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螺旋千斤顶的设计（含8张CAD图纸）,螺旋,千斤顶,设计,CAD,图纸
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I摘要螺旋千斤顶是一种小型的起重设备，体积小方便携带，制造成本低，所以在日常生活中被广泛应用。螺旋千斤顶主要由螺杆、螺母、手柄、底座、大伞齿轮、小伞齿轮、机架、棘轮组、升降套筒等零部件组装而成的。在本次设计过程中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 AutoCAD、Pro/E 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，运用了大量的科技加工理论及计算公式，对它进行了精确的计算。特别是在螺旋传动部分，通过对螺杆稳定性校核、螺母纹牙的计算、自锁性校核和各种强度计算。通过各种科学的计算使设计出来的螺旋千斤顶更加能够满足各种实际需要。关键字关键字：千斤顶 、螺旋传动、AutoCAD、Pro/EII Abstract As the spiral jack is a kind of lifting equipment ,besides ,it has small size portability ,and low cost ,so it is widely used in our daily life Spiral jack is consist with screw , nut ,handle , base , large bevel gear , runlet gears ,rack ,ratchet set ,lifting the sleeve and other parts . It is most important to calculate the spiral driven and design and selection for the parts ,in this design process ；what is more ,used the knowledge of mechanical design ,in addition to used CAD tools such as AutoCAD Pro/E and so on This article described the whole process of its design from the spiral jack design to the selection of components and other aspects .It was precisely calculated because it used a large number of scientific processing theory and formula , especially in process planning . In the spiral transmission part , through the calculation of wear resistance , stability check of the screw , the calculation of the nut thread teeth ,self-locking of the check and variety of strength calculation .through a variety of scientific calculations the screw jack designed will meet the actual demand .In this design ,we used Pro/E to design a number of parts and transmission of three-dimensional modeling , it clearly show the various parts of the shape and structure . Keywords; spiral、screw transmission 、AutoCAD、Pro/EIII目录前言.11 千斤顶的概述 .21.1 千斤顶国内外研究状况.21.2 千斤顶的种类及应用 .22 金属材料的分析及选用原则.52.1 金属材料的分析 .52.2 金属材料的选用原则 .73 千斤顶材料的选择及主要零件的加工工艺.93.1 千斤顶主要零件材料选择以及加工工艺 .103.2 托杯、底座材料的确定.133.3 螺母和手柄材料的确定.144 主要零件的参数设置及加工路径分析.154.1 概述 .154.2 杆类零件的材料、毛坯及热处理 .164.2.1 杆类零件的材料 .164.2.2 杆类零件的热处理 .165 工艺装备的选择.175.1 夹具的选择.175.2 刀具的选择.185.2.1 刀具材料的基本要求.185.2.2 常用的刀具材料.195.3 量具的选择.215.4 切削用量的选择.215.4.1 对加工质量的影响.215.4.2 对刀具寿命的影响.225.4.3 对加工时间的影响.225.5 进给路线的确定.245.6 加工顺序的确定 .265.6.1 加工阶段的划分.265.6.2 划分加工阶段的原因.275.7 车螺纹时的主轴转速的确定.305.8 加工余量的确定 .32IV6 螺纹类型的确定 .336.1 螺纹的选择 .337 零件尺寸的计算.347.1 螺杆.347.1.1 螺杆直径及螺纹的计算.347.1.2 自锁性的验证.357.1.3 螺杆强度的验证.357.1.4 螺杆稳定性的验证.367.1.5 螺杆柔度.377.2 螺母.387.2.1 螺母设计与计算.387.2.2 螺母螺纹牙的强度计算.387.2.3 安装要求.397.2.4 螺母的相关尺寸计算 .397.3 托杯的尺寸计算.397.4 手柄.407.4.1 手柄的设计与计算.407.4.2 结构.417.5 底座设计.418 千斤顶使用说明.438.1 千斤顶的工作原理.438.2 千斤顶的使用注意事项.43致 谢.46参考文献.47V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 = 40kN；2、最大升距 H =200mm；3、低速。设计工作量：VI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。1 前言前言 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.千斤顶广泛用于载重车辆或移动设备上支撑设备自重，调整设备水平的重要液压元件。 