1、 螺旋千斤顶设计计算说明书院 系 安徽科技学院 专业年级 车辆 113 班 设 计 者 李正 指导教师 陈丰 成 绩 2013 年 10 月 23 日1螺旋千斤顶设计任务书学生姓名 李正 专业年级 车辆工程 113 班设计题目： 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 =200 mm。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： 20 年 月 日2目录1 螺杆的设计与计算31.1 螺杆螺纹类型选择31.2 选取螺杆材料31.3 确定螺杆直径31.4 自锁验算31.5 结构41.6 螺
2、杆强度计算41.7 稳定性计算51.7.1 计算柔度61.7.2 计算稳定性62 螺母设计与计算632.1 选取螺母材料62.2 确定螺母高度 H及螺纹工作圈数u62.2.1 求螺母高度H72.2.2 螺纹工作圈数u72.2.3 螺母实际高度H72.3 校核螺纹牙强度72.4 结构要求83 托杯的设计与计算84 手柄设计与计算94.1 手柄材料104.2 手柄长度Lp104.3 手柄直径4dp114.4 结构115 底座设计12参考资料13螺旋千斤顶设计计算及说明 结果51 螺杆的设计与计算1.1 螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、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 =
3、30，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。故选梯形螺纹，它的基本牙形按GB/T5796.12005 的规定。1.2 选取螺杆材料螺杆材料常用 Q235、Q275、40、45、55 等。1.3 确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径 d2。求出 d2 后，按标准选取相应公称直径 d、螺距 t 及其它尺寸。有 d2 phF根据国家规定 =1.23.5，取 =1.2（梯形螺纹） ；h=0.5t；查教材表 5-12， p取 20Mpa。故，d 2 = 0.8 =41.5mmhFtp查机械设计课程设计手册，d 取48mm，t=8mm，d 1=39mm，d 2=44mm1.4 自锁验算自锁条件是 v，式中
4、： 为螺纹中径处升角； v 为当量摩擦角（当量摩擦角 v=arctanv，但为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小 1。查教材表 5-12，f 取 0.09 = arctan(t / d2)=arctan 8/(3.14 ) =2.884v=arctan（f/cos）=arctan 0.09/cos(30/2)=5.35选梯形螺纹选 40 钢d=48mmt=8mmd1=39mmd2=44mm=2.88v=5.35v-16则 =2.88v-1= 4.35满足自锁条件1.5 结构如图（1-2）: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
5、柄直径dp 决定，d kdp 十 0.5mm。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 0.20.5mm。退刀槽的宽度可取为 1.5t。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)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。其中：1.5t=12mm d4=38.5mmD13=(1.71.9)d=87mm(1.41.6)d=72mm0.25d=0.2548mm=12mmd+(610)=48+8=56mm1.6 螺杆强度计算满足自锁
6、条件1.5t=12mmd4=38.5mmD13=87mm(1.41.6)d=72mm0.25d=12mmd+(610)=56mm7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)，ca= 2312164dTdF其中扭矩=65103tan(2.88+5.35) 44/2Nmm=206830 Nmm查机械设计课程设计手册，对 40 钢， =335MPas由表 5-13，= = = =83.75MPa53s43d1=39mm，故， ca= 2323914.068914.065=62.50MPa=83.75MPa满足强度条件1.7 稳定性计算细长的螺杆工作时受到较
7、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 / F 2.5 4螺杆的临界载荷 Fcr 与柔度 s 有关， s=l/i，为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l 为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取lH+5t+(1.41.6)d，i 为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积 A=d12/4，则(I 为螺杆危险截面的轴惯性矩)4Ai当螺杆的柔度 s40 时，可以不必进行稳定性校核。计算时T=206830Nmm=335Mpas=83.75MPaca=62.50MPaca 满足强度条件2)tan(Tv8应注意正确确定。1.7.1 计算柔度（1）计算螺杆危险截面的轴惯性
8、矩 I 和 iI= = =113560 mm464d39.4= =9.75mm1AIi（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度 llH+5t+(1.41.6)d=240+58+1.548=352mm(3)计算柔度查教材表 5-14， 取 2(一端固定，一端自由)查教材公式 5-51，E =2.06105MPas=l/i= =72.240，所以需要进行稳定性校核。75.9321.7.2 计算稳定性（1）计算临界载荷 FcrFcr= =465850N2522316006.14.lEI(2) 稳定性计算=7.1 3.5 565048Fcr满足稳定性条件。2 螺母设计与计算2.1 选取螺母材料螺母材料
