螺旋千斤顶设计大作业

精品文档交流精品文档交流螺旋千斤顶设计任务书学生姓名 陈嵩 专业年级 10级车辆工设计题目：设计螺旋千斤顶设计条件：1、最大起重量 F=40kN；2、最大升距 H=190mm。设计工作量：1、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；2、编写设计计算说明书一份。指导教师签名： 2012年 月螺旋千斤顶设计计算说明书2010级车辆工程陈嵩2010级车辆工程陈嵩李华英设计者指导教师成绩2012年12月13日目录1．螺杆的设计与计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 21.1螺杆螺纹类型的选择 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 21.2选取螺杆材料 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 21.3确定螺杆直径 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 21.4自锁验算 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 31.5结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 31.6螺杆强度校核 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 51.7螺杆的稳定性计算 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62. 螺母设计与计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 72.1选取螺母材料 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 72.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数 u⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72.3校核螺纹牙强度 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82.4结构要求 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 93. 托杯的设计与计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 94. 手柄设计与计算 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯114.1手柄材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 114.2手柄长度Lp ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 114.3手柄直径dp ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 124.4结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 125. 底座设计 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 13螺杆的设计与计算

设计与说明 结果螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。螺纹选用梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角 α=30梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按 GB/T5796.1—2005规定。选取螺杆材料螺杆材料常用 Q235、Q275、40、、55等选择45钢。确定螺杆直径根据教材式（ 5-42)得

螺纹：梯形螺纹螺杆材料：45钢dFPd2h [p]对于梯形螺纹， h=0.5P，则d2

0.8

F[p]对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙， 为使受力分布比较均匀， 螺纹工作圈数不宜过多，故取

1.2~

2.5，此处取

1.2。因为千斤顶的螺杆和螺母的相对滑动速度为低速，查表 5-12，[p]=18MPa。故d2

40

103mm18

34.43mm由课程设计手册，查标准 GB/T5796.2-2005与GB/T5796.3-2005，得公称直径 d=40mm螺距P=7mm内螺纹大径 D=41mm

d=40mmP=7mmD=41mm外螺纹小径 d1=32mm内螺纹小径 D1=33mm内外螺纹中径 d2=D2=36.5mm自锁验算对传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故。螺旋副的

d1=32mmD1=33mmd2=36.5mmD2=36.5mm自锁条件为

v

f arctancosv式中： 为螺纹升角； v为当量摩擦角v

fv为螺旋副的当量摩擦系数，f为摩擦系数， 为牙侧角。根据材料和滑动速度查表 5-12，取

0.09

，对于牙型角 30的等腰梯形螺纹，其牙侧角

15 ，则2arctannPd2

arctan

1 736.5

3.49

3.49fv arctancos

arctan

0.09cos15

5

v 5.32因为 3.49

v 1 4.32

，所以自锁性可以保证。结构螺杆上端用于支承托杯 10并在其中插装手柄 因此需要加大直径。手柄孔径 dk的大小根据手柄直径 dp决定，dk≥dp十0.5mm，由后计算可dp=27mm，所以取 dk=28mm。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d1约小0.2~0.5mm取d4=d1-0.5=31.5mm退刀槽的宽度可取为 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。为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈(GB/T891-1986)(GB/T68-2000)

dk=28mmd4=31.5mm如图1-2，则有退刀槽宽度 1.5P=10.5mmD13=(1.7~1.9)d=68~76mm，取D13=70mm(1.4~1.6)d=56~64mm，取1.5d即60mmH+H=190+56=246mm(H 为后面计算得螺钉外径0.25d=10mm挡圈外径d+(6~10)=46~50mm

1.5P=10.5mmD13=70mm1.5d=60mmH+H=246mm挡圈：根据GB/T891-1986，选取挡圈 GB/T891 B50，公称直径D=50mm，H=5mm根据GB/T68-2000，选取螺钉 GB/T68 M6×螺纹规格d=M6，公称长度 l=16mm螺杆强度校核对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。 其强度条件为

GB/T891B50螺钉：GB/T68M6162F31 2 F3AcaA1其中扭矩T

Ftan(

) d2。v2v式中： 为螺纹中径处升角， v为当量摩擦角。36.5

T=113140.4T

tan(3.49

5.32

N 2

113140.4N

N·mm因为45钢的屈服强度

s 350

，取安全系数 S=4，故：

s 350MPa[ ] sS2A d14

350MPa4322mm24

87.5MPa804.2mm2

87.5MPaca则 58.3MPa1ca804

400002

24 113140.432

58.3MPa [ ]满足强度条件。1.7 稳定性计算细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳， 为此应按稳定性条验算螺杆的稳定性。Ssc

/F 式中：

Ss为螺杆稳定性安全系数，对于传导螺旋

2.5

4.0；

为螺杆的临界载荷，。螺杆的临界载荷

与柔度 ss有关s l/i式中： 为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关； l为举起重物后2托杯底面到螺母中部的高度， 可近似取2

