，然后再对可能发生的其他失效逐一进行校核。 3.4 螺旋传动的设计和选材 滑动螺旋的结构包括螺杆、螺母的结构形式及其固定和支承结构形式。螺旋传动的工作刚度 与精度等和支承结构有直接关系，当螺杆短而粗且垂直布置时，如起重及加压装置的传力螺旋，可以采用螺母本身作为支承的结构。当螺杆细长且水平布置时，如机床的传导螺旋（丝杠）等，应在螺杆两端或中间附加支承，以提高螺杆工作刚度。 螺母结构有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。整体螺母结构简单，但由磨损而产生的轴向间隙不能补偿，只适合在精度要求较低的场合中使用。对于经常双向传动的传导螺旋，为了消除轴向间隙并补偿旋合螺纹的磨损，通常采用组合螺母或剖分螺母结构。利用螺钉可使斜块将其两侧的螺母挤紧，减小螺纹副的间隙，提高传动精 度。 传动用螺杆的螺纹一般采用右旋结构，只有在特殊情况下采用左旋螺纹 。 螺杆和螺母材料应具有较高的耐磨性、足够的强度和良好的工艺性。 表 3.1 螺杆与螺母常用的材料 螺纹副 材料 应用场合 Q235 Q275 45 50 轻载、低速传动。材料不热处理 40Gr 65Mn 20GrMnTi 重载、较高速。材料需经热处理，以提高耐磨性 10 螺杆 9Mn2V GrWMn 38GrMoAl 精密传导螺旋传动。材料需经热处理 螺母 ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5 一般传动 ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn 重载、低速传动。尺寸较小或轻载高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内空浇铸巴士合金或青铜 3.5 螺旋机构耐磨性的计算 耐磨性计算尚无完善的计算方法，目前是通过限制螺纹副接触面上的压强作为计算条件，其校核公式为： P z2 hd/FA/F P （式 3.7） 式中， F 为轴向工作载荷（ N）； A 为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积（ mm）； d2为螺纹中 径 (mm)； P为螺距 (mm)； h为螺纹工作高度 (mm)，矩形与梯形螺纹的工作高度 h=0.5P,锯齿形螺纹高度 h=0.75P； z=H/P 为螺纹工作圈数，H 为螺纹高度 (mm)， p为许用压强 (MPa)。 表 3.2 滑动螺旋传动的许用压强 螺纹副材料 滑动副速度 /(m min-1) 许用压强 /MPa 钢对青铜 低速 15 1825 1118 710 12 钢 -耐磨铸铁 612 68 钢 -灰铸铁 2.4 612 1318 47 钢 -钢 低速 7.513 淬火钢 -青铜 612 1013 注： 4。 临界载荷 FC与螺杆的柔度及材料有关，根据 =iL的大小选用不同的公式计算。 当 85 90 时，根据欧拉公式计算，即： 22c LEIF）（ （式 3.15） 当 85 90 时；对 b 380MPa 的碳素钢（如 Q235、 Q275） Fc=(304/1.12 )421d （式 3.16） 当 85 90 时，对 b 470MPa 的优质碳素钢（如 355、 45） Fc=(461/2.57 )421d （式 3.17） 当 40 时，无需进行稳定性计算。 式中 FC为临界载荷（ N）； E为螺杆材料的弹性模量（ MPa） ，对于钢 E=2.06 105； 13 I 为危险截面的惯性矩（ mm4）， I=6441d ， d1 为螺杆螺纹内径 (mm)；为长度系数，与螺杆端部结构有关， L 为螺杆最大受力长度 (mm)； i 为螺杆危险截面的惯性半径(mm)， i=4/21dI=41d。 （式 3.18） 表 3.4 长度系数的选择 螺杆端部结构 两端固定 0.5 一端固定 ，一端不完全固定 0.6 一端固定，一端自由（如千斤顶） 2 一端固定，一端铰支（如压力机） 0.7 两端铰支（如传导螺杆） 1 注：用下列办法确定螺杆端部的支撑情况： 采用滑动支承时： lo 为支承长度， do 为支承孔直径， lo/do3固定。 采用滚动支承时： 只有径向约束时为铰支；径向和轴向都有约束为固定。 