9、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。I=113560mm4i=9.75mml=352mms=72.2Fcr=465850N =7.1Fcr 3.5 5满足稳定性条件选铸锡青铜ZCuSn10P192.2 确定螺母高度 H及螺纹工作圈数 u螺母高度 H=d2，螺纹工作圈数 ，考虑退刀槽的影pH响，实际螺纹圈数 u = u+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= ut。2.2.1 初求螺母高度 HH =d2=1.244=52.8mm2.2.2 螺纹工作圈数
10、 u= =6.610，符合要求tu8.52u = u+1.5=6.6+1.5=8.1u应圆整, u取 82.2.3 螺母实际高度 HH= ut=88=64mm2.3 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。螺母的其它尺寸见图 13。必要时还应对螺母外径 D3 进行强度验算。查教材公式 5-48,5-49，螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：；DbuFbuDFl26式中：b 为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65t;为弯曲力臂， =（D-D 2）/2;ll查机械设计课程设计手册表 3-8，D=d+1=49mm, D2 =44mmH=48mmu=6.6u=81
11、0查表 5-13， 取 30Mpa, 取 40Mpab故， =DbuF865.0491.33=10.15MPa30 Mpa=ubl26865.0491.323=29.28Mpa40Mpa满足强度条件2.4 结构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。78rHn为了安装简便，需在螺母下端（图 13）和底座孔上端（图 17）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图 11） ，紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为 612mm。螺母的相关尺寸计算 D=d+1=49mmD3= (1.61.8)D=1.749mm=83mmD4= (1.31.4)D3=1.483mm
12、=117mmH=64mma=H/3=64/3=21.3mm3 托杯的设计与计算10.15Mpa29.28Mpa满足强度条件D=49mmD3=83mmD4=117mma=21.3mm11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 14。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 1-1）4)D(21Fp式中：p
13、 许用压强，应取托杯与螺杆材料p 的小者。p取 20Mpa图中 取 10mm，尺寸计算：D10=(2.42.5)d=2.5 48=120mmD11=(0.60.7）d=0.65 48=31.2mm 圆整为 32mmD13=(1.71.9)d=1.8 48=86.4mm 圆整为 87mmD12= D13-(24)=87-3=84mm故 4)(21Fpp= )328(.065=13.72Mpa20Mpa4 手柄设计与计算=10mmD10=120mmD11=32mmD13=87mmD12=84mm=13.72MPap 满足压力强度条件选 Q235124.1 手柄材料常用 Q235 和 Q215。4.
14、2 手柄长度 Lp板动手柄的力矩：KLp=T1+T2 则 （式 1-2）K21p式中：K 加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150250N，工作时间较长时为 100150N。T1螺旋副间的摩擦阻力矩，=65103tan(2.88+5.35) 24=206830NmmT2托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2 = (D12+D11) fF/4。 (查机械设计课程设计手册表 1-10，对于钢-钢的摩擦因数f=0.1) =(84+32)0.165 /4=188500Nmm310则 (K 取 200)KTL21p= =1976.5mm0856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
15、头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上+（50 150）mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时2D13可在手柄上另加套管。T1=206830NmmT2=188500Nm=1976.5mmpL=2120mmpL。2)tan(dFv13因此，手柄实际长度= + +100=1976.5+43.5+100=2120mmpL2874.3 手柄直径 dp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F（式 1-3）3pFd1.0KL故 dp 3Fp1.0 =32.8mm 圆整为 33mm32.式中： F手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为 Q215 和 Q235 时， F=120M
16、pa。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，在手柄两端面应加上挡环（图 16） ，并用螺钉或铆合固定。dp=33mmdp =8mm41dp+(610)=40mm14图中尺寸： dp =8.25mm 圆整为 8mm41dp+(610)= dp+7=33+7=40mm5 底座设计底座材料常用铸铁（HT150 及 HT200） ，铸件的壁厚 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。底座结构及尺寸如图 17图中 取 10mm，r 取 5mm，R 取 8mm；H1=H+（14 28）mm =200mmD6=D3+（510）mm =83.3+6.7=90mmD7=D6+ =90+ =142mm1260D8= 27p4F= 2314.065=248mm式中： p底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取p=22.5MPa。选 HT200=10mmH1=200mmD6=90mmD7=142mmD8=248mm15