H 5

(1.4~1.6)d

；i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积

A

/4，则I d1i （I为螺杆危险截面的轴惯性矩）A 4当螺杆的柔度

s 40时，可以不必进行稳定性校核。螺杆一端固定，一端自由，则长度系数

2.00

l l [190 5

(1.4~

40]mm

281

289mm取l 4I d164

432 64

51471.85mm4i 4

32mm4

8mm则，l 2 i 8

40所以需要进行稳定性校核。临界载荷

Fcr可按欧拉公式计算，即Fcr

2EI2l2E所以有

E 2.06

105MPa。

Fcr322097.26NFcr

2 2

105285

51471.852

Ssc

8.05Ssc

322097.2640000

8.05 4所以，满足稳定性条件。螺母的设计与计算选取螺母材料螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。这里选用螺母材料为 ZCuSn10Pl。确定螺母高度H及螺纹工作圈数 u

螺母材料：ZCuSn10Pl螺母高度H

d2 1.2

43.8mm考虑到螺纹圈数 u越多，载荷分布越不均，故 u不宜大于 10，否则改选螺母材料或加大 。螺纹工作圈数u H 43.8P 7

610考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u=u+1.5(u应圆整)。u=8所以，u=u+1.5=6.26+1.5=7.76圆整得，u=8H=56mm螺母高度H=uP=8×7mm=56mm2.3 校核螺纹牙强度一般螺母的材料强度低于螺杆， 故只校核螺母螺纹牙的强度。 螺母的它尺寸见图 1―3。螺纹牙危险截面的剪切强度条件为F [ ]Dbu螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为6Fl [ ]Db2u b式中：b为螺纹压根部的厚度， mm，对于矩形螺纹，对于梯形螺纹b=0.65P，P为螺纹螺距；D D2l为弯曲力臂， mm，l ；2为螺母材料的许用切应力， MPa；b 为螺母材料的许用弯曲应力， MPa。因为螺母材料为青铜，查表知其 =30~40MPa， b =40~60MPa，取=35MPa， b =50MPa。b 0.65l

7 4.55mm36.5mm

2.25mm2带入校核公式：

40000N

8.53MPa [ ]

8.53MPa25.31MPa4.55mm 86 40000N 2

25.31MPa [ ]满足强度条件。

42mm2 8

b配合：H8r72.4 结构螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用

H8r7

H8等配n7合，这里选择

H8配合。r7为了安装简便，需在螺母下端（图 和底座孔上端（图 出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图 1―1，紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为 12mm。选用紧定螺钉 GB/T 71M6×。

紧定螺钉：GB/T 71M6×25D3 70mmD4 D3 (1.6~1.8)

65.6

73.8mm，取D3

70mm

a 19mmD4 ~

91~D4

95mma H/

56/

18.67mm，取a

19mm托杯的设计与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，此处用Q235钢。托杯的结构尺寸见图 4。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

托杯材料：Q235钢面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落， 在螺杆上端应装有挡板由图4可得：

10mm杯底厚度：托杯厚度

8~12mm

10mm

1.3

13mm杯底厚度为

13mm

沟纹宽度：沟纹宽度

1.5

15mm

1.5

15mm沟纹深度

/2 5mm

沟纹深度：托杯高度

(1.5~1.8)

60

72mm，取托杯高度为 70mm

/2 挡圈选用GB/T892B32其公称直径 D=32mm挡圈用GB/T67M6×16的开槽盘头螺钉固定。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。F

托杯高度：70mm挡圈：GB/T892B32螺钉：GB/T67M6×16(DDp 2 2(DD12 114

[p]式中：[p]为许用压强，应取托杯与螺杆材料 [p]的小者。查表得，Q235 钢的许用压强 [p]为 225MPa，45钢的许用压强 [p]570MPa，故用托杯材料来进行压力强度校核，即取 [p]=225MPa根据图1-4，相关尺寸为

D10D11D12

100mm25mm66mmD10

(2.4

96~100

D10

100mmD11

(0.6~

0.7)

24

28mmD11

25mmD12

D13

(2

4)mm

66~

68mm

66mm所以p F 40000

MPa

[p]

p 13.65MPa(D(D)12 114

(6624

252)

挡圈与托杯满足接触面的压力强度要求。为保证托杯可以转动， 螺杆顶端的挡圈与托杯底部留有间隙， 间隙值3~4mm，因承受力不大，故取值为 3mm。

间隙：3mm手柄的设计与计算手柄材料常用Q235和Q215。这里选用 Q235钢。手柄长度Lp板动手柄的力矩： K·Lp=T1+T2 则

手柄材料：Q235钢L p K式中：K为加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为 150～250N，工时间较长时为 100～150N。T1为螺旋副间的摩擦阻力矩，F

tan(

) d2。v2vT2为托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2=(D12+D11)fF/4。因一般情况下为间歇工作，工作时间较长的情况不多，故取 K=200N。4000

tan(3.49

5.32)

36.5N 2

113140.4N mm查设计手册得，钢—钢的摩擦因数

f 0.1，所以66 T2则

0.14

40000N

91000N mmL113140.4Lp200

91000mm

1020mm手柄计算长度 Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上故

D13+（50～150）mm2Lp

70 (50~2

1105.7~1205.7mm取手柄长度

Lp 1150mm。

Lp 400mm由于手柄实际长度不应超过千斤顶，因此取

Lp 400mm，使用时可在手柄上另加套管。4.3 手柄长度把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径 dp，其强度条件为KLppF 0.1d3p

[ ]F故 d

KLp3]F式中：[ ]F为手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为