1、西南大学工程技术学院课程设计（论文）1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 日西南大学工程技术学院课程设计（论文）2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.
2、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 选取螺母材料 .82.2.2 确定螺母高度 H及工作圈数 u82.2.3 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 pL.122.4.3 手柄直径 d 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
3、.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 16参考文献： 16西南大学工程技术学院课程设计（论文）3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）西南大学工程技术学院课程设计（论文）4计 算 及 说 明 结 果2.计算内容
4、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 GB/T5796.1-2005 的规定。2.1.2 选取螺杆材料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 ；查表 5-35sMPa13 取安全系数 S=4，则 ；与其相旋合的螺母材料选为8.75PaZCuSn10P1 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1825MP
5、a 之间，在此取 20MPa。p2.1.3 确定螺杆直径按耐磨性条件确定中径 2d计算过程：滑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。 22phHdFPuAp由于 ，所以有 ；22对于等腰梯形螺纹， ，有 ， 一般取 1.23.5,Ph5.08.02pFd所以此处 取 1.5。选则材料：45 钢；取 =20MPaP4S35sMa8.7西南大学工程技术学院课程设计（论文）16带入设计公式，得 2dm21.905.148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-7=29mmd1螺杆中径
6、 =d-3=33mm29.212mm22.1.4 自锁验算自锁验算条件是 vffarctnosarctn为螺纹中径处升角； :当量摩擦系数； ：摩擦系数； v为ff当量摩擦角 ：牙侧角， 。152/摩擦系数 由查表 5-12 可知， ，由于千斤顶的运f 0.8.f动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时取最大值 010。=arctan =3.3140darctn2P314.6rtarctn5.91ososf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
7、 决定，d kd p 十 0.5mm。（2）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 1.5P，取 d4=d1-0.5=28.5mm；退刀槽宽度 1.5P=9mm（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 的圆取 =1.5中径计算初值：=29.21mm2d螺杆尺寸：d=36mmP=6mm=29mmd1=33mm2取：牙侧角： 15摩擦系数： 0.f=3darctn2P.3140v=5.911 0退刀槽直径：d4=28.5mm退刀槽宽度：1.5P=9mm西南大学工程技术学院课程设计（论文）1柱体
8、。（4）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-mHD5,402000) 固定在螺杆端部。16M2.1.6 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：或)(3)3222 Tca WAF)4(1212dTFAca其中扭矩 （上式中 为螺纹中径处升角， 为)tan(2当量摩擦角）D=40mmH=5mm16M西南大学工程技术学院课程设计（论文）1由已知：F=40kNT=Ftan(+v)d2/2=40000*tan(3.3140+5.9110)*33/2=107192.229NmmA=
9、 =660.520mm2214d则有：60.582MPa)(1322TFAca8.75MPa2.1.7 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。 45.2/Fcr螺杆的临界载荷 与柔度 有关crs其中 ；当螺杆的柔度 s40 时，可以不必进行稳定性ils/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 为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取lH+5P+(1.41.6)d，故按下式计算：l=H+5P+1.5d=190+5*6+1.5*36mm=27
10、4mm螺杆危险截面的惯性矩， =3.14*294/64mm6d41I=34700.974mm4则 7.25mm1dAIi将以上数据代入柔度计算公式，得2*274/7.25=75.58640ils故应进行稳定性校核。螺杆选为淬火钢，当 s85 时T=107192.229NmmA=660.520mm2螺杆计算强度：=)14(23dTFAca60.582MPa2l=H+5P+1.5d=274mmI=34700.974mm4 1dAIi7.25mm柔度： ils75.58640西南大学工程技术学院课程设计（论文）1由公式知：临界载荷 402.1921dFcr= =150977.1 N3586.702.
