1、機械設計基礎課程設計機械設計基礎課程設計手動式螺旋千斤頂手動式螺旋千斤頂專專 業(yè)：業(yè)：農業(yè)機械化及其自動化 班班 級：級： 09 農機一班 姓姓 名：名：_ _周少軍_ 學學 號：號：_ _ _ 指導老師：指導老師：_ _ 楊文敏_ _ 農業(yè)機械化及其自動化專業(yè) 完成時間：2011 年 12 月 3 日目錄目錄目錄目錄2第一章第一章 千斤頂結構設計千斤頂結構設計311 結構設計的意義結構設計的意義312 千斤頂?shù)慕Y構千斤頂?shù)慕Y構3121 螺旋傳動選擇螺旋傳動選擇4122 螺紋類型選擇螺紋類型選擇4千斤頂選擇梯形螺紋、右旋，因為要求有自鎖性所以選擇單線螺紋以達到自鎖要求。千斤頂選擇梯形螺紋、右旋

2、，因為要求有自鎖性所以選擇單線螺紋以達到自鎖要求。5第二章第二章 千斤頂各部件的設計計算千斤頂各部件的設計計算621 螺母、螺桿的材料選擇及尺寸的選定與校核螺母、螺桿的材料選擇及尺寸的選定與校核6211 螺母、螺桿的材料和許用應力螺母、螺桿的材料和許用應力6212 螺母、螺桿的尺寸設計與校核螺母、螺桿的尺寸設計與校核722 底座的設計計算底座的設計計算10221 底座材料的選定底座材料的選定10222 底座尺寸確定：底座尺寸確定：1123 手柄的設計計算手柄的設計計算12231 手柄的材料選擇：手柄的材料選擇：1224 托杯的設計計算（圖托杯的設計計算（圖 4-6 示）示） 13241 托杯的

3、材料選擇托杯的材料選擇13242 托杯的尺寸確定托杯的尺寸確定1325 千斤頂?shù)男视嬎闱Ы镯數(shù)男视嬎?1426 千斤頂?shù)钠渌郊哟a附件尺寸設定千斤頂?shù)钠渌郊哟a附件尺寸設定14第三章第三章 裝配圖及相關零件圖裝配圖及相關零件圖14參考文獻參考文獻 15第一章第一章 千斤頂結構設計千斤頂結構設計11 結構設計的意義結構設計的意義機械結構設計就是將抽象的工作原理變成技術圖樣的過程。在此過程中要兼顧各種技術、經(jīng)濟和社會要求，并且應設計出盡可能多的可能性方案，從中優(yōu)選或歸納出經(jīng)濟合理的方案。結構設計是將抽象的工作原理具體化為某類或構件零部件的圖樣，然后進一步確定它們的加工工藝、材料、幾何尺寸、公差

4、等；尋找所選方案中的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，對照各種要求、限制，反復改進。進行強度、剛度以及各種功能的指標驗算；繪制裝配圖和零件圖；編寫計算說明書。12 千斤頂?shù)慕Y構千斤頂?shù)慕Y構 圖1-1如圖 1-1 所示，手動螺旋千斤頂主要零件有：1）螺母、2）螺桿、3）底座、4）手柄、5）托杯、等零件及其附件組成。其中螺桿、螺母等主要尺寸要通過理論計算確定，其他尺寸可以由經(jīng)驗數(shù)據(jù)、結構需要和工藝要求來確定，必要時還需要經(jīng)過相關驗算。千斤頂最大起重量是其最主要的性能指標之一。千斤頂在工作過程中，傳動螺紋副承受主要的工作載荷，螺紋副工作壽命決定千斤頂使用壽命，故傳動螺紋副的設計最為關鍵，其設計與最大起重量、螺紋副材料

5、、螺紋牙型以及螺紋頭數(shù)等都有關系。 121 螺旋傳動選擇螺旋傳動選擇根據(jù)螺紋副摩擦性質不同，可分為滑動螺旋傳動、滾動螺旋傳動和靜壓螺旋傳動。（1）滑動螺旋傳動的特點：1）結構簡單，加工方便，成本較低 2）易于自鎖3）傳動平穩(wěn)4）摩擦阻力大，傳動效率低（僅在 0.30.6 之間）5）螺紋有側向間隙，反向時有空行程，定位精度和軸向剛度較差。6）磨損快（2）滑動螺旋的應用舉例：金屬切削機床的進給、分度機構的傳動螺旋，摩擦壓力機、千斤頂?shù)膫髁β菪Ｋ月菪Ы镯斶x擇滑動螺旋副。122 螺紋類型選擇螺紋類型選擇滑動螺紋副常采用梯形螺紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋等。梯形螺紋應用最廣。鋸齒形螺紋主要用于單向受力

