螺旋千斤顶设计说明书

螺旋千斤顶设计说明书院 系专业年级设 计 者指导教师- 2 -目录设计任务书 - 3 -一、千斤顶材料的选择 - 4 -1.1、托杯、底座和手柄材料的选择 - 4 -1.2、螺母和螺杆材料的选择 - 4 -二、螺纹类型的确定 - 5 -2.1、螺纹的选择 - 5 -三、零件尺寸的计算 - 6 -3.1、螺杆 - 6 -3.1.1、螺杆直径及螺纹的计算 - 6 -3.1.2、自锁性的验证 - 7 -3.1.3、螺杆强度的验证 - 7 -3.1.4、螺杆稳定性的验证 - 8 -3.1.5、螺杆柔度 - 8 -3.2、螺母 - 9 -3.2.1、螺母设计与计算 - 9 -3.2.2、螺母螺纹牙的强度计算 - 9 -3.2.3、安装要求 - 10 -3.3、托杯的尺寸计算 - 10 -3.4、手柄 - 11 -3.4.1、手柄的设计与计算 - 11 -3.4.2、结构 - 11 -3.5、底座设计-12 -参考文献： - 13 - 3 -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 = 70kN；设计一人力驱动的螺旋千斤顶，其轴向承载能力为 F=70000N,要求提升高度为 H=200mm；要求耐磨性好，螺杆材料为 45#钢，螺母材料为 ZCuSn5Pb5Zn5（铸锡青铜） ，采用梯形螺纹。3、低速。2、使用 AutoCAD 绘画装配图.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。- 4 -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，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，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。所以由表 1-2 选择 ZCuSn5Pb5Zn5（铸锡青铜）作为螺母的材料。- 5 -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。故本设计选梯形螺纹，它的基本牙形按 GB/T5796.12005 的规定。- 6 -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： 2phFP对于矩形和梯形螺纹，h=0.5P,则： 8.0d2pF式中：p为材料的许用压力，单位为 MPa，具体数据见书中表 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。对于此设计，我们选择 =1.7。将数据代入上式，得： mpF3.61027.80.d32 查表得公称直径：d=40.0mm，则：螺距 p=7.00mm，中径 =36.5mm，小径 =32.0mm。2d3d由配合关系可以得到螺母的基本尺寸：小径 = =33.0mm，中径 = =36.5mm，大径 =41.0mm。1D2D4D- 7 -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：08.dparctnarctnfosvv vf， 查 表 得其 中 代入公式后，即是验证：， cos08.ta其中 = ， ，tan56.47dP19.3 vvvf ,5.408.arctn,08. 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(5-52) ， 23121.04dTdFca其中： mNTv 7.1249)5.9.tan(25.67)tan(2查手册，45 钢， =355MPa. s= = = 118.7MPa，53s3F=70KN， =33.0mm，代入上式，得：1d=81.9MPa 118.7MPa2323 )10.(510.74）（ 图中， =（1.71.9）d=72.00mm.D- 8 -（1.41.6）d=62.00mm.3.1.4、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crFN） 。则螺杆的稳定性条件为： scrS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；本设计中我们取sS s=4.0。 称为螺杆稳定性的计算安全系数。 为螺杆的临界载荷：scr crF2)(lEIcr螺杆的临界载荷 与柔度 有关， = ， 为螺杆的长度系数，与螺杆的crFssi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=d12/4，则i 41dAIiI 为螺杆危险截面的轴惯性矩： 1,6mI当螺杆的柔度 40 时，可以不必进行稳定性校核。s3.1.5、螺杆柔度（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩 I 和 iI= = =5.82641d3.4410m= =8.25mm.1AIi（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度 llH+5p+(1.41.6)d- 9 -=200+57+62=297mm.查表得 =2.00（一端固定，一端自由） ，E=200GPa。将以上数据代入临界载荷条件，得： NlEIFcr 3238922 10.5)107(.5)( 所以， = =4.0Scr6.43sS3.2、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， =1.7， =36.5mm，所以2dH2d=62.05mm。而螺纹工作圈数 n= 8.87，取 9 圈。需要说明的是，螺纹的工作圈数不宜超过HP10 圈，9 圈正好是符合这一要求的。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uF中径 为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面 a-a 的2剪切强度条件为 buD螺纹危险截面 a-a 的弯曲强度条件为 62bFl经计算， MPa9.1480765.10433 5.2).(33- 10 -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，圆柱接触面间的配合常采用 或 等配合。为了安装简便，78rHn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=41mm内螺纹小径 D1=d-7=33mmD3= (1.61.8)D=1.741=69.1mmD4= (1.31.4)D3=1.369.1=89.83mmH=63mma=H/3=63/3=21.0mm3.3、托杯的尺寸计算托杯用来承托重物，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）4)D(21Fp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=3.0 40=120.00mm- 11 -D11=(0.60.7）d=0.6540=26mmD13=(1.71.9)d=1.8 40=72mmD12=D13-3=69mm（1.51.8）d=64mm故 4)(21Fpp= 27Mpa ，所以 满足要求。)026.9.(13733.4、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 数 。， 为 手 柄 的 抗 扭 截 面 系其 中 ，外外 32d,d4dfp232vWWLFFL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 =30mmpd3.4.2、结构手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，- 12 -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： =7mm31pd(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+（14 28）mm =200+20=220mmH-a=44-14.5=29.5mmD=d+1(查手册) =40+1=41D6=D3+（510）mm =69.1+6=75.1mmD7=D6+ =75.1+ =119.1mm1H20D8= 27p4F= =242.3mm231.914.0取 10mm，则 S= （1.52）=20mm式中： p底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取 p=22.5MPa。- 13 -设计体会本次设计总体情况良好,基本做到了按时完成。设计过程中数据基本可行、可靠，能达到基本要求；能基本掌握所学的基本知识，体现分析和解