螺旋千斤顶设计西南大学课程设计

学生姓名 专业年级 设计题目： 设计螺旋千斤顶 设计条件： 1、最大起重量F = 40 kN； 2、最大升距H =190 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： 20 年 月 日 说明：1.此表由指导教师完成，用计算机打印（A4纸）。

2.请将螺旋千斤顶设计任务书装订在螺旋千斤顶设计计算说明书的第一页。

本科课程论文

学 专 年 学 姓 指 导成

题 目螺旋千斤顶设计

院 工程技术学院

业 机械设计制造及其自动化 级 号 名 教 师 绩

目录

1、选题及设计方案-------------------------------------------------------------------2 2、设计目的--------------------------------------------------------------------------------2 3、螺旋千斤顶计算说明书------------------------------------------------------3

3.1螺杆的设计与计算-----------------------------------------------------------4 3.2螺母的设计与计算-----------------------------------------------------------8 3.4托杯的设计与计算----------------------------------------------------------10 3.5手柄设计与计算--------------------------------------------------------------12 3.6底座设计与计算-------------------------------------------------------------14

4、参考资料------------------------------------------------------------------------------15

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选题及设计方案

题目 方案 5 螺旋千斤顶 最大起重量F(kN) 40 最大起升高度H(mm) 190

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、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；

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计算项目 计算及说明 1.螺杆的设计与计算 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α=30º，梯形1.1螺杆螺纹类型的选择 螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.1—2005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牙形角α=30º的单线梯形螺纹。 1.2选取螺杆的材料 螺杆材料常用Q235、Q275、45、50等。 在此选用的是50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]。 螺杆材料：50钢 牙形角α=30º的单线梯形螺纹 计算结果 pFFFP[p]Ad2hud2hH F(KN):作用域螺杆的轴向力 A(mm)螺纹承压面积 1.3确定螺杆直径 2d2（mm）螺纹的中径 h（mm）螺纹的高度 P（mm）螺纹的螺距 H（mm）螺母的高度 由于=1.8 [p]=18MPa HFP，所以有d2； d2h[p]对于等腰梯形螺纹，h0.5P，有d20.8F，一般取1.2~3.5,所以此处取1.8 [p]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18MPa。 3

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计算项目 计算及说明 螺杆螺纹中径d20.8计算结果 4000028.109mm 1.818螺杆尺寸： 根据求得的此螺纹中径，查表GB/T5796.2—2005和表GB/T5796.3—2005有： 公称直径d32mm，螺距P6mm， 螺杆小径d1d725mm 螺杆中径 螺母大径 螺母小径D1d1032626mm 螺母中径 D2d229mm螺母高度Hd21.82952.2mm d32mm P6mm d2d329mm28.109Dd132133mmd125mm d229mm 螺母尺寸： D33mm D126mm D2d229mm H52.2mm u9 H52.28.79(圈) 旋合圈数uP61.4自锁验算 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=arctanv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°）。 arctanf arctanfcos f:当量摩擦系数；f：摩擦系数；：牙侧角， /215。 摩擦系数f由查表可知，f0.11~0.17，由于千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。 /215 arctanarctan3.77 d23.1429f0.17arctanarctan9.98 cos15至少为8，所以有3.779.98，符合自锁条件。 5

nP16f0.17 3.77 9.98 符合自锁条件

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计算项目 计算及说明 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。由后面的计算可知手柄的直径dp=30mm，所以dk300.830.8mm。 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。计算结果 d4d10.424.6mm。 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)挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)D50mm,H5mm，dp30mm dk30.8mm M616固定在螺杆端部。 d424.6mm 1.5P=9mm D50mm H5mm D31.83257.6mm58mm 1.5结构（见图1―2） M616 7

计算项目 计算及说明 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)，其中扭矩计算结果 TFtan()d2，式中为螺纹中径处升角，2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： ca232()23(FAT2)[]或WTs375MPa ca14TF23()2[] Ad1F（N）螺杆所受的轴向压；A（mm）：螺杆螺纹2[]125MPa 的危险截面面积；WT（mm）：螺杆螺纹段的抗扭截1.6螺杆强度计算 面系数；d1（mm）螺杆螺纹小径；T（Nmm）；[](MPa)：螺杆材料的许用应力，由前面可知螺杆的材料是50号钢，查表得其屈服强度s375MPa，所以其许用应力[]2s3~5 ，由于千斤顶的载荷是稳定的，ca114.34MPa 符合ca[]，强度计算的条件。 许用应力取最大值有[]计算：s3375125MPa。 3d29TFtan()240000tan(3.779.98) 22141925.097Nmm则有：1F23(4T)2114.34MPa caAd1ca114.34MPa[]125MPa，符合强度计算的条件。 8

计算项目 计算及说明 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λs有关，λs=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l＝H+5P+(1.4~1.6)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Id1(I为螺杆危险截面A4计算结果 E2.06105MPa 的轴惯性矩)，当螺杆的柔度λs＜40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。 2EI临界载荷Fcr，E（MPa）：螺杆材料的拉压(l)254弹性模量，E2.0610MPa;I（mm）：螺杆危险0.60 1.7稳定性计算 截面的惯性矩，I d1464。 l274mm 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0.60。 F1505442.38N lH(1.5)d5P1901.53256268mm SscSs，所以螺杆稳定。 Fcr 3.142.06103.1425/641505442.38N2(0.6268)254Ssc稳定。 Fcr37.62.5~4Ss，所以经过计算螺杆F 9