6、。矩形螺紋雖傳動效率高，但加工比較困難，且強度較低，應用較少。（1）梯形螺紋的特點：牙型角 =30，螺紋副的大徑和小徑處有相等的徑向間隙。牙根強度高，螺紋的工藝性好；內外螺紋一錐面貼合，對中性好，不易松動；采用整體式螺母。（2）應用舉例：用于傳力螺紋和傳動螺旋如載重螺旋式起重機、千斤頂。千斤頂選擇梯形螺紋、右旋，因為要求有自鎖性所以選擇單線螺紋以達到自鎖要求。第二章第二章 千斤頂各部件的設計計算千斤頂各部件的設計計算21 螺母、螺桿的材料選擇及尺寸的選定與校核螺母、螺桿的材料選擇及尺寸的選定與校核211 螺母、螺桿的材料和許用應力螺母、螺桿的材料和許用應力（1）螺母的材料和許用應力(圖 4-1

7、)：螺母材料可用鑄造錫青銅，以 ZCuSn10Pb1 最耐磨，但價格較貴，主要用于高精度的傳導螺旋。重載低速的場合可選用強度高的鑄造鋁鐵青銅，常用的材料 ZCuAl10Fe3。輕載低速時也可以選用耐磨鑄鐵。螺母材料選 ZCuAl10Fe3，帶有內螺紋的構件。查表 10-14 可得：許用彎曲應力：bp=4060MPa，取 50MPa；許用剪應力：p=3040MPa，取 35MPa。千斤頂螺旋系手動低速，由表 11-1-9 查得許用壓強：Pp=1825 MPa，取 20 MPa。（2）螺桿的材料和許用應力由于滑動螺旋傳動中的摩擦較嚴重，故要求螺旋傳動材料的耐磨性能、抗彎性能都要好。一般螺桿材料的選

8、用原則如下：1）高精度傳動時多選碳素工具鋼。2）需要較高硬度，如 5056HRC 時，可采用鉻錳合金鋼；當需要硬度為3545HRC 時可采用 65Mn 鋼。3）一般情況下可用 45、50 鋼。本設計中，螺桿材料選 45 鋼，采用帶有外螺紋的桿件，調制處理，s=360MPa，可得：螺桿的許用拉應力：p=12072 MPa，s35手動可得： p=100 MPa。外螺紋內螺紋外螺紋大徑（公稱直徑）螺距牙頂間隙基本牙型高度 外螺紋牙高 內螺紋牙高 牙頂高 外螺紋中徑 內螺紋中徑 外螺紋小徑 內螺紋小徑 內螺紋大徑 牙根部寬度圖4-1：滑動螺旋傳動設計212 螺母、螺桿的尺寸設計與校核螺母、螺桿的尺寸設

9、計與校核（1）按耐磨性計算螺紋中徑（圖 4-2）：查表 11-1-4 中公式取 =1.7（ 值按整體式螺母取 1.22.5），d2=0.8=0.8207.150000=30.67mmF1.7Pp由 GB/T5796.32005(機械設計課程設計手冊 138 頁表 6.1.7)可選 d=34, P=6, d2=30.5 ,D4=32.5,d3=28.5,D1=29 的梯形螺紋，中等精度。螺旋副的標記為：Tr32x3-7H/7e。由此得出千斤頂?shù)幕瑒勇菪齻鲃痈鱾€尺寸為：外螺紋大徑 d： d=34mm螺距 P: P=6mm牙頂間隙 ac： ac=0.5mm基本牙型高度 H1： H1=0.5P=0.5

10、x6=3mm外螺紋牙高 h3: h3= H1+ ac=0.5P+ ac=3+0. 5=3.5mm內螺紋牙高 H4： H4= H1+ ac=0.5P+ ac=3+0. 5=3.5mm牙頂高 Z： Z=0.25P=0.25x6=1.5mm外螺紋中徑 d2： d2= d-2Z=34-3=31mm內螺紋中徑 D2: D2= d-2Z=34-3=31mm外螺紋小徑 d3： d3= d-2h3=34-2x3=28mm內螺紋小徑 D1： D1= d-2H4=34-2x3=28mm內螺紋大徑 D4： D4=d+2ac =34+2x0.5=35mm牙根部寬度 b： b=0.65P=0.65x6=3.9mm螺母高

