机械设计课程设计螺旋千斤顶设计说明书

螺旋千斤顶 设计计算说明书

院 系 机电工程系 专业年级 08机电六班 设 计 者 * * * 指导教师 * * * 成 绩

2011年 3月8日

目录

螺旋千斤顶设计计算说明书 ......................................................................... 错误！未定义书签。

螺杆的设计与计算 ................................................................................. 错误！未定义书签。

1.1螺杆螺纹类型的选择 ............................................................... 错误！未定义书签。 1.2选取螺杆材料 ........................................................................... 错误！未定义书签。 1.3确定螺杆直径 ........................................................................... 错误！未定义书签。 1.4自锁验算 ................................................................................... 错误！未定义书签。 1.5结构 ........................................................................................... 错误！未定义书签。 1.6螺杆强度计算 ........................................................................... 错误！未定义书签。 1.7稳定性计算 ............................................................................... 错误！未定义书签。 螺母设计与计算 ....................................................................................................................... 7

2.1选用螺母材料 ........................................................................... 错误！未定义书签。

2.2确定螺母高度?及螺纹工作圈数u ....................................................................... 8 2.3校核螺纹牙强度 ......................................................................................................... 8 2.4安装要求 ..................................................................................................................... 9 杯托的设计与计算 ................................................................................................................... 9

3.1杯托的尺寸与计算 ..................................................................................................... 9 手柄设计与计算 ..................................................................................... 错误！未定义书签。

4.1手柄材料 ................................................................................................................... 10

4.2手柄长度LP ............................................................................................................. 10

4.3手柄直径 ................................................................................................................... 11 4.4挡圈 ........................................................................................................................... 12

底座设计------------------------------------------------------------------------------------------------- 12

参考文献 ................................................................................................................................. 13

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一． 说明书一份 二． 任务书一份 三． 图纸一份

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千斤顶计算及说明

计算及说明 结果 1. 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。 梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30o，梯形螺纹的内外螺纹以锥面选梯形螺纹 贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定 1.2选取螺杆材料 螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。考虑到千斤顶转速选45钢 较低，单个作用面受力不大，选用45钢。 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t及其它尺寸。 F 根据：d2?0.8 ; ??p? 注：??1.2~3.5， 由于在此处为整体螺母，此处选??2； 由于条件为刚-青铜和低速，?p??18~25??a ，滑动速度为低速， F?45??取?p??20??a；. 345?10N d2?0.8??26.83mm； 2?20??a 根据GB/T5796.2-2005查表：取得d?30mm，D=31.00mm; P=6.00mm 由d2?D2?d?H1?d?0.5P， d=30mm 得P=6.34mm取标准值P=6.00mm，D=31.00mm d1=23.00mm d1=d-7=23.00mm,D1=d-P=30mm-6mm=24.00mm, D1=24.00mm d2=D2=d-0.5P=27.00mm d2=27.00mm 1.4自锁验算 D2=27.00mm 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

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角小1°。 f?arctanfv ，由机械设计第八版教材表5-12， ?≤?v?arctancos? 得f?0.08~0.10，取f?0.10（取启动时计算用最大值） snP1?6??arctan?arctan?arctan?4.05? ?d2?d23.14?27 f0.10?arctan?5.91? ?v?arctan f?v?arctan，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦 cos? cos?cos15??=4.05° 故，?=4.05??v?1??4.91? 所以自锁性得以保证。 1.5结构 ?v=5.91° 如右图一： 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，dk≥dp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0.2~0.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5P。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：退刀槽宽度为1.5P=9mm D13?(1.7~1.9)d?1.8?32?57.6mm

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1.5P?9mm D13?57.6mm 1.5d?48mm H1+H=292mm ’螺栓外径为： 0.25?32=8mm