注：用下列办法确定螺杆端部的支撑情况： 采用滑动支承时： lo 为支承长度， do 为支承孔直径， lo/do3固定。 采用滚动支承时： 只有径向约束时为铰支；径向和轴向都有约束为固定。 3.8 自锁性的校核 对于要求自锁的螺旋传动，应校核是否满足自锁条件，即： Vartanf （式 3.19） 式中， fV为螺纹副的当量摩擦系数 表 3.5 螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数 fV（定期润滑） 14 螺旋副材料 钢和青铜 钢和耐磨铸铁 钢和铸铁 钢和钢 淬火钢和青铜 0.08 0.10 0.10 0.12 0.12 0.15 0.11 0.17 0.06 0.08 15 计 算 与 说 明 结 果 4.1 螺杆的设计计算 1.确定螺纹直径 螺杆工作时，同时受到压力和转矩的作用。因此它的计算可近似按螺栓联接的计算公式求得螺纹小径，即 1 4 1 .3 Fd 许用应力 (3 5)s 由手册25P， 223 1 5 , 5 3 0sBN m m N m m 2315 1 0 5 6 3( 3 5 ) ( 3 5 )s N m m 取 80Mpa 则 314 1 . 3 6 5 1 0 3 6 . 6 880d m m 选梯形螺纹 48 8Tr 螺纹大径 48d mm ， 1 4 8 1 4 9D d m m 螺纹中径 22 4 4 8 4 4 4d D d m m 螺纹小径 9 4 8 9 3 9d m m 1d 1 8 4 8 8 4 0D d m m 螺距 8p mm 螺纹根部厚度 1 0 . 6 3 4 0 . 6 3 4 8 5 . 0 7 2t p m m 螺纹工作高度 mmh=0.5p=0.5 8=4 较核螺杆强度 螺纹力矩 21 t a n ( ) 2v dTF 螺纹升角 218a r c t a n ( ) a r c t a n ( ) 3 . 3 144np d o 查手册 P6 表 1-10 0.18 (钢与铸铁的滑动摩擦系数无润滑 ) 当量摩擦角 0 . 1 8a r c t a n a r c t a n 1 0 . 5 5c o s c o s 1 5v oo 351 446 5 1 0 t a n ( 3 . 3 1 1 0 . 5 5 ) 3 . 5 3 1 02T N m m g 80Mpa 48d mm 2 44d mm 39d mm1 8p mm 1 5.072t mm mmh=4 49D mm 1 40D mm 3.31 o 10.55v o 16 计 算 与 说 明 结 果 17 按第四强度理论较核，压 扭组合校核 22123114 3 0 . 2caTFdd 2235234 6 5 1 0 3 . 5 3 1 03 7 4 . 9 6 8 03 9 0 . 2 3 9ca M p a M p a 满足要求。 图 1-1 螺杆受力图 2.自锁性验算 自锁条件v 其中 3.31 o 故 v，可用，且 4 4 30 oo，可靠 3.螺杆结构（见图 1-2） 螺杆上端直径 ( 1 . 7 1 . 9 ) ( 1 . 7 1 . 9 ) 4 8 8 1 . 6 9 1 . 2d m m 2D 取 85mm2D 手柄孔径 ( 0 .5 1 )kpdd 式中： 35pd mm 则 3 5 ( 0 . 5 1 ) 3 5 . 5 3 6kd m m 取 36kd mm 7 4 .9 6ca M pa 满足螺杆强度要求。 85mm2D 36kd mm 计 算 与 说 明 结 果 18 ( 0 . 6 0 . 7 ) ( 0 . 6 0 . 7 ) 4 8 2 8 . 8 3 3 . 6d d m m ，取 30d mm 退刀槽直径 1 ( 0 . 2 0 . 5 ) 3 9 ( 0 . 2 0 . 5 ) 3 8 . 8 3 8 . 5d m m cd 取 38.6cd mm 退刀槽宽度 b=1.5p=1.5 8=12mm 螺杆膨大部分长度 l = ( 1 . 4 1 . 6 ) d = ( 1 . 4 1 . 6 ) 4 8 = 6 7 . 2 7 6 . 8 m m 取 70l mm 12 ( 3 4 ) 1 3 ( 3 4 ) 1 6 1 7h h m m ， 取1 16h mm 螺杆长度 1 2 4 0 1 4 0 7 0 1 6 4 6 6l l h m m =H+H 4.