1、螺旋千斤顶设计计算说明书院 系 专业年级 设 计 者 学 号 指导教师 成 绩 2011 年 12 月 1 日螺旋千斤顶设计计算说明书1螺旋千斤顶设计任务书学生姓名 专业年级 机械设计制造及其自动化设计题目：设计螺旋千斤顶设计条件：1、最大起重量F=120螺旋千斤顶设计计算说明书2kN；2、最大升距 H =160 mm。设计工作量：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；编写设计计算说明书一份。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 .21.6 螺杆强度计算 .21.7 稳定性计算 .
2、21.7.1 计算柔度 .21.7.2 计算稳定性 .22 螺母设计与计算 .22.1 选取螺母材料 .22.2 确定螺母高度 H及螺纹工作圈数 U.22.2.1 求螺母高度 H.22.2.2 螺纹工作圈数 U.22.2.3 螺母实际高度 H.22.3 校核螺纹牙强度 .2螺旋千斤顶设计计算说明书32.4 结构要求 .23 托杯的设计与计算 .24 手柄设计与计算 .24.1 手柄材料 .24.3 手柄直径 DP.24.4 结构 .25 底座设计 .2螺旋千斤顶设计计算及说明 结果螺旋千斤顶设计计算说明书41 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
3、。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角 =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 p 及其它尺寸。d2 hF根据国家规定 =1.22.5，取 =1.5（梯形螺纹） ；h=0.5p ；查教材表 5-12， p取 20Mpa，又由于 =1.52.5, 则P可提高20%，所以 P=(1+20%)20=24MPa。故，d 2 =46.1mmphF查机械设计手册，d
4、 取 46mm则 p=8mm， d1=37mmd2=42mm 1.4 自锁验算选梯形螺纹选 45 钢d=46mmp=8mmd1=37mmd2=42mm=4.285v=5.323螺旋千斤顶设计计算说明书5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=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(n p / d2)=arctan 1 6/(3.14 25.5) =4.285v=arctan（f/cos）=arctan 0.09/cos(30/2)=5.323故， v-1满足自锁条件1.5
5、 结构如下图（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=1.5p=7.5mm d4=36.5mmD13=(1.71.9)d=1.84
6、6=82.8mm(1.41.6)d=1.546mm=69mm0.25d=0.2546mm=11.5mmv-1满足自锁条件1.5t=7.5mmd4=36.5mmD13=82.8(1.41.6)d=69mm0.25d=11.5mmd+(610)=54mm螺旋千斤顶设计计算说明书6d+(610)=46+8=54mm1.6 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(5-47)，ca= 212431dTFA其中扭矩=35103tan(4.285+5.323) 42/2 Nmm=256839.4Nmm式中： 为螺纹中径处升角， v 为当量摩擦角。A=d/4=3
7、.14 37/4=1074.6查手册表 2-7，45 钢， =355MPas= = = =101.42MPa53s4.故， ca= 22375413501=87.12MPa=101.42MPa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，T=256839.4Nmm=355Mpas=101.42MPaca=87.12MPaca 满足强度条件2)tan(Tv螺旋千斤顶设计计算说明书7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
8、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矩 I 和 iI= = =9195164d37.4= =9.25mm1AIi（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度 llH+5t+(1.41.6)d=160+55+1.546=254mm(3)计算柔度查教材表 5-14， 取 2(一端固定，一端自由)s=l/i= =54.9140，所以需要进行稳定性校核。25.941.7.
9、2 计算稳定性（1）计算临界载荷 Fcr查教材公式 5-51，E =2.06105MPaFcr= =723694.8N22249106.13lI(2) 稳定性计算I=91951i=9.25mml=254mm =2E=2.06105MPas=54.91Fcr=723694.8N 螺旋千斤顶设计计算说明书8=6 2.5 41208.7394Fcr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。2.2 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
10、 = 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= up。2.2.1 求螺母高度 HH =d2=1.542=63mm2.2.2 螺纹工作圈数 u= =7.87510，符合要求pu863u = u+1.5=7.875+1.5=9.375u应圆整, u取 92.2.3 螺母实际高度 HH= up=6 2.5 4Fcr满足稳定性条件选青铜u=7.875u=9螺旋千斤顶设计计算说明书9=98=72mm2.3 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
11、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=0.65p=5.2为弯曲力臂， =（D-D 2）/2=3.3;ll查手册表 3-8，D=d+0.5=47mm, D 2=42mm查表 5-13， 取 35Mpa, 取 50Mpab故， =buF92.5471303=17.37MPa35 Mpa=uDbFl2 92.54713306=33.07Mpa50Mpa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。H=72mm17.37Mpa 33.07Mpa满足强度条件
