1、- 1 -螺旋千斤顶设计过程千斤顶一般由底座 1，螺杆 4、螺母 5、托杯 10，手柄 7 等零件所组成（见图 11） 。螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。设计的原始数据是：最大起重量 F=30KN 和最大提升高度 H=170mm。螺旋千斤顶的设计步骤如下：- 2 -计算项目 计算及说明 计算结果1.螺杆的设计与计算1.1 螺杆螺纹类型的选择1.2 选取螺杆的材料1.3 确定螺杆直径螺纹有矩形、梯形与锯齿形，千斤顶常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，
2、牙形角 =30 ，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.12005 的规定。千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。因此选用的螺杆螺纹是牙形角 =30 的单线梯形螺纹。螺杆材料常用 Q235、Q275、40、45、55 等。在此选用的是 55 钢。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。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 ，使其小于材料的许用压力 。Q22hHdPuAQ(KN)：作用域螺杆的轴向力A( )：螺纹承压面积2m（ ）：螺纹的中径2dh（ ）： 螺纹的高度P（ ）： 螺纹
3、的螺距H（ ）：螺母的高度由于 ，所以有 ；2dQ2hP对于等腰梯形螺纹， ，有 ，5.08.02pd一般取 1.23.5,所以此处 取 2.5。因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，所以两者的材料均选为钢，由查表可知，许用压力 取为牙形角 =30 的单线梯形螺纹螺杆材料：55钢=2.5 =10MPa- 3 -10MPa。计算项目 计算及说明 计算结果1.4 自锁验算螺杆螺纹中径 ，根md627.8.0105.22据求得的此螺纹中径，查表 GB/T5796.22005 和表GB/T5796.32005 有：公称直径 ，螺距 ，mP螺杆小径 , 螺杆中径 ，d19d24螺母大径 ，螺母小径
4、 ，D2mD01螺母中径 ，4螺母高度 ，dH65.2旋合圈数 。（ 圈 ）圈 10)(870Pu自锁条件是 v式中： 为螺纹中径处升角； v为当量摩擦角（当量摩擦角 v =arctan ，为保证自锁，螺纹中径处升角至f少要比当量摩擦角小 1） 。 ffarctnosarctn:当量摩擦系数； ：摩擦系数； ：牙侧角，ff。152/摩擦系数 由查表可知， ，由于千f 17.0.f斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时区最大值 0.17。 052.841.3arctnarct2dP9.7.rtosrtf螺杆尺寸：P=8mmd28m1942螺母尺寸： 01d242mH68u152/7.0f0
5、52.89符合自锁条件- 4 -至少为 ，所以有 ，898.052.8符合自锁条件。计算项目 计算及说明 计算结果- 5 -1.5 结构（见图 12）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，d kd p 十 0.5 。由后面的计算可知手柄的直径mdp=30 ，所以 。mk8.3.0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 0.20.5 。6.8.014退刀槽的宽度可取为 1.5P=15 。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
6、螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈(GB/T891-1986) ，mHD5,0挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000) 固定在螺杆端部。16Mmk8.3d6.141.5P=15D=50H=5 16M计算项目 计算及说明 计算结果- 6 -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。强度计算方法参阅教材公式(6.23)，其中扭矩，式中 为螺纹中径处升角， 为当量2)tan(QdT摩擦角。对受力较大的螺杆应根据第四强度理论交合螺杆强度：或)(3)3222 Tca WAF)4(1212dcaF（N）：螺杆所受的轴向压；A（ ）：螺杆螺纹的危险截面面积； 2m（ ）：螺杆
7、螺纹段的抗扭截面系数；TW（mm）螺杆螺纹小径；T（ ） ；1dmN(MPa)：螺杆材料的许用应力，由前面可知螺杆的材料是 55 号钢，查表得其屈服强度 ，MPas375所以其许用应力 ，由于千斤顶的载荷是稳定53s的，许用应力取最大值有 。Pas12537计算： mNdFT 129.78 24)98.0.tan(2)tan(MPdTAca 41.)4(321，符合强度计aMPaca 58.10算的条件。Pas375Pa125，符合强ca度计算的条件。- 7 -计算项目 计算及说明 计算结果1.7 稳定性计算2. 螺母设计与计算2.1 选取螺母材料细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为
8、此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。F cr / 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+5P+(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)，41dAi当螺杆的柔度 s40 时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。临界载荷 ，2lEIFcrE（MPa）：螺杆材料的拉压弹性模量，;MPa3102I（ ）：螺杆危险截面的惯性矩， 。4m641dI该千斤顶一螺母座位支承时，作不完全固定支承，
9、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。因此 。0.mPdHl 2685.1805).1( ； NFcr 0.74)26.0(/94.3452，所以经过计算螺杆scrs SS45.8稳定。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。该千斤顶螺母材料采用 45 号钢。MPaE310260.l2NF506.1784，所以螺杆scS稳定。螺母材料：45 钢计算项目 计算及说明 计算结果- 8 -2.2 确定螺母高度 H及螺纹工作圈数 u2.3 校核螺纹牙强度螺母高度 H= d2，螺纹工作圈数 ，考虑退PuH刀槽的影响