(1.4~1.6)d?1.5d?48mm 图示H1+H=220mm+72mm=292mm ’’(H由后面计算得) 螺栓外径为0.25?32mm=8mm （此处设计所用数据为后面的校核数据） 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(5-47)，其中扭矩 ??Ftan(???v)? d2 2?45?103N?tan(4.05??5.91?)??106.68N?m27mm2 式中：?为螺纹中径处升角，?v为当量摩擦角。 查手册GB/T699-1999，得45钢的?s?355MPa，教材表5-13，安全系数为3~5，在此取3，得如下： ?????s3?355MPa?128.33MPa 3由上得，d1?23.00mm，故， ?ca?4F??T???????3???d2??0.2?d3? 1?1???= 22 T=106.68N?m ?s?355MPa ?? 3??2?4?45?103??3.14?23?10?3?????106.68??3?2??0.2?23?10?3??2????128.33MPa P=6mm d=32mm D=33.00mm d1=25.00mm D1=26.00mm d2=29.00mm D2=29.00mm H=58.00mm ??=132.32MPa>????128.33MPa 所以，应该取大一型号的螺纹，由GB/T5796.3-2005得 P=6mm; d=32.00mm,D=33.00mm; d1=25.00mm, D1=26.00mm; d2=29.00mm, D2=29.00mm; H=?d2=58mm 5

校核后，得： ?ca?4?45?103???3.14?25?10?3?????106.68??3?2??0.2?25?10?3??2???? 3??2 =109.13Mpa

2?293?10-3??93.76?40 ?s?-3i6.25?10?l 所以需要校核。 1.7.2稳定性计算 （1）计算临界载荷Fcr Fcr?113.56KN Fcr?2.52?2.5~4 F?2?I3.142?2.06?1011?1.92?10?8Fcr???113.56KN (?l)2(2?293?10?3)2（2）稳定性计算 Fcr113.56?103??2.52?2.5~4 3F45?10所以满足要求。 1.7.3挡圈参数选择 ①低端挡圈： 根据GB-T 892,由d=32得 ii D2?40 H2?5 L2?12 d2?6.6 d12?3.2 '' D2?40 c2?1 A3?12 7

②顶端挡圈: 根据GB-T 892，由D11?22.4 得 ii D3?32 H3?5 L3?12 d3?6.6 d13?3.2 '' c2?1 A3?12 2. 螺母设计与计算 2.1选用螺母材料 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。 螺母材料选青铜 ZCuSn10Pl 此题选青铜ZCuSn10Pl。 ' 2.2确定螺母高度?及螺纹工作圈数u 螺母高度???d2?2?29mm?58.00mm， H58??9.67，虑推刀槽的影响，设计螺母圈数 螺纹工作圈数u?P6 考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均匀， u'?u?1.5(u'应圆整)。 故u不宜大于10。 2.2.1求螺母高度H' ???d2?2?29mm?58.00mm 2.2.2螺纹工作圈数u H58 ??9.67 u? P6 u'?u?1.5?11.7 u'应圆整，u'取12。 2.2.3螺母实际高度H' H'?u'p?12?6mm?72mm 2.3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。必要时还应该对螺母外径进D3行强度验算。

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u?12 H'?72mm

2.3.1螺纹牙的剪切强度和弯曲计算 螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别： F?[?]; ?Dbu6fl?[?b] 螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为???Db2u螺纹牙危险截面的剪切强度条件为??（b--纹牙根的厚度，且b=0.65p；D——螺母的螺纹大径； l——弯曲力，l?D?D2) 2查表，b=0.65p（梯形螺纹），h=0.5p [?]取30?40MPa，[?b]取40?60MPa?[?] 故，?? ??11.14?30?40MPa??34.26?40?60MPa 皆满足要求 6fl6?45?103?(33?29)/2????34.26?[?b] 22?Dbu3.14?33?(0.65?6)?10 皆满足要求。 2.4安装要求 H8H8螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面的配合常采用或等配合。 r7n7 为了安装简便，需在螺母下端（图1-3）和底座孔上端（图1-7）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1-1），紧 定螺钉直径常根据举重量选取，一般6~12mm。 2.4.1螺母的相关尺寸以得：D=d+1=33mm D3?48mm 内螺纹小径D1?26mm D4?67.2mm F45?10??11.14MPa?[?] ?Dbu3.14?33?0.65?6?103H'?72mm a=18mm 9

D3?1.5d?1.5?32mm?48mm D4?1.4D3?1.4?48mm?67.2mm H'?72mm； a=（0.2~0.3）H'=0.25?72mm=18mm 3. 杯托的设计与计算 3.1杯托的尺寸与计算

