1、- 1 - 螺旋千斤顶作业任务书 姓名 专业 机械设计制造 年级 班级 设计完成日期 2012 年 11 月 25 日 指导教师 一、题目：螺旋千斤顶 原始数据:（请在指定的设计方案编号后划） 题目 设计方案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 最大起重量 )(kNF 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 最大起升高度 )(mH 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 二、机构简图 寸 AA 图 1 三、工作量 1、总装配图一张； 2、计算说明书一份。 四、参考资料 螺旋千斤顶设计指导书 机械设计 大型作业 编号 06 - 2
2、 - 目录 1、选题及设计方案-3 2、设计目的-3 3、螺旋千斤顶计算说明书-4 3.1 螺杆的设计与计算-4 3.2 螺母的设计与计算-6 3.3 螺杆稳定性验算-8 3.4 托杯的设计与计算-8 3.5 手柄设计与计算-9 3.6 底座设计与计算-11 3.7 千斤顶的效率-12 4、参考资料-12 - 3 - 选题及设计方案 题目 螺旋千斤顶 方案 最大起重量 )(kNF最大起升高度 )(mH 6 45 200 设计目的 1、熟悉螺旋千斤顶的的工作原理与设计计算方法； 2、运用所学的知识解决设计中所遇到的具体实际问题，培 养学生独立工作能力，以及初步学会综合运用所学知识解决材 料的选择
3、、强度和刚度计算、制造与装配工艺等方面的问题； 3、熟悉有关设计资料，学会查阅手册和运用国家标准； - 4 - MPa43.10 螺旋千斤顶计算说明书 计 算 及 说 明 结 果 螺旋千斤顶主要零件有螺杆、螺母、托杯、手柄和底座。 设计的原始数据：最大起重量 F=45kN，最大起升高度 H=200mm。 螺旋千斤顶设计步骤如下： 1、螺杆的设计与计算： (1)螺纹的牙型 选用矩形螺纹，采用内径对中配合选择 H8/h8，在计算强度时 不考虑螺纹的径向间隙。 (2)材料 选用 45 钢。 (3)螺纹直径 螺杆工作时，同时受压力和转矩的作用，因此它 的计算可近似按紧螺栓连接的计算公式求出螺纹内径，即
4、： 3.141Fd 式中 为螺杆许用压应力，经查阅，45 钢的屈服极限 ，取安全因素 S=4，得：MPa35s 。MPaSs43.10 md0.127. 541 对于矩形螺纹，先根据经验公式求得螺距 P 的近似值 =6.775mm，然后参照梯形螺纹标准，取 P=6mm。 螺纹牙41P 高度 h=P/2=3mm。 故螺杆直径 ： mdP110.360.27 圆整后取数 d=36mm。 。 原始数据： F=45kN H=200mm 矩形螺纹 配合 H8/h8 材料 45 钢 h=3mm d=36mmmd301 - 5 - (4)自锁验算 当量摩擦角 2cosartn 由于螺杆和螺母的材料分别选用
5、45 钢和锡青铜， 故取 （0.080.10 ） ，又因为矩形螺纹牙顶角 ，10. 0 所以求得 71.50cos.artn 螺纹中径 md321 螺纹中径升角 314.6arctnarct2P 满足 1 所以，满足自锁条件，自锁可靠。 (5)螺杆结构 螺杆上端用于支承托杯和在其中插装手柄，因此需加大直 径，其结构见图 1。 手柄孔径 根据手柄直径 确定， mm（见手kdpd5.0pkd 柄的设计与计算） 。 为了便于切制螺纹，螺杆上应有退刀槽，退刀槽的直径应比 1d 71.5m3d24.1 满足自锁条 件 退刀槽 图 1 - 6 - 小约 0.20.5mm（选取 0.5） ，宽度为 1.5P
6、=1.5 6=9mm。 所以，退刀槽尺寸为： 5.29 为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应设计倒角，尺寸为 C2。 为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆的下端必须安置钢制 挡圈，挡圈用螺钉固定在螺杆端部。 挡圈直径为 d0=d+5=41mm 挡圈厚度 612mm 选取 8mm 螺钉直径为 d=0.25 36=9mm 选用 GB/T68-2000 M10 45 开槽沉头螺钉。 (6)强度校核 螺杆工作时承受轴向压力 F 和转矩 T 的联合作用，根据第四 强度理论求出其危险截面的当量应力,令其满足 )2.0(3431212 dd）（ 其中， T= =45 33/2 tan( )tan(2dF7.5
7、4. =117.93(N m) a06.3.0291703.4522 MP）（）（ =101.43MPa 因此强度符合要求。 2、螺母的设计与计算 (1)材料 选用锡青铜 牌号 ZCuSn10Pb1 (2)螺纹圈数 Z 和螺纹高度 H 螺纹圈数 Z 和螺母高度 螺母的螺纹圈数通常根据螺纹牙 间压力条件求出，即 d2phF 5.29 挡圈 d0=41mm h0=8mm 螺钉 M10 45 强度符合要 求 材料 锡青铜 a06.74MP - 7 - 式中，螺纹中径 ；螺纹牙高度 h=3mm； 螺纹牙表m32d 面许用压强取 P =25MPa(1825MPa)，带入求得 78.52340Z 故取 Z
