螺旋千斤顶课程设计西南大学

1、最新资料推荐螺旋千斤顶设计计算说明书院系工程技术学院专业年级2012 级机械设计制造及其自动化设 计 者指导教师成绩2014 年11 月7 日最新资料推荐目录1 设计任务书 .31.1设计题目：设计螺旋千斤顶（参考下图a）. 31.2原始数据 .31.3设计工作量 .31.3.1绘制出总装配图一张 .31.3.2编写设计计算说明书一份 .32.1螺杆的设计与计算 .42.1.1螺杆螺纹类型的选择 .42.1.2选取螺杆材料 .42.1.3确定螺杆直径 .42.1.4自锁验算 .52.1.5结构设计 .52.1.6螺杆强度计算 .62.1.7稳定性计算 .72.2螺母设计计算 .82.2.1选取

2、螺母材料 .82.2.2确定螺母高度 H 及工作圈数 u .82.2.3校核螺纹牙强度 .82.2.4螺母与底座孔配合 .102.3托环的设计与计算 .102.3.1托杯材料的选择 .102.3.2结构设计 .102.3.3接触面强度校核 .102.4手柄的设计计算 .122.4.1手柄材料的选择 .122.4.2计算手柄长度 Lp .122.4.3手柄直径 d p 的确定 .132.4.4结构 .132.5底座设计 .142.5.1选择底座材料 .142.5.2结构设计 .142.5.3底座设计计算 .14由图 1-7 可得底座的相应尺寸： .143. 关于螺旋千斤顶结构设计等的补充说明.1

3、6参考文献： .16最新资料推荐设计计算说明书1 设计任务书1.1 设计题目：设计螺旋千斤顶（参考下图a）1.2 原始数据最大起重量F=40kN最大升程H=190mm1.3 设计工作量1.3.1绘制出总装配图一张(参考下图b)，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表。1.3.2编写设计计算说明书一份 (包括封面、目录、设计任务书、计算内容和设计步骤、参考资料等 )。（ a）（ b）最新资料推荐计 算 及 说 明结 果2. 计算内容和设计步骤2.1 螺杆的设计与计算2.1.1螺杆螺纹类型的选择选则材料： 45 钢；选择梯形螺纹，牙型角 =30?,梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙型按

4、 GB/T5796.1-2005 的规定。2.1.2 选取螺杆材料取 P =20MPa螺杆材料的选择螺杆材料常用的有Q235、 Q275、40、 45、55 钢，由于是承受轻载荷，选择45 钢，查手册表 2-7 得S 4s355MPa ；查表 5-13取安全系数S=4 ，则 88.75MPa ；与其相旋合的螺母材料选为s355MPa88.75MPaZCuSn10P1 铸锡青铜，因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，螺杆材料为45 钢，螺母材料为青铜，查表5-12 可知，许用压力p 介于18 25MPa 之间，在此取 p20MPa。2.1.3确定螺杆直径按耐磨性条件确定中径d2计算过程：滑

5、动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力 p，使其小于材料的许用压力 p 。FFFPpd2 hu pAd2 hH由于H，所以有 d 2FP；d 2h p对于等腰梯形螺纹，h 0.5P ，有 d 2 0.8F一般取 1.23.5,， p所以此处取 1.5。最新资料推荐d 240000带入设计公式，得0.829.212mm1.520按国家标准查手册表3-7 和 3-8 选择公称直径和螺距为：公称直径 d=36mm螺距 P=6mm螺杆小径 d 1=d-7=29mm螺杆中径 d2 =d-3=33mm29.212mm2.1.4自锁验算自锁验算条件是vfarctanarctan fcos为螺纹中径

6、处升角；f :当量摩擦系数；f ：摩擦系数；v 为当量摩擦角：牙侧角，/ 215 。摩擦系数f 由查表 5-12 可知， f0.08 0.10 ，由于千斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时取最大值0.10。arctan nP16=3.3140=arctand23.14 33arctanfarctan0.105.911coscos15经验算，满足自锁条件。2.1.5结构设计根据图 1-2 进行螺母的结构设计（ 1）螺杆上端用于支承托杯10 并在其中插装手柄7，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。（ 2）为了便于切制螺纹，螺纹上端应设

7、有退刀槽。退刀槽的直径d4 应比 螺 杆 小 径 d1 约 小 0.20.5mm 。 退 刀 槽 的 宽 度 可 取 为 1.5P ， 取 d4=d1 -0.5=28.5mm ；退刀槽宽度 1.5P=9mm取 =1.5中径计算初值：d2 =29.21mm螺杆尺寸：d=36mmP=6mmd 1 =29mmd2 =33mm取：牙侧角：15摩擦系数：f0.10nParctan=3.3140 v= 5.9110退刀槽直径：d4=28.5mm退刀槽宽度：1.5P=9mm最新资料推荐（ 3）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。D=40mmH=5mm（ 4）为了防止工作时螺杆从

