1、1螺旋千斤顶设计专业：机械设计制造及其自动化班级：C08 机械（1）班学号：081309108姓名：贺建波指导老师：章海2010年 10月2目录第一章 设计题 目及材料选择 .21.1 设计要求 .21.2 主要零件的常用材料 .21.3 千斤顶示意图 .2第二章 螺杆的设计计算 .32.1 螺杆材 料及牙型选择 .32.2 耐磨度的计算 .32.3 验证螺纹的自锁条件 .42.4 螺杆强度的校核 .42.5稳定性计算 .52.6 螺杆其他结构设计 .6第三章 螺母的设计计算 .73.1 确定螺母高度 H 及螺纹工作圈数 u.73.2 校核螺纹牙强度 .73.3 螺母的其他设计要求 .8第四章
2、 托杯的设计与计算 .9第五章 手柄的设计和计算 .105.1 手柄的材料 .105.2手柄的长度 .10pL5.3 手柄直径 d 手柄 .105.4 手柄结构 .11第六章 底座的设计 .116.1 底座的材料 .116.2 底座数据计算 .11参考文献： .113第一章 设计题目及材料选择1.1 设计要求设计简单千斤顶的螺杆和螺母级其他结构的主要尺寸。起重量为 40000N，起重高度为200mm，材料自选.。传力螺旋传动要求以小的扭矩产生较大的轴向推力，一般为间歇性工作，每次的工作时间较短，工作速度也不高，通常有自锁能力，所以千斤顶设计采用此结构。1.2 主要零件的常用材料（1 ）螺杆材料
3、选择：45 号钢，采用带有外螺纹的杆件（2 ） 螺母材料选择：青铜，带有内螺纹的构件（3 ）底座材料选择：灰铸铁 HT200，带 1：10 斜度（4 ）托杯材料选择：灰铸铁 HT200（5 ）手柄材料选择：2351.3 千斤顶示意图 托 杯 手 柄螺 母 底 座螺 杆4第二章 螺杆的设计计算2.1 螺杆材料及牙型选择选用 45 号钢，螺杆螺纹类型选择梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角=30 0，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 GB5796.186 的规定。2.2 耐磨度的计算滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。其中最主
4、要的是螺纹工作面上的压力，压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。因此，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 。假设作用于螺杆的轴向力为（N） ，螺纹的承压面积（指螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积）为 A（ ） ，螺纹中径为小（ ） ，螺纹工作高度为 H（2mm） ，螺纹螺距为 P（ ） ，螺母高度为 D（ ） ，螺纹工件圈数为 uH/P 。则螺m纹工作面上的耐磨性条件为：（书本 5-41）22FFppdhuH令 ，则 代入上式得： （书本 5-42）2/Hd22Ph对于梯形螺纹， ，则： （书本 5-43）0.5hP20.8Fdp取 ，对钢
5、-青铜螺旋副 ， ,1.2pMa.08.1f.2代入数据得： ， 2640.832.71dm根据梯形螺纹国家标准摘自（B/T 5796.3-1986）选取螺纹为 Tr36 7,其基本参数为：， , , , ，36m2D39d130D47m6p计算螺母的螺纹圈数，并求出高度 =2H.9.6螺纹工作圈数 ，取 =710, 满足设计要求9.6u10pu742Hnm52.3 验证螺纹的自锁条件千斤顶有自锁要求，自锁条件为： 其中 v2arctnPdarctnosvf式中： 为螺纹升角； 为摩擦系数； 为牙侧角f取 ， 代入计算得: 0.8f152;26arctnarct3.13.4Pd0.8arctn
6、arctn4.73osos15vf因为 ，故满足自锁条件v2.4 螺杆强度的校核螺杆工作时承受轴向压力和扭矩 T 的作用。螺杆危险截面上既有压缩应力；又有切应力。根据第四强度理论求出危险截面的计算应力 ，其强度条件为：ca或 （书本 5-22233ca TFAW 22143dcaTFA47）其中螺杆所受的扭矩 ，2tan()vdNm式中：A 螺杆螺纹段的危险截面面积； ； 螺杆螺纹小径，214d1m螺杆螺纹段的抗扭截面系数， ，TW3T6A3螺杆材料的许用应力，MPa强度校核：342 10tan()tan(.473)8.22vdTF Nm22 426 314 .3 6.d.9.01901ca
7、MPaA 63518.sMPa，因此满足强度要求。ca2.5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。sc=rsFS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41dAi惯性矩)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。2.5.1计算柔度（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩 I 和 i4413.
8、29I6d1294di（2 ）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度 l5.2056.328lHPd(3) 计算柔度查教材，=2(一端固定，一端自由) 5.01EMPa3284107.47.5sli2.5.2稳定性计算（1 ）计算临界载荷 Fcr2254cr 23.14.069718.0()(8)EIFl7所以： ，满足稳定性要求。418.70.68crsFS2.6 螺杆其他结构设计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 的kd大小根据手柄直径 dp 决定， dkdp 十 0.5mm。为了便于切制螺纹，螺纹上端设有退刀槽。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角
9、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，挡圈用螺钉固定在螺杆端部。8第三章 螺母的设计计算螺母材料一般可选用青铜，耐磨性较好。3.1 确定螺母高度 H 及螺纹工作圈数 u螺母高度 H= d2（H 应圆整为整数）螺纹工作圈数 ，考虑到螺纹圈数 u 越多，tH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。3.2 校核螺纹牙强度螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。如图 5-44 所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径 D 处展开，则可看作宽度为 D 的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为 ，并作用在以螺纹中径
10、 为直径的圆周/Fu2D上，则螺纹牙危险截面 aa 的剪切强度条件为 Fbu9螺纹牙危险截面 aa 的弯曲强度条件为： 26bFlDu式中：b螺纹牙根部的厚度， mm，对于梯形螺纹，b0.65P, P 为螺纹螺距； 弯曲力臂； mm 参看图 5-44 , l2=(D-)/螺母材料的许用切应力，MPa螺母材料的许用弯曲应力，MPa，其余符号意义同前。代入数据计算得：b（ ）41012.963.6.57FDu =304， （ ）42 26(3)/. blb -6b满足设计要求:螺母的其它尺寸根据图中经验设计尺寸确定，具体尺寸数据如下：=40mH40a=13.H31.5.3654Dm42.57.6D
11、m3.3 螺母的其他设计要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用 配合。为了安装简便，需在78rH螺母下端（图 4）和底座孔上端（图 6）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，底座与螺母用紧钉螺钉固定，根据举重量选取紧定螺钉直径常为10 。10第四章 托杯的设计与计算托杯用来承托重物，选用用 Q235 钢模锻制成，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。其经验设计结构尺寸见图 5，具体设计计算尺寸如下：102.52.368.Ddm68072.41.3.2托杯高度， 12+95+=1h托 杯当螺杆转动时，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。p21()/4FpD式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p 的小者。校核： 42 21 1018.5()/43.(58.)/Fp MPaD铸铁的许用压强p55a；故 pp,满足压力强度要求。
