螺旋千斤顶课程设计西南大学

1、文档编码 : CO5Z3C1N7N1 HJ10N1E4F1P1 ZJ5E9K2D8K4螺旋千斤顶 设计运算说明书 院 系 工程技术学院 专业年级 2022 级机械设计制造及其自动化 设 计 者 指导老师 成 绩 年 11 月 7 日 2022 精品资料 第 1 页,共 28 页目录 1 设计任务书 . 41.1 设计题目：设计螺旋千斤顶（参考下图 a） . 41.2 原始数据 . 41.3 设计工作量 . 41.3.1 绘制出总装配图一张 . 41.3.2 编写设计运算说明书一份 . 4螺杆的设计与运算 . 52.1.1 螺杆螺纹类型的挑选 . 62.1.2 选取螺杆材料 . 62.1.3 确

2、定螺杆直径 . 62.1.4 自锁验算 . 72.1.5 结构设计 . 72.1.6 螺杆强度运算 . 92.1.7 稳固性运算 . 10 螺母设计运算 . 11 2.2.1 选取螺母材料 . 11 2.2.2 确定螺母高度 H 及工作圈数 u . 11 2.2.3 校核螺纹牙强度 . 12 2.2.4 螺母与底座孔协作 . 14 托环的设计与运算 . 14 精品资料 第 2 页,共 28 页2.3.1 托杯材料的挑选 . 2.3.2 结构设计 . 2.3.3 接触面强度校核 . 14 14 15 17 17 17 18 19 19 19 20 20 20 26 27 手柄的设计运算 . 2.

3、4.1 手柄材料的挑选 . 2.4.2 运算手柄长度 Lp . 2.4.3 手柄直径 d p 的确定 . 2.4.4 结构 . 底座设计 . 2.5.1 挑选底座材料 . 2.5.2 结构设计 . 2.5.3 底座设计运算 . 由图 1-7 可得底座的相应尺寸： . 3. 关于螺旋千斤顶结构设计等的补充说明 . 参考文献： . 精品资料 第 3 页,共 28 页设计运算说明书 1 设计任务书 1.1 设计题目：设计螺旋千斤顶（参考下图 a） 1.2 原始数据 最大起重量 F=40kN 最大升程 H=190mm 1.3 设计工作量 1.3.1 绘制出总装配图一张 参考下图 b,标注有关尺寸,填写

4、标题栏及零件明细表； 1.3.2 编写设计运算说明书一份 参考资料等 ； 包括封面,目录,设计任务书,运算内容和设计步骤, 精品资料 第 4 页,共 28 页（ a） 计 算 及 说 明 （ b） 结 果 2. 运算内容和设计步骤 螺杆的设计与运算 精品资料 第 5 页,共 28 页2.1.1 螺杆螺纹类型的挑选 挑选梯形螺纹,牙型角 =30 ., 梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易 松动；它的基本牙型按 的规定； 选就材料：45 钢； 2.1.2 选取螺杆材料 螺杆材料的挑选螺杆材料常用的有 Q235 , Q275 , 40 , 45 , 55 钢,由 取 P =20MPa 于是承担轻载荷,挑

5、选 45 钢,查手册表 2-7 得 s 355MPa ；查表 5-13 取安全系数 S=4 ,就 ；与其相旋合的螺母材料选 为 ZCuSn10P1 铸锡青铜,由于千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速 S 4s 355MPa 滑动,螺杆材料为 45 钢,螺母材料为青铜,查表 5-12 可知,许用压力 p 介于 18 25MPa 之间,在此取 p 20MPa ； 2.1.3 确定螺杆直径 按耐磨性条件确定中径 d 2 运算过程： 滑动螺旋的耐磨性运算,主要是限制螺纹工作面上的压力 p,使其 小于材料的许用压力 p ； pF F FP p ； , 一般取 1.23.5, A d2 hu d 2 hH