千斤顶是一种起重高度小(小于 1m)的最简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种，由于起重量小，操作费力，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。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。 千斤顶结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作，应用广泛。21 千斤顶的概述千斤顶的概述1.1 千斤顶国内外研究状况千斤顶国内外研究状况A 系列 高性能蜗轮螺杆螺纹阳极升降机提供了 3 种型号：标准型、回转型和高性能型；所有型号都采用了丝杆或螺母运动式配置，承重为 130kN 至 300kN，而定制产品则可高达 2000kN。可采用向上旋转或向下旋转的安装形式，拥有一体式铸造的活塞和提升螺杆，可承受较高的温度和负载循环。A 系列可应用于严峻的工业环境中。S 系列与标准蜗轮螺旋升降机相比，我们的高性能产品系列一般在负载循环能力上要高出 50%。而且，这些系列在制造时即达到了最高耐用标准，同时拥有多种不同的配置和配件选择。其标准承重范围为 25kN 至 200kN。M 系列 英制单面推杆可提供与 E 系列类似的精确正传动。标准承重为 5kN 至 1000kN ，配备可实现间歇性负载循环的蜗轮螺杆，或者配备可实现更高负载循环、节省能源并延长负载寿命的滚珠螺杆。使用标准材料或不锈钢制造；是特殊环境应用的理想选择。带丝杆或螺母运动式，并可定制。1.2 千斤顶的千斤顶的种类种类及应用及应用千斤顶是一种起重高度小的最简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种，由于起重量小，操作费力，一般只用于机械维修工作，在修桥过程中不适用。液压工程千斤顶结构紧凑，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。 液压千斤顶分为通用和专用两类。 3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锚固。 顶举重物的轻小型起重设备。千斤顶以人力驱动为主，起重量范围大，顶举高度一般不超过 400 毫米，广泛应用于设备检修和安装。按结构特征可分为齿条千斤顶、螺旋千斤顶和液压千斤顶3 种。 （1）齿条千斤顶:由人力通过杠杆和齿轮带动齿条顶举重物。起重量一般不超过 20 吨，可长期支持重物，主要用在作业条件不方便的地方或需要利用下部的托爪提升重物的场合，如铁路起轨作业。 （2）螺旋千斤顶:由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件。普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，构造简单，但传动效率低，返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，装有制动器。放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂。螺旋千斤顶能长期支持重物，最大起重量已达 100吨，应用较广。下部装上水平螺杆后，还能使重物作小距离横移。 （3）液压千斤顶:由人力或电力驱动液压泵，通过液压系统传动，用缸体或活塞作为顶举件。液压千斤顶可分为整体式和分离式。整体式的泵与液压缸联成一体；分离式的泵与液压缸分离，中间用高压软管相联。液压千斤顶结构紧凑，能平稳顶升重物，起重量最大已达750 吨，传动效率较高，故应用较广；但易漏油，不宜长期支持重物。 螺旋千斤顶和液压千斤顶为进一步降低外形高度或增大顶举距离，可做成多级伸缩式的。452 金属材料的分析及选用原则金属材料的分析及选用原则2.1 金属材料的分析金属材料的分析 机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到了广泛的应用。金属材料主要指铸铁和钢，它们均是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于 2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于 2%的称为铁。（1）铸铁常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。其中灰铸铁和球墨铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接，但具有适当的易熔性和良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。灰铸铁的抗压强度高，耐磨性、减振性好，对应力集中的敏感性小，价格便宜，但其抗拉强度较钢差。灰铸铁常用作机架或壳座。球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。（2）钢钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工出各种机械零件，并且可以用热处理和表面处理方法提高机械性能，因此它应用极为广泛。钢的类型很多。按用途分，钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。结构钢可用于加工机械零件和各种工程结构。工具钢可用于制造各种刀具、模具等。特殊用途钢（不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢）主要用于特殊6的工况条件下。按化学成分，钢可分为碳素钢和合金钢。碳素钢又包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢（如Q215、Q235）一般只保证机械强度而不保证化学成分，不宜进行热处理，通常用于不太重要的零件和机械结构中。碳素钢的性能主要取决于其含碳量，含碳量越多，其强度越高，但塑性越低。低碳钢的含碳量低于0.25%，其强度极限和屈服极限较低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺钉、螺母、垫圈和焊接件等。含碳量在 0.1%0.2%的低碳钢零件可通过渗碳淬火使其表面硬而心部韧，一般用于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。中碳钢的含碳量在 0.3%0.5%之间，它的综合力学性能较好，因此可用于制造受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴等零件。含碳量在 0.55%0.7%的高碳钢具有高的强度和刚性，通常用于制作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳。合金结构钢是在碳钢中加入某些合金元素冶炼而成。每一种合金元素低于 2%或合金元素总量低于 5%的称为低合金钢。