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 级机制 3 班设 计 者 吕明浩学 号 222012322220134指导教师 李华英成 绩2014 年 10 月 1 日0螺旋千斤顶设计任务书学生姓名 吕明浩 专业年级 2012 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 = 20kN；2、最大升距 H =150 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： 2014 年 10 月 1 日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，
2、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。2螺旋千斤顶的设计步骤如下：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，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
3、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 p，使其小于材料的许用压力p。（文献：机械设计）22phHdFPuA由于 ，所以有 ；（文献：机械22设计）对于等腰梯形螺纹， ，有 ，Ph5.08.02pFd一般取 1.23.5,所以此处 取 1.9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p取为10MPa。牙形角 =30 的单
4、线梯形螺纹螺杆材料：55钢=1.9p=10MPa31.4 自锁验算螺杆螺纹中径 ，md95.210.82根据求得的此螺纹中径，查表 GB/T5796.22005 和表GB/T5796.32005 有：(文献：机械设计手册)公称直径 ，螺距 ，螺杆小md32P10径 ，螺杆中径11，螺母大径d95.752 ，螺母小径D3，螺母中径m2101，螺母高度d72，旋合圈数H3.59.。（ 圈 ）圈 10)(6Pu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，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小 1） 。（文献机械设计）ffarctnosarctn
5、: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。 26.54.3arctnarct2dP98.7.01rtosrtnf螺杆尺寸：P=10mmmd32172螺母尺寸： D31md272H.56u152/7.0f.74至少为 ，所以有 ，符898.8.7合自锁条件。98.符合自锁条件51.5 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 0.5mm。由后面的计算可知手柄的直径
6、=25mm，所以 。mk8.26.0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 0.20.5mm。6.2.014退刀槽的宽度可取为 1.5P=15mm。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) ，mHD5,4挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000) 固定在螺杆端部。16Mmv30k8.26d.041.5P=15mm mHD5,416M61.6 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)
7、，其中扭矩，式中 为螺纹中径处升角，2)tan(dFT为当量摩擦角。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（文献机械设计）)4(1212dTFAcaF（N）螺杆所受的轴向压；A （ ）：螺杆螺纹2m的危险截面面积； （ ）：螺杆螺纹段的抗扭截TW2面系数； （mm）螺杆螺纹小径；T（ ） ；1dN(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 ，所以其许MPas90用应力 ，由于千斤顶的载荷是稳定的，许用53s应力取最大值有 。Pas309计算： mNdFT 57.83 27)98.26.7tn(2)tan(则有：
8、 MPadTFAca 802.6)4(31212，符合强度MPaca80.6计算的条件。MPas90Pa30，符合强ca度计算的条件。71.7 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41dAi面的轴惯性矩)，当螺
9、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 ，E（MPa）：螺杆材料的拉2)(lIFcr压弹性模量， ;I（ ）：螺杆危MPa5106.4m险截面的惯性矩， 。4dI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。因此 。60.mPdHl 248153.150).( ； NFcr 96.7)2486.0(6/1.352，所以经过计算螺杆scrs SS5.913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。
10、MPaE5106.260.lNF9146.2785，所以螺杆scS稳定。螺母材料：45 钢82.2 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，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= u t。，md5.672.2，实际螺纹圈数)(10567圈P，实际螺母高)(9.8. 圈u度 。m9H 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： m56.7.)8.16(3 731344Ha0/93/ 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，所以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：b（mm）：螺纹牙62l根部的厚度，对于梯形螺纹 ;mP5.610.65.0l(mm):弯曲力臂， ；l 327mH5.67)(圈u9圈 m0HmD56374a30b5.6l3