6、由于 H,所以有 d 2 FP d 2 h p 对于等腰梯形螺纹, h,有 d2 F p 所以此处 取 ； 精品资料 第 6 页,共 28 页带入设计公式,得 d 2 40000 20 3-7 和 3-8 挑选公称直径和螺距为： 按国家标准查手册表 公称直径 d=36mm 螺距 P=6mm 螺杆小径 d 1 =d-7=29mm 螺杆中径 d 2 = d-32.1.4 自锁验算 自锁验算条件是 v f arctan cos arctan f v 为当 取 中径运算初值： 为螺纹中径处升角； f :当量摩擦系数； f ：摩擦系数； d 2 量摩擦角 ：牙侧角, / 2 15 ； 螺杆尺寸： 摩擦系

7、数 f 由查表 5-12 可知, f ,由于千斤顶的运 d=36mm 动速度是很低的,所以摩擦系数按起动时取最大值 0.10 ； P=6mm arctan nP =arctan 1 6 0d1=29mm d 2 33 f arctan cos arctan cos15 d 2 =33mm 体会算, ,中意自锁条件； 取： 2.1.5 结构设计 牙侧角： 15 依据图 1-2 进行螺母的结构设计 摩 擦 系 数 ： （ 1）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 精品资料 第 7 页,共 28 页大直径；手柄孔径 dk 的大小依据手柄直径 dp预备, d kdp十 ； f

8、nP =3 （ 2 ）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 d 1 约小 0.20.5mm ；退刀槽的宽度可取为 ,取 arctan d2 .314 0d 4=d 1-0.5=28.5mm ；退刀槽宽度 1.5P=9mm （ 3 ）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； v= 0（ 4 ）为了防止工作时螺杆从螺母中脱出, 在螺杆下端必需安置钢制挡圈 GB/T891-1986 D40mm, H 5mm , 挡 圈 用 紧 定 螺 钉 GB/T68-2022 M 6 16 固定在螺杆端部； 退刀槽直径： d 4退刀槽宽度： 1.

9、5P=9mm D=40mm H=5mm M 6 16 精品资料 第 8 页,共 28 页2.1.6 螺杆强度运算 对受力较大的螺杆应依据第四强度理论校核螺杆的强度,强度运算 公式为： ca 2322 F 2A T 3 WT 2 或 ca 12 F 4T 3 d1 （上式中 为螺纹中径处升角, 为 A d 2 2其中扭矩 T F tan 当量摩擦角） 由已知： F=40kN T=Ftan +vd2 0029N .mm A= 1d1224就有： ca 12 F 4T 3 d1 260.582MPa A 精品资料 第 9 页,共 28 页2.1.7 稳固性运算 瘦长螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失

10、稳,为此应按稳固性条 件验算螺杆的稳固性； Fcr / F 2.5 4 螺杆的临界载荷 Fcr 与柔度 s 有关 其中 s l / i ；当螺杆的柔度 s 40 时,可以不必进行稳固性校 核； 该千斤顶一螺母座位支承时,作不完全固定支承,另一端有径向和 轴向约束,为固定支承,所以端部职称情形是一端固定,一端不完全固 定；故取 2l 为 举 起 重 物 后 托 杯 底 面 到 螺 母 中 部 的 高 度 , 可 近 似 取 l H+5P+1.41.6d ,故按下式运算： l=H+5P+1.5d=190+5*6+1.5*36mm=274mm 螺杆危急截面的惯性矩, I 4 d1 64 =3.14*

11、29 4 /64mm 4就 i I d1 4 40 T= A 将以上数据代入柔度运算公式,得 . lmm s i故应进行稳固性校核； 螺杆选为淬火钢,当 s 85 时 精品资料 第 10 页,共 28 页mm 2由公式知： 490 2 d1 螺杆运算强度： = 临界载荷 F cr 1ca 1 2 F 2 4T 3 d1 24A = 1490 242 29 = N ssc F cr F ss =2.54 螺杆稳固性安全系数 所以,螺杆稳固性合格； 螺母设计运算 2.2.1 选取螺母材料 2螺母材料一般可选用青铜,对于尺寸较大的螺母可接受钢或铸铁制 造,其内孔浇注青铜或巴氏合金； 此题中挑选螺母材