算项目 计算及说明 2. 螺母设计与计算 计算结果 螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的2.1选取螺母材螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴料 氏合金。该千斤顶螺母材料采用ZQA19-4-4-2铸 铝青铜。 H螺母高度H=φd2，螺纹工作圈数u，考虑退P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2.2确定螺母算：H= ut。 高度H及螺纹工作圈数u 螺母材料：ZQA19-4-4-2铸铝青铜 H52.2mm u8.7(圈) u'10(圈) Hd21.82952.2mmH52.2u8.7(圈)， P6实际螺纹圈数 uu1.58.71.510.210(圈)''实际螺母高度HuP10660mm。 ' H'60mm 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1―3。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。 如图有： D3(1.6~1.8)D1.73356.156mm D4(1.3~1.4)D31.355675.676mm 2.3校核螺纹牙强度 aH'/360/320mm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，股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D356mm D476mm F，并作ua20mm 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 F[]Dbu 10

计算项目 条件为计算及说明 螺纹牙危险截面的弯曲强度 计算结果 6Fl[b]。式中：b（mm）：螺纹牙2Dbu根部的厚度，对于梯形螺纹b0.65P0.6563.9mm; DD237265.5mm； l(mm):弯曲力臂，l22[]（MPa）螺母材料的许用切应力，螺母材料为 ZCuAl10Fe3铸铝青铜，查表可知：[]0.6[]0.6s3~50.625050MPa；3b3.9mm [b]（MPa）：螺母材料的许用弯曲应力，查表可知： l5.5mm [b](1.0~1.2)[]1.2s100MPa。 s250MPa 3~5计算：F400008.828Mpa[]，Dbu3.14373.910符合剪切强度条件； 2.3校核螺纹牙强度 []50MPa [b]100MPa6Fl6400005.574.699MPa[b]Db2u3.14373.9210 []，符合剪切强度条件。 ，符合弯曲强度条件。 [b]，符合弯曲强度条件。 11

计算项目 计算及说明 螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用H8H或8等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图r7n71―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，一般为6～12mm。 紧定螺钉选择的是（GB/T71—1985）M820. 计算结果 2.4螺母与底座孔配合 紧定螺钉：M820 计算项目 计算及说明 托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图1―4。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。 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。 计算结果 托杯材料：Q235 p3. 托杯的设计与计算 F22(D12D11)4≤[p] 10mm 螺杆：[p]=380MPa 托杯：[p]=235MPa 如图计算各尺寸： 厚度10mm； [p]为许用压强，取托杯和螺杆材料[p]中较小的一个，螺杆[p]=375MPa，托杯[p]=235MPa； D1120mm D1226mm D1255mm D11(0.6~0.7)d0.63219.220mm 4F2D1126.47326mm [p]D12根据结构D1255mm， 所以进行强度计算有： p[p]，满足强度条件。 12

pF44000016.352MPa[p]235Mpa2(DD11)3.14(552202)4212满足强度条件。 13

计算项目 计算及说明 4. 手柄设计与计算 计算结果 4.1手柄材料 常用Q235和Q215。该千斤顶采用的是Q215。 板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T2，则Lp手柄材料：Q215 T1T2式K中：K——加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时， 约为150～250N，工作时间较长时为100～150N。 dT1——螺旋副间的摩擦阻力矩，T1 Ftan(v)2。2T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2 = (D12+D11) fF/4。 T1——螺旋副间的摩擦阻力矩， 1Ftan(v)TT2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) fF/4。 dT1 Ftan()2240000tan(3.779.98)d2。2T1151713.035Nmm31151713..035Nmm2 手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，T2考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应D加上13+（50～150）mm。手柄实际长度不应超过千24.2手柄长度Lp 斤顶，使用时可在手柄上另加套管。 T2(D12D11)fF/4 81600NmmLp1167mm (2622)0.1740000/481600NmmLp151713.035816001166.571167mm200 Lp1282mm '手柄的实际长度是 D30' LpLp13(50~150)11671001282mm22 14

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计算项目 计算及说明 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F计算结果 KLp0.1d3p≤[]F 或为 dp≥3KLp0.1[]F 式中：[]F——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，[]F=120Mpa。 计算：dp3KLp0.1[]F3200128227.75mm 0.1120所以手柄的直径dp30mm。 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。因为手柄的精度要求不高，如图计算选用的螺钉为（GB/T68-2000）M844,而挡环尺寸为D=38mm，厚H=5mm。 4.3手柄直径dp []F=120Mpa。 dp30mm 螺钉：M844 挡环尺寸：D=38mm，厚H=5mm。 16

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计算项目 计算及说明 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：H1190(14~28)19020210mm 计算结果 D6D3(5~10)56763mm D7D6H121063105mm 55D84F2D7（[]p为底座下枕垫物[]p10mm 的许用挤压应力。对于木材，取[]p2~2.5MPa） 计算：H1210mm D663mm D7105mm D84F2D7[]p5. 底座设计 4400001052202.48mm202mm3.141.8D8202mm []p2.5MPa 18

参考资料

[1]杨玲.螺旋千斤顶作业指导书.西南大学工程技术学院,2009. [2]濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.高等教育出版社,2006. [3]郭爱莲.新编机械工程技术手册.经济日报出版社,1992. [4]邱宣怀.机械设计（第四版）.高等教育出版社,1997.

[5]吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册(第三版). 高等教育出版社,2006. [6]简单千斤顶设计说明书.浙江大学,2008.

[7]大连理工大学工程画教研室.机械制图. 高等教育出版社,2003.8.

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