11、14223.77Fcrs螺杆稳定性安全系数 =2.54s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 及工作圈数Hu螺母高度 ，螺纹工作圈数 ，考虑退刀槽的影响，2dPH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具体计算过程如下：螺母高度：H=d 2=1.5*33mm=49.5
12、mm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+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=10（圈）H P=10*6mm=60mm2.2.3 校核螺纹牙强度=Fcr150977.1N3.crs77 s螺母材料：ZCuSn10P1 铸锡青铜H=49.5 mmu=8.25mm圆整后，=10uH=6 0mm螺母大径： D=d+1=37mm螺母小径：D1=d-6=30mm螺母中径：D2 =33mm西南大学工程技术学院课程设计（论文）1根据 GB/T5796.32005
13、 得螺母基本尺寸如下：螺母大径：D=d+1=36+1mm=37mm螺母小径：D 1=d-6=36-6mm=30mm螺母中径：D 2= =33mmd由图 13 得：D3=（1.61.8）D=1.7*37mm=62.9mmD4=（1.31.4）D 3=1.35*62.9mm=84.915mm=60/3mm=20mmHa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 ，并作用在螺纹中径为uF直径的圆周上，则螺纹牙危险截面的剪切强度条件为： DbuF对于梯形螺纹，查表得： MPa40
14、3b=0.65P=0.65*6mm=3.9mm 则剪切强度为：8.2103.974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 ；62buDFl弯曲力臂： mDl372螺母材料的许用弯曲应力，查表得：；MPab604将数据带入弯曲强度条件公式，得：=27.163MPa103.971.324uD2 Fl b经验算，符合弯曲强度条件。D3=62.9mmD4=84.915mmHa=20mmb=4.55mm剪切强度验算：MPa824.弯曲力臂：l=2 mm强度条件验算： MPa163.27b西南大学工程技术学院课程设计（论文）1图 132.2.4 螺母与底座孔配合（1）采用 配
15、合；78rH（2）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；（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/T711985） 。206M2.3 托环的设计与计算2.3.1 托杯材料的选择选择托环材料为 钢。235Q2.3.2 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 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。2.3.3 接触面强度校核紧定螺钉： 206M托杯材料：Q235西南大学工程技术学院课程设计（论文
16、）1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。由图 1-4 计算各尺寸：厚度 ； m10D11=(0.60.7)d=0.65*36mm=23.4mmD10=2.5d=2.5*36mm=90mmD13=1.8d=1.8*36mm=64.8mmD12=D13-4mm=60.8mm图 14为避免工作时过度磨损，接触面间的压强应满足m10D11=23.4mmD10=90mmD13=64.8mmD12=60.8mm西南大学工程技术学院课程设计（论文）1PDFP4)(21将数据代入得：M
17、Pa=16.172MPa4.238.604)-21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： ，接触面压强满足要求，选材合理。P2.4 手柄的设计计算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 pL扳动手柄的力矩： ，则21TKp12pTLK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 。本题中选择 ；20KN=40*tan（3.314 0+5.9110）*33/2 Nm=107.1
18、94 Nm=（60.8 +23.4）*0.1* 40/4 Nm =84.2Nm=（107.194+84.2）/200m=956.97mm12pTLK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 +（50 150）mm 。2D13故手柄的实际长度是：P=16.172MPa手柄采用的材料是 Q235K=200NT1=107.194NmT2=84.2NmLp=956.97mm西南大学工程技术学院课程设计（论文）1=956.97+64.8/2+100mm=1089.37mm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，使用时加套筒
19、。60Lm手柄参考图 1-5（见下页）2.4.3 手柄直径 的确定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 3pFd1.0KL故得设计公式为 31.0Fpp式中： F手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为 Q215 和 Q235 时，F=120Mpa。dp mm=26.28mm3120.789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，在手柄两端面应加上挡环（图 16） ，并用螺钉或铆合固定。因为手柄的精度要求不高，如图计算选用的螺钉为（GB/T68-2000） ,挡圈尺寸48MD=60， H=6.
20、Lp=1089.37mm60mdp=27mmdk =28mm螺钉： 16M西南大学工程技术学院课程设计（论文）12.5 底座设计2.5.1 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 结构设计铸件的壁厚 不应小于 812mm，此题中选择 ；为了10m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。2.5.3 底座设计计算由图 1-7 可得底座的相应尺寸：H1=H+20mm=210mmD6=D3+8mm=62.9mm+8mm=70.9mm挡圈： D=38， H=5底座材料：HT200；厚度： 10m斜度： K底座尺寸
21、：H1= 210mmD6=70.9mmD7=112.9mmD8=195.477mmH2=40mm西南大学工程技术学院课程设计（论文）1D7=D6+H1/5=(70.9+210/5)mm=112.9mm= =195.477mm2619.024=60mm-20mm=40mm式中： p底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取 ，此题中取 ；2.5pMPa2pMPa;(810)Hm图 1-7西南大学工程技术学院课程设计（论文）1西南大学工程技术学院课程设计（论文）173.关于螺旋千斤顶结构设计等的补充说明（1（ 螺母与底座的配合常用 或 等；78rHn（2（ 为防止螺母转动，应设紧定螺钉，直径常取 M
22、6M12，根据起重大小决定；（3（ 为防止托杯脱落和螺杆旋出螺母，在螺杆上下两端安装安全挡圈；（4（ 连接螺钉，挡圈，挡环的规格尺寸按结构需要选取或设计；（5（ 为减少摩擦、磨损及托杯工作时不转动，螺旋副及托杯与螺杆的接触面均需润滑；（6（ 装配图尺寸标注应包括特性尺寸（如最大起落高度） 、安装尺寸、外形尺寸（总厂、总宽、总高）和派和尺寸等；（7（ 图面应注明技术特性及技术要求；（8（ 图纸规格应符合之徒规定，绘图要按国家标准，标题栏和明细表的格式应符合要求，详见课程设计教材，或采用学生用标题栏及明细表格式；（9（ 设计计算说明书应在全部计算及图纸完成后进行整理编写。参考文献：1杨 玲.螺旋千斤顶作业指导书.西南大学工程技术学院,2009.2濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.高等教育出版社,2006.3邱宣怀.机械设计（第四版）.高等教育出版社,1997.4大连理工大学工程画教研室.机械制图. 高等教育出版社,2003.8.5吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册(第三版). 高等教育出版社,2006.