每一种合金元素含量为 2%5%或合金元素总含量为 5%10%的称为中合金钢。每一种合金元素含量高于 5%或合金元素总含量高于 10%的称为高合金钢。加入不同的合金元素可改变钢的机械性能并具有各种特殊性质。例如铬能提高钢的硬度，并在高温时防锈耐酸；镍使钢具有良好的淬透性和耐磨性。但合金钢零件一般都需经过热处理才能提高其机械性能；此外，合金钢较碳素钢价格高，对应力集中亦较敏感，因此只有当碳素钢难于胜任工作时才考虑采用。用碳素钢和合金钢浇铸而成的铸件称为铸钢，通常用于制造结构复杂、体积较大的零件，但铸钢的液态流动性比铸铁差，且其收缩率较铸铁件的大，故铸钢的壁厚常大于 10，其圆角和不同壁厚的过渡部分应比铸铁件大。表 2-1 是常用的金属材料的机械性能。7表 2-1 常用钢铁材料的机械性能材料机械性能名称牌号抗拉强度b(N/mm2)屈服强度s(N/mm2)硬度(HBS)普通碳素结构钢Q215Q235Q255Q275335410375460410510490610215235255275优质碳素结构钢203545410530600245315355156197220合金结构钢18Cr2Ni4W35SiMn40Cr40CrNiMo20CrMnTi65Mn1187859819801079735835510785835834430260229247269217285铸钢ZG230-450ZG270-500ZG310-570450550570230270310130143153灰铸铁HT150HT200HT250145195240150200170220190240球墨铸铁QT450-10QT500-7QT600-3QT700-24505006007003103203704201602101702301902702253052.2 金属材料的选用原则金属材料的选用原则 从各种各样的材料中选择出合适的材料是一项受到多方面因素制约的工作，通常应考虑以下几个原则：8（1） 载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其分布状况对于承受拉伸载荷为主的零件宜选用钢材，承受压缩载荷的零件应选用铸铁。脆性材料原则上只适用于制造承受静载荷的零件，承受冲击载荷时应选择塑性材料。（2） 零件的工作条件在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料，在高温环境下工作的零件应选耐热材料，在湿热环境下工作的零件应选用防锈能力较好的材料，如不锈钢、铜合金等。零件在工作中有可能发生磨损的部位，要提高其表面硬度，以增强耐磨性，应选择适于进行表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢。金属材料的性能可通过热处理和表面强化（如喷丸、滚压等）来提高和改善，因此要充分利用热处理和表面处理的手段来发挥材料的潜力。（3） 零件的尺寸及质量零件尺寸的大小及质量的好坏与材料的品种及毛坯的制取方法有关，对外形复杂、尺寸较大的零件，若考虑用铸造毛坯，则应选用适合铸造的材料；若考虑用焊接毛坯，则应选用焊接性能较好的材料；尺寸小、外形简单、批量大的零件，适于冲压和模锻，所选材料就应具有较好的塑性。（4） 经济性选择零件材料时，当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选择价格高的材料，这对于大批量制造的零件尤为重要。此外，还应考虑加工成本及维修费用。为了简化供应和储存的材料品种，对于小批制造的零件，应尽可能减少同一部设备上使用材料的品种和规格，使综合经济效益最高。93 千斤顶材料的选择千斤顶材料的选择及主要零件的加工工艺及主要零件的加工工艺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。千斤顶是一种常见的中间传递机构,其构成的主要零部件,如图所示：由上图可知，该千斤顶主要有以下几部分组成：下部是底座,中间是起重螺杆,其上部分别是旋转杆、螺钉和顶盖。千斤顶是作用力的中间传递机构，是顶起重物的部件。使用时，只需按逆时针方向转动上面的旋转杆，使起重螺杆向上升起，通过顶盖将10重物顶起，也即实现了作用力的传递。综上所述千斤顶的组成零件有托杯，螺钉，手柄，挡环，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。3.1 千斤顶主要零件材料选择以及加工工艺千斤顶主要零件材料选择以及加工工艺（1）螺钉零件的材料及热处理对零件的使用性能和寿命有着很大的影响。考虑到材料的综合性能及经济性，本课题所设计的螺钉的材料应选用 30钢。因其加工精度并不算太高，因此采用：粗车其外形轮廓车螺纹铣槽热处理精车的加工方案。（2）托杯11本课题所设计的顶盖采用的材料是 45 钢，因为它具有较高的强度、硬度和耐磨性。其加工工艺路线为：粗车其外形铣削内形铣槽热处理精车。（3）手柄因为 45 钢具备较高的强度、硬度和耐磨性，在机械制造中主要用12于制造受力较大的机械零件，因此本课题所设计的起重螺杆，选用 45钢。因其结构简单，故只需：粗车热处理精车三个工序即可。（4）底座底座的加工质量对机器的性能和使用寿命有着直接的影响。本课题所设计的底座采用的材料是铸铁 HT300，因为铸铁具有较好的耐磨性、铸造性、切削性和减振性，而且成本低廉。其加工方法多采用铸造，毛坯在铸造时应注意防止砂眼和气孔的产生。为了减少残余应力，底座铸造后应进行时效处理。（5）起重螺杆13通过对材料的综合性能及经济性的分析比较，本课题所设计的起重螺杆采用45钢。因为它在机构中起传递作用，所以它需要具备较高的强度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35-45HRC。其加工工艺路径为：粗车调质处理加工其外圆轮廓加工通孔车矩形螺纹攻内螺纹淬火处理精车。3.2 托杯、底座材料的托杯、底座材料的确定确定对于托杯和底座，我们可以看出，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14以选择 HT300。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 45。3.3 螺母和手柄材料的螺母和手柄材料的确定确定表 3-1上表即是螺母和手柄常用的几种材料。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#钢作为手柄的材料。而对于螺母，需要较高的强度和耐磨性。所以由表 1-2，我们选择ZCuSn5Pb5Zn5（铸锡青铜）作为螺母的材料。154 主要零件的参数设置及加工路径分析主要零件的参数设置及加工路径分析4.1 概述概述杆类零件是机械加工中常见的典型零件之一，其中阶梯传动杆应用较广，其加工工艺能较全面地反映杆类零件的加工规律及共性。