1、螺旋千斤頂設計計算說明書院 系 專業年級 設 計 者 指導教師 成 績 2016年 11月 目錄1設計任務書41.1 設計題目：設計螺旋千斤頂（參考下圖a）41.2 原始數據41.3 設計工作量41.3.1 繪制出總裝配圖一張41.3.2 編寫設計計算說明書一份42計算內容和設計步驟52.1螺桿的設計與計算52.1.1 螺桿螺紋類型的選擇5選取螺桿材料5確定螺桿直徑5自鎖驗算6結構設計6螺桿強度計算7穩定性計算82.2螺母設計計算9選取螺母材料9確定螺母高度及工作圈數9校核螺紋牙強度9螺母與底座孔配合112.3托環的設計與計算11托杯材料的選擇11結構設計11接觸面強度校核122.4手柄的設計

2、計算13手柄材料的選擇13計算手柄長度13手柄直徑的確定14結構142.5底座設計15選擇底座材料15結構設計15底座設計計算153.關于螺旋千斤頂結構設計等的補充說明17參考文獻：17設計計算說明書1設計任務書1.1 設計題目：設計螺旋千斤頂（參考下圖a）1.2 原始數據最大起重量F=50kN最大升程 H=210mm1.3 設計工作量 繪制出總裝配圖一張(參考下圖b)，標注有關尺寸，填寫標題欄及零件明細表。 編寫設計計算說明書一份(包括封面、目錄、設計任務書、計算內容和設計步驟、參考資料等)。 （a） （b）計 算 及 說 明結 果2.1螺桿的設計與計算 螺桿螺紋類型的選擇選擇梯形螺紋，牙型

3、角=30,梯形螺紋的內外螺紋以錐面貼緊不易松動；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的規定。選取螺桿材料螺桿材料的選擇螺桿材料常用的有Q235、Q275、40、45、55鋼，由于是承受輕載荷，選擇45鋼，查手冊表2-7得 ；查表5-13取安全系數S=4，則；螺母材料選用ZCuA19Mn2,查表確定需用壓強P=15MPa.。 確定螺桿直徑按耐磨性條件確定中徑計算過程： 滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p，使其小于材料的許用壓力p。由于，所以有；對于等腰梯形螺紋，有，一般取1.23.5,所以此處取2.5。帶入設計公式，得 0.8500002.5×1537.71m

4、m按國家標準查手冊表3-7和3-8選擇公稱直徑和螺距為：公稱直徑d=40mm螺距P=7mm螺桿小徑 =d-8=32mm螺桿中徑=d-3.5=36.5mm>30.984mm自鎖驗算自鎖驗算條件是y為螺紋中徑處升角；:當量摩擦系數；：摩擦系數；rv為當量摩擦角：牙側角，3。摩擦系數由查表5-12可知，由于千斤頂的運動速度是很低的，所以摩擦系數按起動時取最大值0.10。=arctan=3.6960經驗算，滿足自鎖條件。結構設計根據圖1-2進行螺母的結構設計（1）螺桿上端用于支承托杯10并在其中插裝手柄7，因此需要加大直徑。手柄孔徑dk的大小根據手柄直徑dp決定，dkdp十0.5mm。（2）為了

5、便于切制螺紋，螺紋上端應設有退刀槽。退刀槽的直徑d4應比螺桿小徑d1約小0.20.5mm。退刀槽的寬度可取為1.5P，取d4=d1-0.5=31.5mm；退刀槽寬度1.5P=10.5mm（3）為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。（4）為了防止工作時螺桿從螺母中脫出，在螺桿下端必須安置鋼制擋圈(GB/T891-1986) ，擋圈用緊定螺釘(GB/T68-2000) 固定在螺桿端部。螺桿強度計算對受力較大的螺桿應根據第四強度理論校核螺桿的強度，強度計算公式為：或其中扭矩（上式中為螺紋中徑處升角，為當量摩擦角）由已知：F=50kN T=Ftan(+v)d2/2=50000

6、*tan(3.6960+5.9110)*36.5/2=15445.25NmmA=1046.35mm2則有：47.89MPa<穩定性計算細長螺桿工作時受到較大的軸向壓力可能失穩，為此應按穩定性條件驗算螺桿的穩定性。螺桿的臨界載荷與柔度有關其中；當螺桿的柔度s40時，可以不必進行穩定性校核。該千斤頂一螺母座位支承時，作不完全固定支承，另一端有徑向和軸向約束，為固定支承，所以端部職稱情況是一端固定，一端不完全固定。故取l為舉起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取lH+1.5P+(1.41.6)d，故按下式計算：l=H+5P+1.5d=210+1.5*7+1.5*40mm=208.5mm 螺