11、度 H: H=d2=1.7x34=57.8mm,取 H=58mm.則螺紋圈數(shù) n: n=H/P=58/6=9.67 圈 圖 4-2 螺母的尺寸圖（2）自鎖性條件與檢驗：由于系彈頭螺紋，導程 S=P=6mm,故螺紋升角為：=arctan=arctan3114.36=33018Sd2查表 11-1-7 得：鋼和青銅的摩擦因數(shù) =0.080.10,取 0.09，可得：=arctan= arctan=51923cos20.09cos15，故自鎖可靠。（3）螺桿的強度檢驗：查表 11-1-3 得知，驅動轉矩 Mt 為：Mt=Mt1+Mt2+Mt3=43748.227(N*mm)所以帶入表 11-1-4

12、公式(4）得：ca=233223)( 2.0( 34ddMtF=83.015 N/mm 2 p （4）螺母螺紋強度檢驗：因螺母材料強度低于螺桿，故只驗算螺母螺紋強度即可。查表 11-1-4 得，牙 根 寬度： b = 0.65P = 0.65x6 =3.9mm ,基本牙型高： H1 = 0.5P = 0.5x6 =3mm 。代入表 11-1-4 中的公式（7）及式（8）有：則螺母的剪切強度：=14.079 N/mm 2 p 。FD4bn p螺母的彎曲強度：b=32.491 N/mm 2 bp 。 3FH1D4b2nb2.5 故穩(wěn)定性條件滿足。FcF22 底座的設計計算底座的設計計算221 底座

13、材料的選定底座材料的選定（1）材料：由于此千斤頂?shù)某休d力相對較小，考慮體積和成本要求，千斤頂其他部件的材料均采用鑄鐵（HT200）。（2）斜度：帶 1：15 的斜度222 底座尺寸確定：底座尺寸確定： 如圖 4-4 所示： 圖 4-4：底座的尺寸圖已知外螺紋大徑為 d=34mm,有：D2=1.5dD3=1.4D2D4=1.4D5=10mmD5由結構確定（斜度為 1：15）所以：2901075D=得：D5=126mm115依次可得出：D4=1.4D5=1.4x126=176mmS=（1.52）=1520，取 S=16mm 。綜合考慮各尺寸關系，取總的高度為 374mm 。23 手柄的設計計算手柄

14、的設計計算 如圖 4-5 所示： 圖 4-5 手柄尺寸圖231 手柄的材料選擇：手柄的材料選擇：手柄材料選擇 Q235232 手柄的尺寸確定手柄的尺寸確定（由于要滿足一定的強度要求，）千斤頂工作時，螺母所受的旋轉力矩為 T2*tan()*2dTFT=50KN*tan(33018+51923)*15.5mm=120.946Nm;式中F 螺母工作時所受的軸向載荷，N； 為螺紋升角,度; 當量摩擦角,度;2d 螺紋中徑，mm;手柄所受最大彎曲應力為max,人所施力大概為 200N。max332zTTdW=78.88Nm式中：T 手柄所受的彎曲力矩，Nm;zW 圓柱形手柄的抗彎截面系數(shù)，3cm;d 手

15、柄的直徑，mm;120.946Nm/200N=0.60473m 取 0.61m擬定所選材料為 Q235, 查機械設計手冊得:max 225bMPa所以手柄的具體參數(shù)如下：材料 Q235 長度 L=610mm 直徑 d=26mm 。24 托杯的設計計算托杯的設計計算（圖 4-6 示） 圖 4-6：托杯尺寸圖241 托杯的材料選擇托杯的材料選擇托杯材料選擇：鑄鋼（ZG230-450）242 托杯的尺寸確定托杯的尺寸確定關系式：D=（1.61.8）d D1=（0.60.8）d h=（0.81）DD=（1.61.8）x34=54.461.2 取 D=58mmD1=（0.60.8）x34=20.427.

16、2mm 取 D1=24mm（1）托杯的高度 h： h=（0.81）x58 取：h=50mm（2）托杯的內外徑（含壁厚）: 外徑 106 厚度 =1025 千斤頂?shù)男视嬎闱Ы镯數(shù)男视嬎阌杀?11-1-4 中式（16）并視托杯與螺桿頂部為滑動推力軸承，效率為 0.96 時，=0.96x =0.96x)51923+33018tan(33018tantantan( + )=31.3 。因系手動千斤頂，故螺桿的強度及橫向振動不予驗算。26 千斤頂?shù)钠渌郊哟a附件尺寸設定千斤頂?shù)钠渌郊哟a附件尺寸設定螺桿的退刀槽直徑: s=27螺桿的退刀槽寬度：b=5mm螺桿膨大部分的尺寸：有公式：D=（1.61.8）d h1=（1.82）d得出：D=（1.61.8）x34=54.461.2 取 D=58mmh1=（1.82）x34=61.268 取 64mm根據(jù)結構確定螺桿膨大部分的內孔為：27第