稳定性计算 细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力，螺杆可能失稳，为此按下式演算螺杆的稳定性。 2 .5 4 .0crFF 式中，crF为螺杆的临界压力。 22()crEIFL。弹性模量 52 .0 1 0E M p a 4 4 541 39 1 . 1 1 06 4 6 4dI m m 。 5 (1 . 4 1 . 6 )L H p d 2 4 0 5 8 (1 . 4 1 . 6 ) 4 8 3 4 7 . 2 3 5 6 . 8 mm ，取 350L mm 。 由 0 0 2 1 4 0 4 4 3 . 1 8 3l d d H，为固定支承， 2 （一端固定， 一端自由） 2 5 5 522 . 0 1 0 1 . 1 1 0 4 . 5 7 1 0( 2 3 5 0 )crFN 534 . 5 7 1 0 6 5 1 0 7 . 0 3 2 . 5crFF ，螺杆可以稳定工作。 图 1-2 螺杆简图 30d mm 38.6cd mm b=12mm 70l mm 1 16h mm 466l mm= 52 .0 1 0E M p a 541 .1 1 0I m m 350L mm 2 54 .5 7 1 0crFN 7.03crFF 计 算 与 说 明 结 果 19 4.2 螺母的设计计算 螺母的材料选用 HT300 1. 确定螺纹旋合圈数 z 根据耐磨性旋合圈数 z，即 2 FPppd h H 2 Fz d h p 26 5 , 1 5p N m m120查 书 本 P 表 36 5 1 0 7 . 8 44 4 1 5 4z 螺母实际圈数 1 . 5 7 . 8 4 1 . 5 9 . 3 4zz 1 0 , 1 . 5 8 . 5z z z 取 则 螺母旋合长度 1 0 8 8 0H z p m m g 校核螺母的高径比 8 0 4 4 1 . 8 2 2= H d 6 .5120查 书 本 P 表 ， 2 . 5 3 . 5 兼 做 支 承 的 螺 母，不能满足要求。故要重新确定螺母的高度。 3.2 取 ，则2 3 . 2 4 4 1 4 0 . 8H d m m 取 140H mm 紧定螺钉选择参照手册 P45 2. 校核螺母的螺牙强度 （ 1） 剪切强度 121 6 .6p查 书 本 表 2 4 0 N m m 3 2216 5 1 0 9 . 8 4 04 9 5 . 0 7 2 8 . 5 N m m N m mD t z F 故满足要求。 （ 2） 弯曲强度 213 bbFhD t z 式中 mmh=4 6 .6121查 书 本 p 表 2 4 5 5 5b N m m 10z 80H mm 140H mm 2 4 0 N m m 29 . 8 N m m，满足 剪切强度要求 2 4 5 5 5b N m m 20 计 算 与 说 明 3 223 6 5 1 0 4 2 3 . 2 4 9 5 . 0 7 2 8 . 5bb N m m 故满足要求 3. 螺母其它结构尺寸 螺母外径 mm D = ( 1 . 6 1 . 8 ) D = ( 1 . 6 1 . 8 ) 4 9 = 7 8 . 4 8 8 . 2 取 80D mm 螺母凸缘厚度 1 ( 1 . 3 1 . 4 ) ( 1 . 3 1 . 4 ) 8 0 1 0 4 1 1 2D D m m 取 1 106D mm 螺母 凸 缘 厚 度 80 2 6 . 6 73 mmHa= 3 取 25a mm 4. 螺母外径和凸缘强度的计算及螺母悬置部分拉 扭组合校核 （ 1） 2 2( 1 . 2 1 . 3 ) 1 ()4FDD 式中：螺母的许用拉应力 0.83 b 螺母材料的许用弯曲应力 b 6 .6121见 书 本 P 表， 2 4 5 5 5b N m m 0 . 8 3 0 . 8 3 4 5 5 5 3 7 . 3 5 4 5 . 6 5b M p a 3 2 2 2 2(1 . 2 1 . 3 ) (1 . 2 1 . 3 ) 6 5 1 011( ) ( 8 0 4 9 )44FDD 2 4 . 8 2 6 . 9 M p a 安全。 （ 2） 凸缘与底座接触部分的挤压强度计算 2 211()4ppFDD ( 1 . 