7、桿危險截面的慣性矩，=3.14*324/64mm=51471.85mm4則8mm將以上數據代入柔度計算公式，得2*208.5/8=52.12540故應進行穩定性校核。螺桿選為淬火鋼，當<52.125時由公式知：臨界載荷=255332.76N5.112.54.0=所以經過計算螺桿穩定。2.2螺母設計計算選取螺母材料螺母材料一般可選用青銅，對于尺寸較大的螺母可采用鋼或鑄鐵制造，其內孔澆注青銅或巴氏合金。此題中選擇螺母材料選為ZCuA19Mn2.確定螺母高度及工作圈數螺母高度，螺紋工作圈數，考慮退刀槽的影響，實際螺紋圈數u¢ = u+1.5(u¢應圓整)。考慮到螺紋圈數u越

8、多，載荷分布越不均，故u不宜大于10，否則應改選螺母材料或加大d。螺母高度由下式計算：H¢= u¢t具體計算過程如下：螺母高度：H=d2=2.5*36.5mm=91.25mm螺紋工作圈數：u=H/P=91.25/7mm=13.04mm考慮退刀槽的影響，取實際工作圈數為=u+1.5=13.04+1.5mm=14.54mm應當圓整，又考慮到螺紋圈數u越多，載荷分布越不均，故u不宜大于15，故取=15（圈）HP=15*6mm=90mm校核螺紋牙強度根據GB/T5796.32005得螺母基本尺寸如下：螺母大徑：D=d+1=40+1mm=41mm螺母小徑：D1=d-6=40-6mm=

9、34mm螺母中徑：D2=36.5mm由圖13得：D3=（1.61.8）D=1.7*41mm=69.7mmD4=（1.31.4）D3=1.35*69.7mm=94.095mm =90/3mm=30mm螺母的其它尺寸見圖13，螺紋牙多發生剪切與彎曲破壞。由于螺母的材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度。（1） 剪切強度校核假設螺母每圈螺紋 所承受的平均壓力為，并作用在螺紋中徑為直徑的圓周上，則螺紋牙危險截面的剪切強度條件為： 對于梯形螺紋，查表得：b=0.65P=0.65*7mm=4.55mm則剪切強度為：=5.69故滿足剪切強度條件。（2）彎曲條件校核螺紋牙危險截面的彎曲強度條件為；彎曲力

10、臂：l=(41-34)/2=3.5mm 螺母材料的許用彎曲應力，查表得：；將數據帶入彎曲強度條件公式，得：=26.25MPa經驗算，符合彎曲強度條件。 圖13螺母與底座孔配合（1）采用配合；（2）為了安裝簡便，需在螺母下端（圖13）和底座孔上端（圖17）做出倒角；（3）為了更可靠地防止螺母轉動，還應裝置緊定螺釘，緊定螺釘選擇的是（GB/T711985）。2.3托環的設計與計算托杯材料的選擇選擇托環材料為鋼。結構設計托杯用來承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，其結構尺寸見圖14。為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現相對滑動，在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫

11、落，在螺桿上端應裝有擋板。接觸面強度校核當螺桿轉動時，托杯和重物都不作相對轉動。因此在起重時，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對滑動，為了避免過快磨損，一方面需要潤滑，另一方面還需要驗算接觸面間的壓力強度。由圖1-4計算各尺寸：厚度； D11=(0.60.7)d=0.65*40mm=26mmD10=2.5d=2.5*40mm=100mmD13=1.8d=1.8*40mm=72mmD12=D13-4mm=68mm H=1.6d=64 mm 圖14為避免工作時過度磨損，接觸面間的壓強應滿足將數據代入得：P=16.13MPa計算許用壓強p，取托杯和螺桿材料p中較小的一個：螺桿p=88.75MPa，托杯p

12、=235Mpa；取p=88.75Mpa；經驗算：，接觸面壓強滿足要求，選材合理。為了固定拖杯選擇M6*20的螺釘，和擋圈D=40mm，H=5mm。2.4手柄的設計計算手柄材料的選擇常用Q235和Q215。本題中，該千斤頂手柄采用的材料是Q235計算手柄長度扳動手柄的力矩：，則K加于手柄上一個工人的臂力，間歇工作時，約為150250N，工作時間較長時為100150N。本題中選擇； =50tan（3.6960+5.9110）*36.5/2 N·m =154.45 Nm =（68+26）*0.1*50/4 Nm =117.5Nm=（154.45+117.5）*1000/200m=1359.