10、，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。 md60245.2)(78圈P实际螺纹圈数 )(95.1. 圈u实际螺母高度 m7289H 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。如图有： m49.27.)8.16( 67535434Ha2/7/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，股只需校核螺母的螺纹牙强度。假设螺母每圈螺纹 所承受的平均压力为 ，并作uF用再螺纹中
11、径为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面的剪切强度条件为 ，螺纹牙危险截面的弯曲强度DbuF条件为 。式中：62lb（mm）：螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹;mP.58.05.l(mm):弯曲力臂，； （MPa）螺Dl .2492母材料的许用切应力，螺母材料为 45 号钢，mH60)(5.7圈u9圈 m2HmD49367a24mb2.5l.- 9 -计算项目 计算及说明 计算结果查表： MPas71356.03.6.0 （MPa）：螺母材料的许用弯曲应力；b查表： Pasb 367.1452.).10( 计算：，符994.3 MpDuF合剪切强度条件；53.12.1.062 bPabl 符合弯曲强度
12、条件。Pas3751MPab367.4，符合剪切强度条件。，符合弯b曲强度条件。- 10 -计算项目 计算及说明 计算结果2.4 螺母与底座孔配合3. 托杯的设计与计算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。为了安装简便，需在螺母下端（图78rHn13）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。紧定螺钉选择的是（GB/T71 1985） .208M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
13、，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。p4)(21DFp如图计算各尺寸：厚度 ；m0p为许用压强，取托杯和螺杆材料p中较小的一个，螺杆p=380MPa，托杯p=235MPa； mdD182.65.0)7.6(1 pF94212根据结构：，3.474.50281)(12Dmd所以进行强度计算有： MpaPFp 2357.13)8.(4)(221 满足强度条件。紧定螺钉： 208M托杯材料：Q23
14、510螺杆：p=380MPa托杯：p=235MPamD81mD3.4712，满足强度条件。- 11 -计算项目 计算及说明 计算结果4. 手柄设计与计算4.1 手柄材料4.2 手柄长度Lp常用 Q235 和 Q215。该千斤顶采用的是 Q235。板动手柄的力矩：KL p=T1+T2，则有： KK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，T2托杯与轴端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) f F/4。手柄材料：Q215。2)tan(1dv- 12 -计算项目 计算及说明 计算结果4.3 手柄直径dpmNd
15、FT 129.780.24)98.05.tan(2)21fFDT 025.361.4/01.)283.47(/12 mKLp 572369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。手柄实际长度不应超过千2D13斤顶，使用时可在手柄上另加套管。手柄的实际长度： mLp2.691024.57)5(3 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T129.78T025.36mLp71mLp2.69- 13 -计算项目 计算及说明 计算结果4.4 结构 F 3pFd1.0KL或为 dp 3F.式中
16、： F手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215 和 Q235 时， F=120Mpa。计算： mKLdpp 64.210921.033 所以手柄的直径 。dp5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） ,而挡环尺寸为 D=34mm，48M厚 H=5mm。F=120Mpa。dp25螺钉： 48M当环尺寸：D=34mm，厚H=5mm。- 14 -计算项目计算及说明 计算结果5. 底座设计底座材料常用铸铁（HT150 及 HT200） （图 17） ，铸件的壁厚 不
17、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。图中： mH208)24(1 D56790536167 （ 为底座下枕垫物的许用2784Fpp挤压应力。对于木材，取 ）MPa5.计算： mDFDp 14834.18965.214.3042278 m10H21D56m97MPap5.2D148- 15 - 16 -6.效率计算螺旋千斤顶的效率可按下是计算： %3.25710283pPLQ式中：分子上 P 为螺距，分母上 P 为人手作用力。由于要求自锁，故效率值不高，约为 20 35%。故计算所得效率值过低，则应在保证自锁的前提下，适当改变相应的参数，以
18、提高螺旋千斤顶的效率。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 M6M12，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- 17 -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。参考资料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郭爱莲.新编机械工程技术手册.经济日报出版社,1992.4邱宣怀.机械设计（第四版）.高等教育出版社,1997.5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,2006.6简单千斤顶设计说明书.浙江大学,2008.7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.
