课程设计——手驱动螺旋千斤顶

1、机械设计基础课程设计机械设计基础课程设计手动式螺旋千斤顶手动式螺旋千斤顶专专 业：业：农业机械化及其自动化 班班 级：级： 09 农机一班 姓姓 名：名：_ _周少军_ 学学 号：号：_ _ _ 指导老师：指导老师：_ _ 杨文敏_ _ 农业机械化及其自动化专业 完成时间：2011 年 12 月 3 日目录目录目录目录2第一章第一章 千斤顶结构设计千斤顶结构设计311 结构设计的意义结构设计的意义312 千斤顶的结构千斤顶的结构3121 螺旋传动选择螺旋传动选择4122 螺纹类型选择螺纹类型选择4千斤顶选择梯形螺纹、右旋，因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达到自锁要求。千斤顶选择梯形螺纹、右旋

2、，因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达到自锁要求。5第二章第二章 千斤顶各部件的设计计算千斤顶各部件的设计计算621 螺母、螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核螺母、螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核6211 螺母、螺杆的材料和许用应力螺母、螺杆的材料和许用应力6212 螺母、螺杆的尺寸设计与校核螺母、螺杆的尺寸设计与校核722 底座的设计计算底座的设计计算10221 底座材料的选定底座材料的选定10222 底座尺寸确定：底座尺寸确定：1123 手柄的设计计算手柄的设计计算12231 手柄的材料选择：手柄的材料选择：1224 托杯的设计计算（图托杯的设计计算（图 4-6 示）示） 13241 托杯的

3、材料选择托杯的材料选择13242 托杯的尺寸确定托杯的尺寸确定1325 千斤顶的效率计算千斤顶的效率计算 1426 千斤顶的其他附加码附件尺寸设定千斤顶的其他附加码附件尺寸设定14第三章第三章 装配图及相关零件图装配图及相关零件图14参考文献参考文献 15第一章第一章 千斤顶结构设计千斤顶结构设计11 结构设计的意义结构设计的意义机械结构设计就是将抽象的工作原理变成技术图样的过程。在此过程中要兼顾各种技术、经济和社会要求，并且应设计出尽可能多的可能性方案，从中优选或归纳出经济合理的方案。结构设计是将抽象的工作原理具体化为某类或构件零部件的图样，然后进一步确定它们的加工工艺、材料、几何尺寸、公差

4、等；寻找所选方案中的缺陷和薄弱环节，对照各种要求、限制，反复改进。进行强度、刚度以及各种功能的指标验算；绘制装配图和零件图；编写计算说明书。12 千斤顶的结构千斤顶的结构 图1-1如图 1-1 所示，手动螺旋千斤顶主要零件有：1）螺母、2）螺杆、3）底座、4）手柄、5）托杯、等零件及其附件组成。其中螺杆、螺母等主要尺寸要通过理论计算确定，其他尺寸可以由经验数据、结构需要和工艺要求来确定，必要时还需要经过相关验算。千斤顶最大起重量是其最主要的性能指标之一。千斤顶在工作过程中，传动螺纹副承受主要的工作载荷，螺纹副工作寿命决定千斤顶使用寿命，故传动螺纹副的设计最为关键，其设计与最大起重量、螺纹副材料

5、、螺纹牙型以及螺纹头数等都有关系。 121 螺旋传动选择螺旋传动选择根据螺纹副摩擦性质不同，可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动和静压螺旋传动。（1）滑动螺旋传动的特点：1）结构简单，加工方便，成本较低 2）易于自锁3）传动平稳4）摩擦阻力大，传动效率低（仅在 0.30.6 之间）5）螺纹有侧向间隙，反向时有空行程，定位精度和轴向刚度较差。6）磨损快（2）滑动螺旋的应用举例：金属切削机床的进给、分度机构的传动螺旋，摩擦压力机、千斤顶的传力螺旋。所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副。122 螺纹类型选择螺纹类型选择滑动螺纹副常采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或矩形螺纹等。梯形螺纹应用最广。锯齿形螺纹主要用于单向受力