13、75mm手柄計算長度Lp是螺桿中心到人手施力點的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實際長度還應加上+（50150）mm。故手柄的實際長度是： =1359.75+72/2+100mm=1495.75mm為減小起重器的存放空間，一般手柄不得大于起重器的高度，可取，使用時加套筒。手柄參考圖1-5（見下頁）手柄直徑 的確定把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強度確定手柄直徑dp，其強度條件為sF 故得設計公式為式中：sF手柄材料許用彎曲應力，當手柄材料為Q215和Q235時，sF=120Mpa。dp29.21 mm取 dp=32mm則dk=dp+1mm=33mm結構手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從

14、孔中滑出，在手柄兩端面應加上擋環（圖16），并用螺釘或鉚合固定。因為手柄的精度要求不高，如圖計算選用的螺釘為（GB/T68-2000）,擋圈尺寸D=45，H=6.2.5底座設計選擇底座材料底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200），此題中底座材料選為HT200；結構設計鑄件的壁厚不應小于812mm，此題中選擇；為了增加底座的穩定性，底部尺寸應大些，因此將其外形制成110的斜度。底座設計計算由圖1-7可得底座的相應尺寸：H1=H+20mm=230mmD6=D3+12mm=69.7mm+8mm=81.7mmD7=D6+H1/5=(81.7+230/5)mm=127.7mm =219.4mmR=10

15、mm=10mmh=1.3=13mm =90mm-30mm=60mm 式中：sp底座下枕墊物的許用擠壓應力。對于木材，取 ，此題中取 ； 圖1-72.7、關于裝配圖部分尺寸的說明：如圖1-5:L1=H+1.6d+1.5+H+1.5d=90+64+10.5+210+60=434.5mmL2=1.5+H+H=10.5+210+90=310.5mm圖18 選則材料：45鋼；取=15MPa取=2.5中徑計算初值：=37.71mm螺桿尺寸：d=40mmP=7mm=32mm=36.5mm取：牙側角：摩擦系數：=3.6960v=5.9110退刀槽直徑：d4=31.5mm退刀槽寬度：1.5P=10.5mmD=5

16、0mmH=5mmT=15445.24 NmmA=1046.35mm2螺桿計算強度：=47.89MPal=H+5P+1.5d=208.5mmI=51471.85mm48mm柔度：52.12540 =255332.76N5.11螺母材料：ZCuA19Mn2.H=91.25mmu=13.04mm圓整后，=14.54H=90mm螺母大徑： D=d+1=41mm螺母小徑：D1=d-6=34mm螺母中徑：D2 =34.5mmD3=69.7mmD4=94.095mm=30mmb=4.55mm剪切強度驗算：=5.69彎曲力臂：l=3.5mm強度條件驗算：=26.25Mpa緊定螺釘： 托杯材料：Q235D11=

17、26mmD10=100mmD13=72mmD12=68mmP=16.13MPaM6*20的螺釘擋圈D=40mm，H=5mm手柄采用的材料是Q235K=200NT1=154.45NmT2=117.5NmLp=1359.75mmLp=1495.75mmdp=32mmdk =33mm螺釘：擋圈： D=45，H=6底座材料：HT200；厚度：斜度： 底座尺寸：H1= 230mmD6=81.7mmD7=127.7mmD8=219.4mmH2=60mm=10mmh=1.3=10.13mm3.關于螺旋千斤頂結構設計等的補充說明（1） 螺母與底座的配合常用或等；（2） 為防止螺母轉動，應設緊定螺釘，直徑常取M6M12，根據起重大小決定；（3） 為防止托杯脫落和螺桿旋出螺母，在螺桿上下兩端安裝安全擋圈；（4） 連接螺釘，擋圈，擋環的規格尺寸按結構需要選取或設計；（5） 為減少摩擦、磨損及托杯工作時不轉動，螺旋副及托杯與螺桿的接觸面均需潤滑；（6） 裝配圖尺寸標注應包括特性尺寸（如最大起落高度）、安裝尺寸、外形尺寸（總廠、總寬、總高）和派和尺寸等；（7） 圖面應注明技