根据杆类零件的功用及工作条件，其技术要求主要体现在以下几个方面： 尺寸精度 杆类零件的主要表面常为两类：一类是与内圈配合的外圆杆颈，即支承杆颈，其尺寸精度要求较高，通常为 IT 5IT7；另一类为与各类传动件配合的杆颈，即配合杆颈，其精度稍低，常为IT6IT9。 几何形状精度 主要指杆颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密杆，需在零件图上另行规定其几何形状精度。 相互位置精度 包括内、外表面、重要杆面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等等。 表面粗糙度 杆的加工表面都有粗糙度的要求，一般需要根据加工的可能性和经济性来确定。支承杆颈常为 0.21.6m，传动件配合杆颈常为 0.43.2m。 其他 热处理、倒角、倒棱及外观修饰等的要求。164.2 杆类零件的材料、毛坯及热处理杆类零件的材料、毛坯及热处理4.2.1 杆类零件的材料杆类零件的材料 杆类零件材料 常用 45 钢，精度较高的杆可选用 40Cr、轴承钢 GCr15、弹簧钢 65Mn，也可选用球墨铸铁；对于高速、重载的杆，可选用 20CrMnTi、20Mn2B、20Cr 等低碳合金钢或 38CrMoAl 氮化钢。 杆类毛坯 常用圆棒料和锻件；大型杆或结构复杂的杆可采用铸件。4.2.2 杆类零件的热处理杆类零件的热处理锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。精度要求高的杆，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。经综合考虑，本课题所设计的起重螺杆可采用 45 钢，因其在机构中起传递作用，则需要有较高的强度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35-45HRC。175 工艺装备的选择工艺装备的选择 工艺装备选择的合理与否，将直接影响工件的加工精度、生产效率和经济效益。应根据其生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等综合因素来选择工艺装备。5.1 夹具的选择夹具的选择 一般来说，单件、小批量生产时应首先采用各种通用夹具和机床附件，如各种卡盘、机床用平口虎钳、分度盘、回转台等；如条件具备，可选用组合夹具，以提高生产效率；对于大批和大量生产，为提高生产率应尽量采用专用高效夹具；多品种中、小批量生产可采用可调整夹具或成组夹具。另外，夹具的精度还应与零件的加工精度相适应。具体选择原则如下：（1）单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其它通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用。（2）成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。（3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。（4）夹具上各零部件应不防碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀。（5）为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可以采用多工位、气动或液压夹具。（6）夹具应具有较高的定位精度，尽可能做到定位基准与设计基准重合，以减小定位误差；各夹具元件应具有较好的精度保持性，以利于长期可靠地使用。（7）排屑要方便、顺畅，以避免切屑聚集破坏工件的定位及切屑带来的大量热量引起热变形，影响加工质量。18因为本课题所要加工的起重螺杆形状较简单，采用通用夹具即可，因此可选用三爪卡盘、顶尖、尾座和万能分度头等。5.2 刀具的选择刀具的选择 通常，我们应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确地选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选择刀具时，一般优先采用通用的标准刀具，尽量不用或少用特殊的非标准刀具。若采用机械集中加工，则可采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。尽量使用不重磨刀片，少用焊接式刀片。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。我们都知道，刀具材料通常是指刀具切削部分的材料。在切削过程中，刀具切削部分直接承担切削工作。刀具切削性能的好坏对于切削加工效率、刀具寿命、刀具消耗、加工成本、加工精度和表面质量等都有着密切的关系。而刀具的切削性能，首先取决于切削部分的材料。5.2.1 刀具材料的基本要求刀具材料的基本要求在切削过程中，刀具切削部分不仅要承受很大的切削力、切削热的作用，同时刀具与工件及切屑之间产生剧烈的摩擦，因而发生磨损。在切削余量不均匀或切削断续表面时，刀具还将受到很大的冲击和振动。因此要保持刀具的切削能力，刀具切削部分的材料必须具备以下的几个基本性能：A、高的硬度和耐磨性。硬度是刀具材料应具备的最基本性能。要实现切削，刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，常温下一般应在60HRC 以上。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。耐磨性除了与硬度有关19外，还与刀具金相组织中的碳化物的种类、数量、大小及分布情况有关系，刀具材料含耐磨合金碳化物越多、晶粒越细、分布越均匀，耐磨性就越好。B、足够的强度和韧性。刀具切削部分要承受很大的切削力和冲击力。因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性，以防止在承受冲击和振动时不致发生断裂和崩刃的现象。一般用刀具材料的抗弯强度和冲击韧性值来反映材料的强度和韧性。C、良好的耐热性和导热性。刀具材料的耐热性是指在高温下仍能保持其硬度和强度基本不变的性能，这是刀具材料必备的关键性能。耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力就越强。高温硬度是耐热的重要指标，常用耐热温度来表示，如高速钢约为600，硬质合金可达 800-1000。刀具材料的导热性越好，切削时产生的热量越容易传出去，从而可以降低切削部分的温度，以减轻刀具的磨损。D、良好的工艺性。为了便于制造，要求刀具材料应具有较好的被加工性能，包括热加工性能（热处理性能、热塑性、可旱性、淬透性等）和机械加工性能（可磨削加工性等） 。E、经济性。经济性是评定刀具材料性能的重要指标之一。有些材料制成刀具尽管很贵，但因其使用寿命长，生产效率高，加工的零件综合单件成本不一定高。经济性应综合考虑各方面的因素。