6、。矩形螺纹虽传动效率高，但加工比较困难，且强度较低，应用较少。（1）梯形螺纹的特点：牙型角 =30，螺纹副的大径和小径处有相等的径向间隙。牙根强度高，螺纹的工艺性好；内外螺纹一锥面贴合，对中性好，不易松动；采用整体式螺母。（2）应用举例：用于传力螺纹和传动螺旋如载重螺旋式起重机、千斤顶。千斤顶选择梯形螺纹、右旋，因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达到自锁要求。第二章第二章 千斤顶各部件的设计计算千斤顶各部件的设计计算21 螺母、螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核螺母、螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核211 螺母、螺杆的材料和许用应力螺母、螺杆的材料和许用应力（1）螺母的材料和许用应力(图 4-1

7、)：螺母材料可用铸造锡青铜，以 ZCuSn10Pb1 最耐磨，但价格较贵，主要用于高精度的传导螺旋。重载低速的场合可选用强度高的铸造铝铁青铜，常用的材料 ZCuAl10Fe3。轻载低速时也可以选用耐磨铸铁。螺母材料选 ZCuAl10Fe3，带有内螺纹的构件。查表 10-14 可得：许用弯曲应力：bp=4060MPa，取 50MPa；许用剪应力：p=3040MPa，取 35MPa。千斤顶螺旋系手动低速，由表 11-1-9 查得许用压强：Pp=1825 MPa，取 20 MPa。（2）螺杆的材料和许用应力由于滑动螺旋传动中的摩擦较严重，故要求螺旋传动材料的耐磨性能、抗弯性能都要好。一般螺杆材料的选

8、用原则如下：1）高精度传动时多选碳素工具钢。2）需要较高硬度，如 5056HRC 时，可采用铬锰合金钢；当需要硬度为3545HRC 时可采用 65Mn 钢。3）一般情况下可用 45、50 钢。本设计中，螺杆材料选 45 钢，采用带有外螺纹的杆件，调制处理，s=360MPa，可得：螺杆的许用拉应力：p=12072 MPa，s35手动可得： p=100 MPa。外螺纹内螺纹外螺纹大径（公称直径）螺距牙顶间隙基本牙型高度 外螺纹牙高 内螺纹牙高 牙顶高 外螺纹中径 内螺纹中径 外螺纹小径 内螺纹小径 内螺纹大径 牙根部宽度图4-1：滑动螺旋传动设计212 螺母、螺杆的尺寸设计与校核螺母、螺杆的尺寸设

9、计与校核（1）按耐磨性计算螺纹中径（图 4-2）：查表 11-1-4 中公式取 =1.7（ 值按整体式螺母取 1.22.5），d2=0.8=0.8207.150000=30.67mmF1.7Pp由 GB/T5796.32005(机械设计课程设计手册 138 页表 6.1.7)可选 d=34, P=6, d2=30.5 ,D4=32.5,d3=28.5,D1=29 的梯形螺纹，中等精度。螺旋副的标记为：Tr32x3-7H/7e。由此得出千斤顶的滑动螺旋传动各个尺寸为：外螺纹大径 d： d=34mm螺距 P: P=6mm牙顶间隙 ac： ac=0.5mm基本牙型高度 H1： H1=0.5P=0.5

10、x6=3mm外螺纹牙高 h3: h3= H1+ ac=0.5P+ ac=3+0. 5=3.5mm内螺纹牙高 H4： H4= H1+ ac=0.5P+ ac=3+0. 5=3.5mm牙顶高 Z： Z=0.25P=0.25x6=1.5mm外螺纹中径 d2： d2= d-2Z=34-3=31mm内螺纹中径 D2: D2= d-2Z=34-3=31mm外螺纹小径 d3： d3= d-2h3=34-2x3=28mm内螺纹小径 D1： D1= d-2H4=34-2x3=28mm内螺纹大径 D4： D4=d+2ac =34+2x0.5=35mm牙根部宽度 b： b=0.65P=0.65x6=3.9mm螺母高

11、度 H: H=d2=1.7x34=57.8mm,取 H=58mm.则螺纹圈数 n: n=H/P=58/6=9.67 圈 图 4-2 螺母的尺寸图（2）自锁性条件与检验：由于系弹头螺纹，导程 S=P=6mm,故螺纹升角为：=arctan=arctan3114.36=33018Sd2查表 11-1-7 得：钢和青铜的摩擦因数 =0.080.10,取 0.09，可得：=arctan= arctan=51923cos20.09cos15，故自锁可靠。（3）螺杆的强度检验：查表 11-1-3 得知，驱动转矩 Mt 为：Mt=Mt1+Mt2+Mt3=43748.227(N*mm)所以带入表 11-1-4