8、螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈M 6 16(GB/T891-1986)D 40mm, H 5mm， 挡 圈 用 紧 定 螺 钉(GB/T68-2000)M 6 16 固定在螺杆端部。2.1.6螺杆强度计算对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度，强度计算公式为：ca23 2( F ) 23( T )2 或AWTca1F 23(4T) 2 Ad1其中扭矩 TF tan() d 2（上式中为螺纹中径处升角，为2最新资料推荐当量摩擦角）T=由已知： F=40kN107192.229N ?T=Ftan(+v)d2/2=40000*tan(3.3140+5.9110)*33/2=1071

9、92.229Nmm?mm122A=660.520A=4d1 =660.520mmmm2则有：4T2螺杆计算强度：12) 60.582MPa 88.75MPacaAF3(1 22=d13(4Tca A F)d160.582MPa2.1.7稳定性计算细长螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。Fcr / F2.5 4螺杆的临界载荷Fcr 与柔度s 有关其中sl / i ；当螺杆的柔度 s 40 时，可以不必进行稳定性校核。该千斤顶一螺母座位支承时，作不完全固定支承，另一端有径向和轴向约束，为固定支承，所以端部职称情况是一端固定，一端不完全固定。故取2l 为 举 起

10、 重 物 后 托 杯 底 面 到 螺 母 中 部 的 高 度 ， 可 近 似 取 l H +5P+(1.41.6)d ，故按下式计算：l=H+5P+1.5d=190+5*6+1.5*36mm=274mm4螺杆危险截面的惯性矩， Id1 =3.14*294/64mm64=34700.974mm4则 iId17.25mmA4将以上数据代入柔度计算公式，得ls 2*274/7.25=75.58640i故应进行稳定性校核。2l=H+5P+1.5d= 274mmI =34700.974m m4i I d1 A 47.25mm柔度：ls i75.58640螺杆选为淬火钢，当s 85 时最新资料推荐由公式知

11、：Fcr=4902150977.1N临界载荷 F cr2d110.00024Fcrsc3.4903.14292F=s0.000275.58624=150977.1 N177 sF crsscF3.77螺杆稳定性安全系数ss =2.54所以，螺杆稳定性合格。2.2 螺母设计计算2.2.1选取螺母材料螺母材料：ZCuSn10P1 铸锡青铜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。此题中选择螺母材料选为ZCuSn10P1 铸锡青铜。2.2.2确定螺母高度H 及工作圈数 u螺母高度 H d2 ，螺纹工作圈数 uH，考虑退刀槽的影响，P实际螺纹圈数u = u

12、+1.5(u 应圆整 )。考虑到螺纹圈数u 越多，载荷分布越不均，故u 不宜大于 10，否则应改选螺母材料或加大d。螺母高度由下式计算： H = u t具体计算过程如下：螺母高度： H = d2=1.5*33mm=49.5mm螺纹工作圈数： u=H /P=49.5/6mm=8.25mm 考虑退刀槽的影响，取实际工作圈数为u =u+1.5=8.25+1.5mm=9.75mmu 应当圆整，又考虑到螺纹圈数 u 越多，载荷分布越不均，故 u 不宜大于 10，故取u =10 （圈）H u P=10*6mm=60mmH =49.5mmu=8.25mm圆整后，u =10H =60mm螺母大径：D =d+1

13、=37mm螺母小径：D 1=d-6=30mm螺母中径：D 2 =33mmD3=62.9mmD4=84.915mm2.2.3校核螺纹牙强度最新资料推荐根据 GB/T5796.3 2005 得螺母基本尺寸如下：螺母大径： D=d+1=36+1mm=37mm螺母小径： D1=d-6=36-6mm=30mm螺母中径： D2= d2 =33mm由图 1 3 得：D3 =（ 1.61.8）D=1.7*37mm=62.9mmD4=（1.31.4）D3=1.35*62.9mm=84.915mma H =60/3mm=20mm3螺母的其它尺寸见图 13，螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于螺母的材料强度低于螺杆，故