此外，对于高速加工刀具，还需要具备高强度、高化学稳定性、高抗冲击能力等性能。5.2.2 常用的刀具材料常用的刀具材料刀具材料的种类很多，常用的有工具钢、硬质合金、陶瓷、金刚石20和立方氮化硼等。其中，工具钢又包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢三种。碳素工具钢和合金工具钢因耐热性很差，故只宜做手工刀具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼由于质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，因此仅在较小的范围内使用。所以，目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。另外，在选用刀具时还应注意以下几点：1）在数控机床上铣削平面时，应采用镶装可转位硬质合金刀片的铣刀。一般采用两次走刀，一次粗铣，一次精铣。当连续切削时，粗铣刀直径要小一些，精铣刀直径要大一些，最好能包容待加工面的整个宽度。当加工余量大，且加工面又不均匀时，刀具直径要选得小些，否则当粗加工时会因接刀刀痕过深而影响加工质量。2）高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因为毛坯面有硬化层和夹砂现象，刀具会很快被磨损。3）加工余量较小，并且要求表面粗糙度值较低时，应采用镶立方氮化硼刀片的端铣刀或镶陶瓷刀片的端铣刀。4）镶硬质合金的立铣刀可用于加工凹槽、窗口面、凸台面和毛坯表面。5）镶硬质合金的玉米铣刀可以进行强力切削，铣削毛坯表面和用于孔的粗加工。6）精度要求较高的凹槽加工时，可以采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后再利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求为止。7）对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。8）在数控铣床上钻孔，一般不采用钻模。钻孔深度为直径的 5 倍21左右的深孔加工容易折断钻头，应注意冷却和排屑。钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔或用一个刚性较好的短钻头锪窝引正。锪窝除了可以解决毛坯表面钻孔引正问题外，还可以代替孔口倒角。经过综合分析考虑，本次设计所选用的刀具为外圆车刀、切断刀、球头铣刀、方牙螺纹刀、中心钻、麻花钻、丝锥。刀具材料选用常用的硬质合金。5.3 量具的选择量具的选择 单件、小批量生产时应广泛采用通用量具，如游标卡尺、千分尺、百分尺和千分表等。大批、大量生产时应采用极限量规（如通规、止规）和高效的专用检验夹具、量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。因本零件属于小批量生产，因此，选用通用量具即可，如游标卡尺、千分尺等。5.4 切削用量的选择切削用量的选择正确地选择切削用量，对保证产品质量,提高效率，降低加工成本具有重要的作用。切削用量的选择主要根据工件的材料、加工精度和表面粗糙度的要求进行，同时还要兼顾刀具的耐用度、工艺系统的刚度和机床功率等条件。对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。因为这些条件决定着加工质量、刀具寿命和加工时间。5.4.1 对加工质量的影响对加工质量的影响 (1) 切削速度的影响。因为切削速度对切削温度的影响最大，所以切削速度主要是通过温度来影响加工质量的。随着切削速度的增加，切削温度上升，工件的温升变化和刀具磨损加快，使误差加大。同时工件22表面层的热应力、金相组织也发生变化，使工件表面质量下降。(2) 进给速度的影响。在中等以上进给速度时，降低进给速度可以降低表面粗糙度值；但当低速切削时，由于存在塑性变形故可使粗糙度值增大。粗加工时为提高生产效率，可以选取较高的进给速度；切断、精加工或用高速钢刀具切削时，宜选取较低的进给速度，有时还可以选择极小的进给速度。空行程运动，特别远距离返回程序原点或机床参考点时可以设定尽量大的进给速度。(3) 被吃刀量的影响。随着被吃刀量的增大，切削力成正比地增加，工艺系统会发生变形、振动等，使加工精度和表面粗糙度下降。5.4.2 对刀具寿命的影响对刀具寿命的影响切削速度、进给量、被吃刀量增加时，刀具磨损加剧，耐用度降低，其中影响最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是被吃刀量，因此精密的刀具不宜采用高速切削和较大的进给速度。5.4.3 对加工时间的影响对加工时间的影响在一定切削条件下，合理地选择切削用量是提高切削效率、保证刀具耐用度和加工质量的主要手段。所以，经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。合理选择切削用量的基本原则是：a、粗加工时，一般以提高生产效率为主，即在工艺系统刚性允许时，应首先选择一个尽可能大的被吃刀量，以减少走刀次数，但也应考虑经济性和加工成本。b、当零件的精度要求较高时，则应考虑适当留出半精加工和精加工的切削余量，在进行半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。c、精加工时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，选择切削用量时应着重考虑如何保证加工质量，并23在此基础上尽量提高生产率。因此，精车时应选用较小的被吃刀量和进给速度，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。其次选择一个较大的进给量。最后在主轴转速确定时，主要根据工件材料、刀具材料、机床功率和加工性质(粗车/精车)等条件来确定允许的切削速度。在确定每道工序的具体切削用量时，应根据刀具的耐用度、切削用量手册和机床说明书中的规定来合理选择。也可以结合实际经验用类比法来确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。 背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可以比通用机床加工时的余量小一些。在确定切削用量时，要根据被加工工件的材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量以及刀具耐用度等情况，最后选择出合适的切削速度。24表 5.1 为车削加工时的选择切削条件的参考数据。 根据经验选择，一般粗车切削深度为 23mm，半精车切削深度为0.52mm，精车切削深度为 0.20.5mm。本课题所加工的起重螺杆为45 钢，由上表可知：切削速度应在 70220mm/min 之间，根据经验，我们选择 Vc=80mm/min。