结构尺寸见图。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，在杯托上表面制有切口的沟纹。为了防止杯托从螺杆端部脱落， 在螺杆上端装有挡板。 当螺杆转动时，杯托和重物都不作相对转动。因此在起重时，杯 托底部与螺杆和接触面有相对滑动，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。 F p??[p] 22 ?(D12?D11) 4 式中：[p]??许用压强，应该杯托与 螺杆材料[p]的小者。D10?78.4mm杯托用来承托重物，也可用Q235钢模锻制成，取材料为Q235。其Q235:[P]杯?225MPa；45钢：[P]杆?570MPa取[p]杆。 D11?22.4mm D13?57.6mmD12?54.6mm p?22.49MPa?[p] D10?(2.4~2.5)d?2.45?32mm?78.4mmD11?(0.6~0.8)d?0.7?32mm?22.4mmD13?(1.7~1.9)d?1.8?32mm?57.6mm D12?D13?(2~4)?57.6?3?54.6mmh1?(1.8~2)d?2?32mm?64mm故 合格 F杯托厚度： p??[p] 22??10mm ?(D12?D11)杯底厚度为： 41.3??13mm 沟纹宽度为： F45?103 p???22.49MPa?[p]221.5??15mm ?(D12?D11)3.14?(0.05462?0.02082)沟纹深度为： 44?/2?5mm 杯托厚度??8~12mm，此处取??10mm 杯托高度为： 57.6mm 杯底厚度为1.3??13mm；沟纹宽度为1.5??15mm； h1?64mm 沟纹深度为?/2?5mm；杯托高度为1.8*d=1.8*32mm=57.6mm； 为保证杯托可以转动，螺杆预警端的垫片与杯托底部留有间隙，间隙值为3~4mm，应为承受力不大，故值取为3mm。 手柄材料选择Q235 4. 手柄设计与计算 4.1手柄材料 10

常用Q235和Q215。选择Q235 4.2手柄长度LP 扳动手柄的力矩：K?L'p?T1?T2 则Lp?'T1?T2 K式中：K—加于手柄上一个工人的臂力， 间歇工作时，约为150~250N，工作时间较长时间为100~150N。考虑一般为间歇工作，工作的时间较长机会不多，故取为200N。 T1——螺旋副间的摩擦阻力矩， T1?Ftan(????)?d2 229T1?45?103tan(4.05??5.91?)??10?3?114.58N?m 2 T2——杯托与轴端支承面的摩擦力矩， T2?(D12?D11)fF/4。（f查手册取0.06） T2?（54.6?22.4）?0.06?45/4?51.96N?m 则Lp?' T1?114.58N?m T?51.96N?m Lp?961.5mm T1?T2114.58?51.96??832.7mm K200 D13尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上+（50～150）mm。 2 手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。因此， '手柄实际长度Lp?Lp?57.6/2?100?961.5mm 4.3手柄直径 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 dp=26mm KLp≤[?]F ?F?3 0.1dp ?3 KLp200?961.5?10故 dp≥3= 3?25.21mm 0.1[?]F0.1?120?106 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

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dp取26mm 式中：[?]F——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q235时，[?F]=120Mpa。 4.4挡圈 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1―6），并用螺钉或铆合固定。 手柄直径为26mm，根据GB891-86查得 5. 底座设计 底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1―7），铸件的壁厚δ不应小于8～12mm，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1∶10的斜度。图中 S=（1.5~2）δ=1.5*15=22.5mm H1=H+（14～28）mm=200+20=220mm H'?a?72?18?54mm D3?48mm D6=D3+（5～10）mm=48+5=53mm

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HT150底座材料外形1:10斜度 S=22.5mm H1=220mm H-a=54mm D6=53mm D7= 108mm D8=200.8mm

D7=D6+H1=53+220/4=108mm 5 4F4?45?10310822?D7=D8=?()?200.8mm 6π[?]p1000π?2?10式中：[?]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取[?]p=2~2.5MPa。 参考文献： 1. 濮良贵，纪名刚，机械设计.八坂.北京：高等教育出版社，2009 2. 成大先，机械设计手册.单行本.北京：化学工业出版社，2004 3. 机械工程师手册编委员会，机械工程师。3版.北京：机械工业出版社，2007 13

4. 朱辉，槽桄，画法几何及工程制图.六版.上海：上海科学技术出版社，2007 5. 王佰平，互换性与测试技术测量.二版.北京：机械工业出版社，2008 6. 吴综泽，罗圣国，机械设计课程设计手册.三版.北京：高等教育出版社，2009 14

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