机械设计-螺旋千斤顶

1、螺旋千斤顶 大作业院 系 机械工程 专业年级 车辆工程141 设 计 者 周六圆 指导教师 陈丰 2016 年 10 月 6 日.要求1、总体设计结构合理，操作方便（可自己设计结构如用侧面手柄上下往复式或脚踏式等）； 2、设计要求：绘制千斤顶装配图，主要零件图两张（计算机绘图，二维图必须，三维图随便）， 完整的设计说明书 ；3、网上有类似内容（哈工大机械设计大作业），不得抄袭；4、大胆创新，发动脑筋，奇思妙想，功能和结构上创新；5、螺杆和螺母材料自定，原始数据不同，具体分配如下：班    级学号尾数起重量（KN)起重高度(mm)备 注车辆工程1

2、41尾数为1,3,530 150车辆工程141尾数为2,4,635200车辆工程141尾数为7,8,940150车辆工程142尾数为1,3,545200车辆工程142尾数为2,4,650150车辆工程142尾数为7,8,955200根据学号1608140134尾数可得：起重量为35KN 起重高度为200mm第一部分 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

3、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。第二部分 螺旋传动的设计与计算2.1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。

4、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)(c) (d)图2.1 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

5、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，一般为间歇性工作，工作速度较低，通常要求具有自锁能力，下图2.2螺旋压力机均为传力螺旋。 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2.3为机床进给机构的螺旋。图2.3 传导螺旋图2.2 螺旋压力机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。2.2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

6、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

7、材料应具有较高的耐磨性、足够的强度和良好的工艺性。表2.1 螺杆与螺母常用的材料螺纹副材料应用场合螺杆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表2.5 螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数fV（定期润滑）螺旋副材料钢和青铜钢和耐磨铸铁钢和铸铁钢和

8、钢淬火钢和青铜0.080.100.100.120.120.150.110.170.060.08第三部分 设计计算计算项目计 算 及 说 明计算结果1.选材、设计螺旋幅尺寸（1）.选材（2）.由耐磨性计算螺纹中径D2、旋合圈数Z及螺母高度H(3).自锁性验算（4）.螺杆强度验算（5）.螺杆稳定性校核2.螺母的设计计算（1）.螺纹牙强度计算.螺纹牙弯曲强度.剪切强度校核：（2）.计算螺母外径D（3）.凸缘尺寸计算.计算凸缘直径D1及厚度a.凸缘支撑面挤压强度验算.凸缘根部弯曲强度验算.凸缘根部剪切强度验算4.效率计算5.托杯、底座等结构尺寸的确定.托杯设计.底座设计选材、设计螺旋幅尺寸设计选用梯形

9、螺纹，基本牙型按GB/T5796.12005的规定。考虑到千斤顶转速较低，单个作用面受力不大，螺杆材料常用Q235，275，40，45，55等，此处螺杆选常用的45钢。由手册查=355Mpa，由教材式5-37，取安全系数S=4，则=88.75。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<3.0612>151825111871012钢-耐磨铸铁61268钢-灰铸铁<2.4612131847钢-钢低速7.513 淬火钢-青铜6121013注：ø<2.5或人力驱动时，p可提高20%；螺母为剖分式时，p应降低1

10、5%-20%。为了提高耐磨性，螺母选较软的材料锡青铜为ZCuSn10P1，由上表知钢对青铜低速时，对人力驱动p可提高20%，即p=，p=22Mpa。 根据规定对整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，可视受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取，此处取。对于梯形螺纹h=0.5P,则由5-43得：选用根据GB/T5796.2-2005查得取标准d=28mm，则根据GB/T5796.3-2005查得d2=d-2.5=25.5mm，旋合圈数由于螺纹圈数不宜超过10圈，因此10圈合适，则H=Z*P=10*5=50mm，由于选用螺杆的材料为钢，螺母的材料为青铜，钢对青铜的摩擦系数f=0.09(机械设计手册)，