由公式 S=1000Vc/dw （dw未加工工件的直径）可以计算出，粗车时主轴转速 S=720r/min，精车时S=1200r/min。5.5 进给路线的确定进给路线的确定 在数控机床加工过程中，进给路线的确定是非常重要的，它与工件的加工精度和粗糙度直接相关。所谓进给路线就是指数控机床在加工过25程中刀具刀位点相对于工件运动的轨迹。确定进给路线，就是确定刀具的移动路线。进给路线不仅包括切削加工时的进给路线，还包括刀具到位、对刀、退刀和换刀等一系列过程的刀具运动路线。进给路线不仅反映了加工内容，也说明了加工顺序。 确定数控车削进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线，因为精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件设 计图确定的轮廓顺序进行的。车削进给路线泛指刀具从对刀点（或机床固定原点）开始运动起，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程路径。其基本原则是：（1）选择工件刚性破坏小的路线，以减少加工变形对加工精度的影响。（2）切入和切出的路线应考虑外延，以保证加工的表面质量。（3）力求空行程路线最短。可通过巧用起刀点，将起刀点与其对刀点重合在一起；巧设换（转）刀点，如果将第二把刀的换刀点也设置在合适点位置上，则可缩短空行程距离；在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即可满足进给路线为最短的要求。（4）力求切削进给路线最短。切削进给路线为最短，可有效地提高生产效率，降低刀具的损耗等。(5)机床的进给路线： （1）矩形进给路线 适用于棒料毛坯，进给路线较短 （2）三角形进给路线 适用于棒料毛坯，进给路线较短长 （3）仿形进给路线 适用于铸、锻件毛坯，进给路线较短经分析，因毛坯形状为圆棒料，排除第三种进给路线，根据力求进给路26线最短原则，第一种走刀路线较适合。（5）完工时最后一刀应一次走刀连续加工，以免产生刀痕等缺陷。此外，确定进给路线时，还要考虑工件的形状与刚度，加工余量大小，机床与刀具的刚度等情况；确定是一次进给，还是多次进给来完成加工；确定刀具的切入与切出方向，等等。5.6 加工顺序的确定加工顺序的确定确定加工顺序，即是要确定哪些表面先加工，哪些表面后加工，同时还要确定热处理、检验等工序在工艺过程中的位置。零件加工顺序安排得是否合适，对加工质量、生产效率和经济性都有较大的影响。5.6.1 加工阶段的划分加工阶段的划分当零件的加工质量要求比较高时，往往不可能在一道工序中完成全部加工工作，而必须分几个阶段来进行加工。(1)加工阶段 一般地，整个工艺过程大致需划分如下几个阶段：（)粗加工阶段 粗加工阶段的主要任务是切去大部分的余量，关键问题是提高生产率。（）半精加工阶段 半精加工阶段的主要任务是为零件主要表面的精加工做好准备（达到一定的精度及表面粗糙度，留下合适的精加工余量） ，并完成一些次要表面的加工（如钻孔、攻螺纹、铣键槽等） 。（）精加工阶段 精加工阶段的主要任务是保证零件主要加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度及表面粗糙度要求。这也是关键的加工阶段。27（）光整加工阶段 对于零件尺寸精度和表面粗糙度要求很高(IT5、IT6 级以上,Ra0.20m)的表面，还要安排光整加工阶段。这一阶段的主要任务是提高尺寸精度和减小表面粗糙度值，一般不用来纠正位置误差。位置精度有前面工序保证。5.6.2 划分加工阶段的原因划分加工阶段的原因（)利于保证质量 工件粗加工时切除金属较多，产生的切削力和切削热较大，同时也需要较大的夹紧力。在这些力和热的作用下,工件会发生较大的变形，并产生较大的内应力。如果不分阶段地进行粗精加工，就无法避免上述原因引起的加工误差。加工过程分阶段后，粗加工造成的加工误差，通过半精加工和精加工即可得到纠正，并逐步提高零件的加工精度和减小表面粗糙度值。此外，各加工阶段之间的时间间隔相当于自然时效，有利于使工件消除残余应力和充分变形，以便在后续加工阶段中得到修正。（)合理使用设备 加工过程分阶段后，粗加工可采用功率大、刚度好和精度较低的机床进行加工，精加工则可采用高精度机床以确保零件的精度要求，这样既充分发挥了设备的各自特点，也做到了设备的合理利用。（)便于安排热处理 粗加工阶段后，一般要安排去应力等预先热处理工序，精加工阶段前要安排淬火等最终热处理，其变形可以通过精加工予以消除。（)便于及时发现毛坯缺陷，以及避免损伤已加工表面，毛坯经粗加工后，缺陷已经暴露，可以及时发现并处理。同时精加工工序安排在最后，可以避免已经加工好的表面在搬运和夹紧中受损伤。当然，零件加工阶段的划分也不是绝对的。当加工质量要求不高、28工件刚度足够、毛坯质量高和加工余量较小时，可以不划分加工阶段，直接进行半精加工和精加工。2、工序集中与工序分散工序的集中与工序的分散是拟订工艺路线时，确定工序数目或工序内容多少的两种不同的原则，它与设备类型的选择有密切的关系。(1)工序集中和工序分散的概念 工序集中就是将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。工序集中可采用技术上的措施集中，成为机械集中；也可采用人为的组织措施集中，称为组织集中。工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少，最少时每道工序仅有一个简单的工步。工序集中的特点：a、采用高效专用设备及工艺装备，生产效率高。b、工件装夹次数减少，易于保证表面间的位置精度，还能减少工序间的运输量，缩短生产周期。c、工序数目少，可以减少机床数量、操作工人数和生产面积，还可以简化生产计划和生产组织工作。d、因采用结构复杂的专用设备及工艺设备，故投资大，调整和维修复杂，生产准备工作量大，转换新产品比较费事。工序分散的特点：a、设备及工艺装备比较简单，调整和维修方便，工人容易掌握，生产准备工作量少，既易平衡工序时间，又易适应产品更换。b、可采用最合理的切削用量，减少机动时间。c、设备数量多，操作工人多，占用生产面积大。（2）工序集中与工序分散的选用 工序集中和工序分散各有利弊，应根据生产类型、现有生产条件、工件结构特点和技术要求等因素进行29综合分析后再选用。一般来说，大批量生产适合采用工序集中原则，可采用较复杂的机械集中；对于一些结构简单的产品，也可采用分散的原则。成批生产应尽量采用效率较高的机床，使工序适当集中。单件小批量生产可采用组织集中，以便简化生产组织工作。3、切削加工工序的安排原则：（1）先基面后其它；（2）划分加工阶段；（3）先主后次；（4）先面后孔；（5）安排加工顺序时还要考虑车间设备布置情况。4、工步的划分划分工步主要从加工精度和加工效率两个方面来考虑。合理的工艺不仅要保证加工出符合图样要求的工件，同时还应使机床的功能得到充分的发挥。