12、料选为 ZCuSn10P1 铸锡青铜； =274mm I2.2.2 确定螺母高度 H 及工作圈数 u m4 I A d1 4螺母高度 H d 2 ,螺纹工作圈数 uH,考虑退刀槽的影响, iP 实际螺纹圈数 u= u+1.5u 应圆整 ；考虑到螺纹圈数 u 越多,载荷分布 s 柔度： 越不均,故 u不宜大于 10,否就应改选螺母材料或加大 d；螺母高度由 下式运算： H = u t li精品资料 第 11 页,共 28 页详细运算过程如下： 75.586 40 螺母高度： H =d2=螺纹工作圈数： u=H 考虑退刀槽的影响,取实际工作圈数为 u u 应当圆整,又考虑到螺纹圈数 u 越多,载荷

13、分布越不均,故 u不 Fcr= 宜大于 10,故取 u =10 （圈） ssc Fcr F 3. H u P=10*6mm=60mm 2.2.3 校核螺纹牙强度 77ss 依据 GB/T5796.3 2022 得螺母基本尺寸如下： 螺母大径： D=d+1=36+1mm=37mm 螺母小径： D1 =d-6=36-6mm=30mm 螺母中径： D2= d2=33mm 由图 1 3 得： D3 =（ ） D4 =（） D3螺母材料： 铸 aH 3=60/3mm=20mm ZCuSn10P1 锡青铜 螺母的其它尺寸见图 13,螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏；由于螺 母的材料强度低于螺杆,故只需校核螺母螺

14、纹牙的强度； 精品资料 第 12 页,共 28 页（ 1） 剪切强度校核 假设螺母每圈螺纹 所承担的平均压力为 F ,并作用在螺纹中径为 H u直 径 的 圆 周 上 , 就 螺 纹 牙 危 险 截 面 的 剪 切 强 度 条 件 为 ： F Dbu b ； 圆整后, 对于梯形螺纹,查表得： 30 40MPa u =10 就剪切强度为： H =60mm 40000 10 螺母大径： 37 故中意剪切强度条件； D =d+1=37mm （ 2 ）弯曲条件校核 螺母小径： 螺纹牙危急截面的弯曲强度条件为 6 Fl D 1=d-6=30mm 2 Db u 弯曲力臂： lD2D237 233 mm 2

15、 mm b螺母中径： D 2 =33mm 螺母材料的许用弯曲应力,查表得： b 40 60MPa ； D3 将数据带入弯曲强度条件公式,得： D4 6Fl 6 40000 2aH 32 D b 37 10 体会算,符合弯曲强度条件； =20mm 剪切强度验算： 精品资料 第 13 页,共 28 页弯 曲 力 臂 ： l=2 mm 强度条件验算： 图 1 3 b2.2.4 螺母与底座孔协作 （ 1 ）接受 H 8 协作； 13）和底座孔上端（图 1 7） r7 （ 2 ）为了安装简便,需在螺母下端（图 做出倒角； （ 3 ）为了更牢靠地防止螺母转动, 仍应装置紧定螺钉, 紧定螺钉挑选的 是（ G

16、B/T71 1985 ） M 6 20； 托环的设计与运算 2.3.1 托杯材料的挑选 挑选托环材料为 Q 235 钢； 2.3.2 结构设计 精品资料 第 14 页,共 28 页托杯用来承托重物,可用铸钢铸成,也可用 Q235 钢模锻制成,其 结构尺寸见图 14；为了使其与重物接触良好和防止与重物之间显现相 对滑动, 在托杯上表面制有切口的沟纹； 在螺杆上端应装有挡板； 2.3.3 接触面强度校核 为了防止托杯从螺杆端部脱落, 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,为了防止过快磨损,一方面需要润 滑,另一方面仍需要验算接触面间的压力强度；