11、因梯形螺纹牙形角=，所以3°5477=5°19，因,故满足自锁要求。螺杆强度校核受力较大的螺杆需进行强度计算。螺杆工作时承受轴向力F及转矩T的作用。螺杆危险截面上既有压缩应力，又有切应力。因此，校核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出螺杆危险截面的计算应力，强度校核公式为： 式中: F-螺杆所受的轴向压力，N；A-螺杆危险截面的面积，,；-螺杆螺纹段的抗扭截面系数,；d1-为螺杆螺纹的小径（mm）；-为螺杆材料的许用应力（Mpa）； T-为螺杆所受转矩（N.mm）；其中扭矩式中：为螺纹中径处螺纹升角；为当量摩擦角。查手册GBT699-1999.45钢的，查教材表5-13，当螺

12、杆的材料为钢时安全系数35，取3，则：故有：所以得到强度校核满足设计要求。螺杆稳定性校核 (1)计算柔度=，螺杆一端固定，一端自由，长度系数=2；螺杆最大受力长度L由起重高度、螺母高H、铰支头高及螺杆轴向预留余量决定，其中。因此，螺杆的工作长度，螺杆危险截面惯性半径i=。=，(2)计算临界载荷：对淬火钢螺杆当>85时，当<85时，对不淬火钢螺杆当>90时，当<90时，本设计螺杆不淬火，<90，所以=110750N，S=2.54,所以稳定性满足设计要求。螺母的设计计算校核螺纹牙强度螺母材料可选用青铜，由教材表5-13查得青铜螺母螺纹牙许用弯曲应力；许用剪切应。梯形螺

13、纹螺纹牙根宽度mm；梯形螺纹螺纹牙工作高度。则：.弯曲强度校核： 合格。.剪切强度校核：，合格。式中：螺母螺纹大径，mm。Z螺母螺纹工作圈数。螺母外部尺寸计算HaaDd'D1从而式中螺母许用拉应力可按下式计算：=0.83，由表5-13, 取40MPa，则圆整取D=44mm。（2）确定D1和a按经验公式D1=（1.31.4）D及a=可求：D1=1.3×42=54.6mm=，取a=17mm（3）校核凸缘支承表面的挤压强度，由经验公式： p=(1.51.7)，=(1.51.7)*44=6674.8MPa，强度条件为：p=p，满足设计要求。（4）校核凸缘根部弯曲强度：=满足设计要求。

14、（5）校核凸缘根部剪切强度，强度条件为：式中，螺母材料的许用切应力取=35Mpa，故：=满足设计要求。 托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，取材料为Q235。其结构尺寸见图。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。式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者。Q235:p杯= 225MPa；45钢：p杆=570MPa，取p杯

15、，故 满足设计要求。托杯厚度=812mm，此处取=8mm；杯底厚度为 1.3=13mm；沟纹宽度为1.5=15mm；沟纹深度为/2=5mm；托杯高度为1.8*d=1.8*26=46.8mm；D5=(2.42.5)d=62.465mm,取65mm；为保证托杯可以转动，螺杆顶端的垫片与托杯底部留有间隙，间隙值为34mm，因承受力不大，故取值为3mm。底座的设计底座材料常用铸铁HT150及HT200，选用HT150。铸件的壁厚不应小于812mm，取=10mm。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：由经验公式：H1=H+（1428）mm，取H1=180mm。所以其他尺寸可用下列经验公式确定：D4=D+(510)=42+8=50mm,D6=1.4D=58.8mm,H2=-a=50-17=33mm,取10mm。S=（1.52）=1.5*10=15mmH1=L+（1428）mm =125+20=145mm=149.35mm,取D8=150mm。式中：sp底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取sp=22.5MPa，此处取2MPa。千斤顶装配图 螺杆：45钢=88.75MPa螺母：锡青铜ZCuSn10P1p=22Mpa选用Tr26&