因此在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对于工件的不同表面进行加工。对于较复杂的工序，为了便于分析和描述，常在工序内又细分为工步。下面介绍工步划分的原则：（1）同一加工表面是按粗加工半精加工精加工依次完成，还是全部加工表面都先粗加工后精加工分开进行，主要应根据零件的精度要求来考虑。（2）对于既要加工孔又要加工平面的零件，可以采用“先面后孔”的原则划分工步。（3）按所用刀具划分工步。如某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可以采用刀具集中的方法划分工步，以减少换刀次数，缩短辅助时间，提高加工效率。30（4）在一次安装中，尽可能完成所有能加工的表面，有利于保证各个表面之间相互位置精度的要求。一般来讲，当主要表面加工顺序确定后，才合理地插入非主要表面的加工工序。对于本课题所要加工的起重螺杆来说，非主要表面指的是通孔、螺纹孔、矩形螺纹等。这些表面的加工一般不易出现废品，所以应尽量安排在后面工序中进行。主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需要再加工了，这样可以避免浪费工时。但这些表面也不能放在主要表面精加工之后，以防止在加工非主要表面的过程中损伤已精加工过的主要表面。调质一般安排在粗加工之后精加工之前，主要是使其具有较高的综合力学性能。经调质（淬火+高温回火）处理后，其硬度应达到220250HBS。淬火是为了获得所要求的表面硬度。淬火好的硬度应达到 3550HRC。对于凡是需要在淬硬表面上加工的通孔、螺纹孔、矩形螺纹等，都应安排在淬火前加工。而非淬硬表面上的通孔、螺纹孔、矩形螺纹等一般在外圆精车之后，精磨之前进行加工。经过对以上各个方面的综合分析考虑，确定本次设计的起重螺杆的加工顺序安排如下：粗车调质处理外圆表面轮廓的加工（以三角卡盘固定、顶尖孔定位）钻通孔车矩形螺纹攻内螺纹淬火处理精车。5.7 车螺纹时的主轴转速的确定车螺纹时的主轴转速的确定数控车床加工螺纹时，因其传动链的改变，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主进给轴(多为 Z 轴)方向位移一个螺距即可，不应受到限制。但数控车床加工螺纹时，会受到以下几方面的影响：31（1）螺纹加工程序段中指令的螺距(导程)值，相当于以进给量（mm/r）表示的进给速度 F，如果将机床的主轴转速选择过高，其换算后的进给速度(mm/min)则必定大大超过正常值；（2）刀具在其位移的始、终，都将受到伺服驱动系统升、降频率和数控装置插补运算速度的约束，由于升、降频特性满足不了加工需要等原因，则可能因主进给运动产生出的“超前”和“滞后”而导致部分螺牙的螺距不符合要求；（3）车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现，即车削螺纹需要有主轴脉冲发生器(编码器)。当其主轴转速选择过高，通过编码器发出的定位脉冲(即主轴每转一周时所发出的一个基准脉冲信号)将可能因“过冲”(特别是当编码器的质量不稳定时)而导致工件螺纹产生乱扣。因此，车螺纹时，主轴转速的确定应遵循以下几个原则：（1）在保证生产效率和正常切削的情况下，宜选择较低的主轴转速；（2）当螺纹加工程序段中的导入长度 1 和切出长度 2 考虑比较充裕，即螺纹进给距离超过图样上规定螺纹的长度较大时，可选择适当高一些的主轴转速；（3）当编码器所规定的允许工作转速超过机床所规定主轴的最大转速时，则可选择尽量高一些的主轴转速；（4）通常情况下，车螺纹时的主轴转速(n螺)应按其机床或数控系统说明书中规定的计算式进行确定，其计算式多为： n螺n允L(rmin) 其中， n允编码器允许的最高工作转速(rmin)； L工件螺纹的螺距(或导程，mm)。32 但是，在车螺纹时，车床主轴转速过高会使螺纹乱牙，所以对于普通数控车床来讲，车螺纹时推荐的主轴转速为：S 1200/K-80其中，K螺纹导程（mm） 。所以，对于本次设计的起重螺杆上的矩形螺纹的加工，主轴转速应选择为 S=240 rmin。5.8 加工余量的确定加工余量的确定加工余量的大小等于每个中间工序加工余量的总和。工序间的加工余量的选择应根据下列条件进行：（1）应有足够的加工余量，特别是最后的工序，加工余量应能保证达到图样上所规定的精度和表面粗糙度值要求。（2）应考虑加工方法和设备的刚性，以及工件可能发生的变形。过大的加工余量反而会由于切削抗力的增加而引起工件变形加大，影响加工精度。（3）应考虑到热处理引起的变形，否则可能产生废品。（4）应考虑工件的大小。工件越大，由切削力、内应力引起的变形亦会越大，所以加工余量也要相应地大一些。（5）在保证加工精度的前提下，应尽量采用最小的加工余量总和，以求缩短加工时间，降低加工费用。确定加工余量大小的方法主要有以下三种：1、经验估计法 经验估计法是工艺人员根据积累的生产经验来确定加工余量的方法。一般情况下，为防止因余量过小而产生废品，多采用经验估计法，经验估计法得到的数值往往偏大。经验估计法常用于单件小批量生产。332、查表修正法 查表修正法是以生产实践和实验研究积累的有关加工余量资料数据为基础，并按具体生产条件加以修正来确定加工余量的方法。3、分析计算法 这是通过对影响加工余量的各种因素进行分析，然后根据一定的计算关系式来计算加工余量的方法。此方法确定加工余量比较合理，但是由于所需的具体数据目前尚不完整，计算也较复杂，故目前很少用。6 螺纹类型的确定螺纹类型的确定6.1 螺纹的选择螺纹的选择螺纹的种类有很多，见表 6-134表 6-1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。故本实验选梯形螺纹，它的基本牙形按GB/T5796.12005 的规定。357 零件尺寸的计算零件尺寸的计算7.1 螺杆螺杆7.1.1 螺杆直径及螺纹的计算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：d2phFP对于矩形和梯形螺纹，h=0.5P,则：8 . 0d2pFp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。对于本题，我们选择=1.4。将数据代入上式，得：mmmpF2 .3010204 . 110408 . 08 . 0d632查表得公称直径：d=34mm，则螺距 p=6mm，中径=31.00mm，小径2d=27.00mm。3d由配合关系可以得到螺母的基本尺寸：小径=28.00mm，中径=31.00mm，大径=35.00mm。1D2D2d4D367.1.2 自锁性的验证自锁性的验证 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： 09. 0fdparctanarctanfcosfarctanvv，查表得其中代入公式后，即是验证： cos9 . 0tan其中=，tan062. 0316dP547. 