17、 由图 1-4 运算各尺寸： 厚度 10mm ； D11 D10 =2.5d=2.5*36mm=90mm D13 D12 =D13紧定螺钉： M 6 20 托杯材料： Q235 精品资料 第 15 页,共 28 页图 1 4 为防止工作时过度磨损,接触面间的压强应中意 P F 2 D11 P 2 D12 4 将数据代入得： P F 40000 2D 12 - D11244运算许用压强 p,取托杯和螺杆材料 p 中较小的一个： 螺杆 p=88.75MPa ,托杯 p=235Mpa ； 取 p=88.75Mpa ； 体会算： P P ,接触面压强中意要求,选材合理； 精品资料 第 16 页,共 2

18、8 页手柄的设计运算 2.4.1 手柄材料的挑选 常用 Q235 和 Q215 ；此题中,该千斤顶手柄接受的材料是 Q235 2.4.2 运算手柄长度 Lp 10mm D11 mm D10=90mm D13扳动手柄的力矩： K L p T1 T2 ,就 LpT1 T2 K 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 ；此题中挑选 K 200N ； mmD12mm =40*tan（ 00）*33/2Nm =107.194 N.m =（ ）*0.1*40/4 N .m .m Lp T1 T2 =（）K 手柄运算长度 Lp 是螺杆中心到

19、人手施力点的距离, 考虑螺杆头部尺 寸及工人握手距离,手柄实际长度仍应加上 D13 + （50 150 ） mm ；故 2手柄的实际长度是： 精品资料 第 17 页,共 28 页为减小起重器的存放空间,一般手柄不得大于起重器的高度,可取 L 600mm,使用时加套筒； 手柄参考图 1-5（见下页） 2.4.3 手柄直径 d p 的确定 为 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 F KLp F p3故得设计公式为 dp3KL p 0.1 F 式中： F手柄材料许用弯曲应力, 当手柄材料为 Q215 和 Q235 时, F=120Mpa ； dp 3 200 1089 .

20、37 0.1 120 取 dp=27mm 就 dk=dp+1mm=28mm 精品资料 第 18 页,共 28 页2.4.4 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； 由于手柄的精度要求不高, 如图运算选用的螺钉为 （ GB/T68-2022 ）M 8 44 ,挡圈尺寸 D=60 ,H=6. 手柄接受的材料 是 Q235 底座设计 2.5.1 挑选底座材料 精品资料 第 19 页,共 28 页底座材料常用铸铁（ HT150 及 HT200 ）,此题中底座材料选为 HT200 ； 2.5.2 结构设计 铸件的壁厚 不应小 8

21、 12mm ,此题中挑选 于 加底座的稳固性,底部尺寸应大些,因此将其形状制成 10mm；为了增 K=200N 110的斜度； 2.5.3 底座设计运算 由图 1-7 可得底座的相应尺寸： T1 . H1 =H+20mm=210mm mD6 =D3 D7 =D6 +H 1 T2 N.m = 4 40000 2Lp6 2 10 mm =60mm-20mm=40mm 式 中 ： p 底 座下 枕 垫物 的 许用 挤压 应力 ； 对于 木 材, 取 H2pH,此题中取 p2MPa ； a; 8 10mm; 精品资料 第 20 页,共 28 页Lp L 600mm 图 1-7 精品资料 第 21 页,共 28 页dp=27mm dk =28mm 螺钉： M 6 16 挡圈： D=38 , H=5 精品资料 第 22 页,共 28 页底 座 材 料 ： HT200 ； 厚 度 ： 10mm 斜度： K 1 10 精品资料 第 23 页,共 28 页底座尺寸： H1 = 210mm D6 D7 mm D8 mH2