14、只需校核螺母螺纹牙的强度。（ 1）剪切强度校核假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为F ，并作用在螺纹中径为u直 径 的 圆 周 上 ， 则 螺 纹 牙 危 险 截 面 的 剪 切 强 度 条 件 为 ：F Dbu对于梯形螺纹，查表得： 30 40MPab=0.65P=0.65*6mm=3.9mm 则剪切强度为：400008.824MPa 37 3.9 10故满足剪切强度条件。（ 2）弯曲条件校核螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为6Flb ；Db 2uDD 23733mm 2 mm弯曲力臂： l22螺母材料的许用弯曲应力，查表得： b 40 60MPa ；将数据带入弯曲强度条件公式，得：6Fl6 40

15、0002=27.163MPaD b2 u 3.14373.9b3.9 10a H 3=20mmb=4.55mm剪切强度验算：8.824MPa 弯 曲 力 臂 ： l=2mm强度条件验算：27.163MPab经验算，符合弯曲强度条件。最新资料推荐紧定螺钉：M 620托杯材料： Q235图 1 32.2.4 螺母与底座孔配合（ 1）采用 H 8 配合；r7（ 2）为了安装简便，需在螺母下端（图1 3）和底座孔上端（图17）做出倒角；（ 3）为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉选择的是（ GB/T71 1985 ） M 6 20 。2.3 托环的设计与计算2.3.1托杯材料的选择选择

16、托环材料为Q 235 钢。2.3.2结构设计托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235 钢模锻制成，其结构尺寸见图1 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。2.3.3接触面强度校核最新资料推荐当螺杆转动时，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 10mm 滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。D11=23.4由图 1-4 计算各尺寸：厚度10mm ；mmD11=(0.60.7)d=0.65*36mm=23.4mmD10=9

17、0mmD10=2.5d=2.5*36mm=90mmD13=64.8D13=1.8d=1.8*36mm=64.8mmmmD12=D13-4mm=60.8mmD12=60.8mm图 1 4为避免工作时过度磨损，接触面间的压强应满足最新资料推荐PFP(D122D112 )4P=16.172MPa将数据代入得：F40000MPa=16.172MPaP60.82 23.42D122 - D112)44计算许用压强 p ，取托杯和螺杆材料p 中较小的一个：螺杆 p=88.75MPa ，托杯 p=235Mpa；取 p=88.75Mpa ；经验算： PP ，接触面压强满足要求，选材合理。2.4 手柄的设计计算

18、2.4.1手柄材料的选择常用 Q235 和 Q215 。本题中，该千斤顶手柄采用的材料是Q2352.4.2计算手柄长度Lp手柄采用的材料是 Q235扳动手柄的力矩：KL pT1T2 ，则K=200NT1T2L pKK加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150 250N，工作时间较长时为 100 150N。本题中选择 K200N ；T1=107.194N?m=40*tan（ 3.3140+5.9110）*33/2 N mT2=84.2N?m=107.194 N?mL p=956.97mm=（ 60.8+23.4）*0.1*40/4 N?m =84.2N?mL pT1 T2 =（107.19

19、4+84.2） /200m=956.97mmK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D 13 +（ 50 150） mm 。故2手柄的实际长度是：最新资料推荐L p=1089.37mm=956.97+64.8/2+100mm=1089.37mmL600mm为减小起重器的存放空间，一般手柄不得大于起重器的高度，可取L 600mm，使用时加套筒。手柄参考图 1-5（见下页）2.4.3手柄直径 d p的确定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KLpFF 0.1d3p故得设计公式为d p3KL p0.1F 式中：

20、F手柄材料许用弯曲应力， 当手柄材料为Q215 和 Q235 时，p F=120Mpa 。d =27mmdk =28mmdp32001089.37mm=26.28mm0.1120取 dp=27mm则 dk=dp+1mm=28mm2.4.4结构手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面螺钉： M 6 16应加上挡环（图1 6），并用螺钉或铆合固定。因为手柄的精度要求不挡圈：D=38 ，高，如图计算选用的螺钉为（GB/T68-2000 ） M 8 44,挡圈尺寸 D=60 ， H=5H=6.最新资料推荐底座材料：HT200 ；厚度：10mm2.5底座设计斜度：1K102.5.1选择底座材料底座材料常用铸铁 （ HT150 及 HT200 ），此题中底座材料选为HT200 ；2.5.2结构设计底座尺寸：铸件的壁厚 不应小于 8 12mm，此题中选择10mm；为了增H1= 210mmD6=70.9mm加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成1 10 的斜度。D7=112.9mm2.5.3 底座设计计算D8=195.477mm由图 1-7 可得底座的相应尺寸：H2=40mmH1=H+20mm=210mmD6=D3 +8mm=62.9mm+8mm=70.9mmD7=D6 +H1/5=(70.9