3902. 0998. 09 . 0cos9 . 0显然，满足自锁性要求。7.1.3 螺杆强度的验证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(5-47)，2332232 . 04dTdF其中 T= NF361.5473cos0.0910402df32v查手册，45 钢，=355MPas=MPa，F=40KN，=27.00mm，代入43s3s33553d37上式，得： =106.3MPa23332233)1000.27(2 . 01060. 31000.2710404）（=118.7MPa3355图中，=（1.71.9）d=61.00mm13D（1.41.6）d=45.00mm7.1.4 螺杆稳定性的验证螺杆稳定性的验证 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 N） 。则螺杆crF的稳定性条件为：scrcrSFFS上式中为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋如千斤顶，sS=3.55.0；本实验中我们取=4.0。称为螺杆稳定性的计算安全系sSsScrS数。为螺杆的临界载荷：crF22)( lEIFcr 螺杆的临界载荷与柔度有关，=，为螺杆的长度系crFssils数，与螺杆的端部结构有关，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i险截面面积 A=d12/4，则3841dAIiI 为螺杆危险截面的轴惯性矩：441,64mmdI当螺杆的柔度40 时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注s意正确确定。7.1.5 螺杆柔度螺杆柔度 （1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩 I 和 iI=2.66443d64102714. 3434104mm=6.75mm43dAIi410273（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度 llH+5p+(1.41.6)d =200+56+1.534=281mm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：NlEIFcr3238922210162)102812(106 . 210200)(所以，=4.0FFScrcr6 . 440162sS7.2 螺母螺母7.2.1 螺母设计与计算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，=1.4，2dH39=31mm，所以=44mm。而螺纹工作圈数 n=7.2，取 8 圈。需2dHPH要说明的是，螺纹的工作圈数不宜超过 10 圈，8 圈显然是符合这一要求的。7.2.2 螺母螺纹牙的强度计算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，uF并作用在以螺纹中径为直径的2D圆周上，则螺纹牙危险截面 a-a 的剪切强度条件为buDF螺纹危险截面 a-a 的弯曲强度条件为ub62bDFl经计算，MPa95.118106634. 010351040333MPa9 .268)10665. 0(1035105 . 11040623333又经查表得=35MPa，=50MPa，对比可知均满足强度要求。7.2.3 安装要求安装要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用或等配合。78rH78nH为了安装简便，需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。为了更可靠地防40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。7.2.4 螺母的相关尺寸计算螺母的相关尺寸计算 查手册 D=d+1=35mm内螺纹小径 D1=d-7=28mm D3= (1.61.8)D =1.735=59.5mmD4= (1.31.4)D3 =1.359.5=77.35mm H=44mm a=H/3=44/3=14.5mm7.3 托杯的尺寸计算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，其结构尺寸见上图。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。 p （式 7-4)DD(211212Fp411）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 34=100.00mmD11=(0.60.7）d=0.6534=22.1mmD13=(1.71.9)d=1.8 34=61mmD12=D13-3=58mm（1.51.8）d=40.00mm 故 (4)DD(211212Fppp23Mpa)= ，满足要求。4)024. 0064. 0(14. 310402237.4 手柄手柄7.4.1 手柄的设计与计算手柄的设计与计算 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42数。，为手柄的抗扭截面系其中，外外32d,d4df3p232vWWLFFFLF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=30mmpd7.4.2 结构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如右图，并用螺钉或铆合固定。图中尺寸： =7mm31pd (68)= pd8=28mmpd7.5 底座设计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43 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。底座结构及尺寸如右图. 图中 H1=H+（1428）mm =200+20=220mm H-a=44-14.5=29.5mmD=d+1(查手册) =34+1=35 D6=D3+（510）mm =61+6=67mmD7=D6+=67+=121mm51H5220D8=27pD4F =194.0mm23111214. 310404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。448 千斤顶使用说明千斤顶使用说明8.1 千斤顶的工作原理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
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