5 1 . 7 ) ( 1 . 5 1 . 7 ) ( 4 5 5 5 ) 6 7 . 5 9 3 . 5pb M p a 3226 5 1 0 1 7 . 11 (1 0 6 8 0 )4p M p a 结 果 22 3 . 2 bbN m m 满足弯曲强度要求。 80D mm 1 106D mm 25a mm 2 4 5 5 5b N m m 3 7 . 3 5 4 5 . 6 5 M p a 2 4 . 8 2 6 . 9 M p a 故安全 6 7 . 5 9 3 . 5p M p a 21 计 算 与 说 明 结 果 pp ，安全 螺母上固定螺钉用 GB/T 71 M12 （ 3） 凸缘根部的弯曲强度计算 121 . 5 ( ) bbF D DDa 321 . 5 6 5 1 0 (1 0 6 8 0 ) 1 6 . 1 58 0 2 5b M p a bb ，安全。 图 1-3 螺母简图 4.3 托杯的设计计算 1.验算接触面间的压力强度：螺旋千斤顶起重时，因托杯底与螺杆接触面间相对滑动，所以要验算接触面间的压力强度， 22451()4FppDD 直径42 ( 2 4 ) 8 5 ( 2 4 ) 8 3 8 1D D m m 4 82D mm取 直径 5 ( 1 2 ) 3 0 ( 1 2 ) 3 1 3 2D d m m 5 31D mm取 则 322 2 2 2456 5 1 0 1 4 . 411( ) ( 8 2 3 1 )44Fp N m mDD 2 1 8p N m m （托杯材料 Q235） , pp ,故安全 pp 故安全 4 82D mm 5 31D mm 21 4 .4p N m m pp ,故安全 22 计 算 与 说 明 结 果 2.托杯的外口径 3 ( 2 . 4 2 . 5 ) ( 2 . 4 2 . 5 ) 4 8 1 1 5 . 2 1 2 0D d m m 3 118D mm取 图 1-4 托杯简图 4.4 手柄的设计计算 1. 选材：手柄的材料选取 Q235 2. 手柄长度 1）作用于手柄上的力矩12TTPT=KL， 从而可得 12P TTL K 2） K 为搬动手柄的臂力，起取值为 K = 1 5 0 2 5 0 N: ，取 K=200N 3）螺纹力矩 521 t a n ( ) 3 . 5 3 1 02v dT F N m m gg 摩擦力矩 32 4 511( ) ( 8 2 3 1 ) 0 . 0 7 6 5 1 044T D D F g 51 . 2 8 1 0 N m m g 2 mT r F 4533452245( ) 4 ,13mD D C Cr DDDD gg（ p 为 常 数 ）（ p=C ） 4）手柄长度 5512 3 . 5 3 1 0 1 . 2 8 1 0 2405200P TTL m mK 1500PL m m取 5）手柄的实际长度 3 118D mm K=200N 51 3 . 5 3 1 0T N m m g 52 1 . 2 8 1 0T N m m g 1500PL mm 23 计 算 与 说 明 结 果 2 85( 5 0 1 5 0 ) 1 5 0 0 ( 5 0 1 5 0 )22P DLL 1 5 9 2 . 5 1 6 9 2 . 5 mm : mm取 L=800 3.手柄直径 按弯曲强度设计 3 0 . 1PKLbbPd则3 0 . 1 PKL Pbd 2 1 2 0 N m m b 3 2 0 0 2 4 0 5 3 4 . 20 . 1 1 2 0 mmPd 35mmP取 d 图 1-5 手柄简图 4.5 底座的设计计算 底座材料选用 HT150，铸铁壁厚 10mm ，底座外形制成 1： 5 的锥度，其主要结构尺寸如下： 240H mm （任务书） 高度 1 ( 1 4 1 8 ) 2 4 0 1 4 0 ( 1 4 1 8 )H H H 3 9 4 3 9 8 mm 取 1 395H mm 6 ( 5 1 0 ) 8 0 ( 5 1 0 ) 8 5 9 0D D m m 6 90D mm取 mmL=800 35mmPd 240H mm 1 395H mm 6 90D mm 24 计 算 与 说 明 结 果 7 6 111( ) 9 0 ( 3 9 5 1 4 0 2