8、=6。满足 Z 。考虑到退刀槽，实际螺纹圈数 1 =6+1.5=7.5 螺母高 = P=7.5 6=45mmH 螺母尺寸参照图 2。 其中 （系数取 1.611）mdD58).16( （系数取 1.310）764.31Ha15 (3)螺母与底座的配合 螺母压入底座上的孔内，圆柱面配合采用 H8/n7。螺母下端和 底座孔上端均加工出倒角，倒角尺寸为 C2。同时安置紧定螺钉防 止螺母转动，紧定螺钉选(M6 M12)，根据起重 45kN 取 GB/T711985 开槽锥端紧定螺钉208 Z=6 =45mmHmD5876 1a5 紧定螺钉 208M 图 2 - 8 - 3、螺杆稳定性验算 螺杆稳定的条
9、件为 scrsSF 式中， 为螺杆稳定性计算安全因数； 为螺杆稳定性安全scSs 因数（ ）, 为螺杆的临界载荷。45.2cr 螺杆的长细比 il 其中，长度系数 ；2 螺杆最大受压长度 l 可按将重物举到最大起升高度后，托杯底 面到螺母中部的高度计算，即 280mm (系数取 1.514)dHl )6.14(2/ 危险截面惯性半径 =7.5i 因此， 7. 对于 的淬火钢85kNdFcr 59.18402.1352 进而可得 6.25.Scrs 螺杆稳定性安全因数 4.S 所以，螺杆稳定合格。 3、托杯的设计与计算 (1)材料 碳钢 Q235 模锻制成 (2)托杯结构见图 3。 取壁厚 m1
10、0 托杯高度 （系数取 1.556）dh56).(1 0m82l 螺杆稳定 材料 Q235m10h56 - 9 - 其中 （系数取 0.611） ；m2)7.06(2dD （系数取 2.444） 。8543 为了使其与重物接触良好，防止重物滑动，在托杯上表面制 出 切口和沟纹。 为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装置挡板，挡 板尺寸 ，螺钉选用 GB/T57832000 六角头360 25M 全螺纹螺栓。直径 的配合取 H11/a11。2D 当螺杆转动时，托杯和重物都不转动。因此，在起重时， 托杯底部与螺杆的接触面间有相当滑动。为了避免过快磨损，一 方面需要润滑，另一方面要限制接触面间的
11、压力，取许用压力为 P=18MPa(1520MPa)，由此可确定托杯直径 为4D mPFD56.042 故选择 14 4、手柄设计与计算 (1)材料 Q235 (2)手柄长度 见图 5。pL 扳动手柄的转矩 必须克服螺纹副的螺纹力矩 和K1T mD283 螺钉 25 配合 H11/a11mD61 4 材料 Q235 图 3 - 10 - mNT025.69317 bpdKL1.0331.0bppKLd则 螺杆与托杯间的摩擦力矩 ，2T 即 ，则21KLpKTLp21 式中，K 为施加于手柄上的臂力，间歇工作时约为 150250N。 m93.172)tan(1 NdFT 0564422D 在有润
12、滑的条件下 。8.05. 手柄长度应满足 =0.725m(K 取 240N)TLp21 考虑螺杆头部尺寸及手握长度，取手柄实际长度 =800mm(选取 64mm)150(2DLpw 不应超过千斤顶的最小高度，所以将手柄的实际长度改为 300mm，另外加套筒，套筒长 500mm。 (3)手柄直径 p 把手柄 看成一个悬臂梁， 按弯曲强度 确定直径 ，其pd 强度条件为 Lp7. mLw80图 4 - 11 - 式中， 为许用弯曲应力， 120MPabb 求出 mdp72.4 则取 p5 则螺杆设计计算中的手柄孔径 mdpk.2.0 (4)手柄结构 手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在
13、手柄 两端应加上挡环，并用螺钉或铆钉固定，其结构见图 5。 挡环 m9dp340 厚度 8h 沉头螺钉 /p)( 所以选择 GB/T68-2000 M8 20 开槽沉头螺钉 6、底座设计与计算 (1)材料 铸铁 HT100 (2)尺寸设计，见图 6。 mdp25k. 挡环 md340h8 沉头螺钉 M8 16 材料 铸铁 HT100 =10mm 锥度 1：5 图 5 - 12 - 铸件的壁厚 =10mm。为了增加底座的稳定性，锥度按 1：5 设计，各部分尺寸如下 （取 20mm）m)(H208141 （取 8mm）D655/186 mFp96.54267 76mm 取 84.1mm 时满足锥度要求。18D 式中， 为底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取p 22.5MPa。p 7、千斤顶的效率 =0.247（一般 ）)(221TFP 3.0 符合要求。 m201HD6458m9.17 =84.1mm8D247.0 符合要求 参考资料： 1 张策 机械原理与机械设计 北京机械工业出版社 2010.5 - 13 - 2 亢一澜 材料力学 北京高等教育出版社 2008.3 3 中国机械工程学会 中国机械设计大典 江西科学技术出版社