12、公式(4）得：ca=233223)( 2.0( 34ddMtF=83.015 N/mm 2 p （4）螺母螺纹强度检验：因螺母材料强度低于螺杆，故只验算螺母螺纹强度即可。查表 11-1-4 得，牙 根 宽度： b = 0.65P = 0.65x6 =3.9mm ,基本牙型高： H1 = 0.5P = 0.5x6 =3mm 。代入表 11-1-4 中的公式（7）及式（8）有：则螺母的剪切强度：=14.079 N/mm 2 p 。FD4bn p螺母的弯曲强度：b=32.491 N/mm 2 bp 。 3FH1D4b2nb2.5 故稳定性条件满足。FcF22 底座的设计计算底座的设计计算221 底座

13、材料的选定底座材料的选定（1）材料：由于此千斤顶的承载力相对较小，考虑体积和成本要求，千斤顶其他部件的材料均采用铸铁（HT200）。（2）斜度：带 1：15 的斜度222 底座尺寸确定：底座尺寸确定： 如图 4-4 所示： 图 4-4：底座的尺寸图已知外螺纹大径为 d=34mm,有：D2=1.5dD3=1.4D2D4=1.4D5=10mmD5由结构确定（斜度为 1：15）所以：2901075D=得：D5=126mm115依次可得出：D4=1.4D5=1.4x126=176mmS=（1.52）=1520，取 S=16mm 。综合考虑各尺寸关系，取总的高度为 374mm 。23 手柄的设计计算手柄

14、的设计计算 如图 4-5 所示： 图 4-5 手柄尺寸图231 手柄的材料选择：手柄的材料选择：手柄材料选择 Q235232 手柄的尺寸确定手柄的尺寸确定（由于要满足一定的强度要求，）千斤顶工作时，螺母所受的旋转力矩为 T2*tan()*2dTFT=50KN*tan(33018+51923)*15.5mm=120.946Nm;式中F 螺母工作时所受的轴向载荷，N； 为螺纹升角,度; 当量摩擦角,度;2d 螺纹中径，mm;手柄所受最大弯曲应力为max,人所施力大概为 200N。max332zTTdW=78.88Nm式中：T 手柄所受的弯曲力矩，Nm;zW 圆柱形手柄的抗弯截面系数，3cm;d 手

15、柄的直径，mm;120.946Nm/200N=0.60473m 取 0.61m拟定所选材料为 Q235, 查机械设计手册得:max 225bMPa所以手柄的具体参数如下：材料 Q235 长度 L=610mm 直径 d=26mm 。24 托杯的设计计算托杯的设计计算（图 4-6 示） 图 4-6：托杯尺寸图241 托杯的材料选择托杯的材料选择托杯材料选择：铸钢（ZG230-450）242 托杯的尺寸确定托杯的尺寸确定关系式：D=（1.61.8）d D1=（0.60.8）d h=（0.81）DD=（1.61.8）x34=54.461.2 取 D=58mmD1=（0.60.8）x34=20.427.

16、2mm 取 D1=24mm（1）托杯的高度 h： h=（0.81）x58 取：h=50mm（2）托杯的内外径（含壁厚）: 外径 106 厚度 =1025 千斤顶的效率计算千斤顶的效率计算由表 11-1-4 中式（16）并视托杯与螺杆顶部为滑动推力轴承，效率为 0.96 时，=0.96x =0.96x)51923+33018tan(33018tantantan( + )=31.3 。因系手动千斤顶，故螺杆的强度及横向振动不予验算。26 千斤顶的其他附加码附件尺寸设定千斤顶的其他附加码附件尺寸设定螺杆的退刀槽直径: s=27螺杆的退刀槽宽度：b=5mm螺杆膨大部分的尺寸：有公式：D=（1.61.8）d h1=（1.82）d得出：D=（1.61.8）x34=54.461.2 取 D=58mmh1=（1.82）x34=61.268 取 64mm根据结构确定螺杆膨大部分的内孔为：27第