1、螺旋千斤頂設計計算說明書院系工程技術學院專業年級2010級機制4班設計者羅歡指導教師楊玲成績2012年12月 1日螺旋千斤頂設計任務書學生姓名羅歡專業年級2010級機械設計制造及其自動化設計題目： 設計螺旋千斤頂設計條件：1、最大起重量F = 65 kN；2、最大升距H =240 mm。設計工作量：1、 繪制出總裝配圖一張，標注有關尺寸，填寫標題欄及零件明細表；2、 編寫設計計算說明書一份。指導教師簽名： 20 年 月 日目錄1螺桿的設計與計算31.1螺桿螺紋類型的選擇31.2選取螺桿材料31.3確定螺桿直徑31.4自鎖驗算41.6螺桿強度計算51.7穩定性計算5計算柔度6計算穩定性62螺母設

2、計與計算72.1選取螺母材料72.2確定螺母高度H¢及螺紋工作圈數u7求螺母高度H¢7螺紋工作圈數u7螺母實際高度H¢82.3校核螺紋牙強度82.4 結構要求83托杯的設計與計算94 手柄設計與計算104.1手柄材料104.3手柄直徑dp114.4 結構125 底座設計12螺旋千斤頂設計計算及說明結果1螺桿的設計與計算1.1螺桿螺紋類型的選擇螺紋有矩形、梯形與鋸齒形，常用的是梯形螺紋。梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角=30º，梯形螺紋的內外螺紋以錐面貼緊不易松動。故選梯形螺紋，它的基本牙形按GB/T5796.12005的規定。1.2選取螺桿材料螺桿材料常用

3、Q235、Q275、40、45、55等。1.3確定螺桿直徑按耐磨性條件確定螺桿中徑d2。求出d2后，按標準選取相應公稱直徑d、螺距p及其它尺寸。d2根據國家規定=1.22.5，取=1.5（梯形螺紋）；h=0.5p；查教材表5-12，p取20Mpa，又由于=1.5<2.5,則P可提高20%，所以P=(1+20%)×20=24MPa。故，d2 =34mm查機械設計手冊，d取40mm則p=7mm， d1=32mmd2=36.5mm1.4自鎖驗算自鎖條件是yrv，式中：y為螺紋中徑處升角；jv為當量摩擦角，當量摩擦角jv=arctanfv，但為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要比當量摩擦角

4、小1°。查教材表5-12，f取0.09y =arctan(n p /p d2)=arctan 17/(3.1436.5) =3.493jv=arctan（f/cos）=arctan 0.09/cos(30°/2)=5.323°故，y<jv-1°滿足自鎖條件1.5結構如下圖（1-2）: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。為了便于切制螺紋，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1.5t。為了便于螺桿旋入螺母，螺

5、桿下端應有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。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。其中：1.5t=1.5p=10.5mm d4=31.5mm D13=(1.71.9)d=1.8×40=72mm(1.41.6)d=1.5×40mm=60mm0.25d=0.25×40mm=10mmd+(610)=40+8=48mm1.6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。強度計算方法參閱教材公式(5-47)，sca=s其中扭矩=65×103

6、5;tan(3.493°+5.323°) ×36.5/2 N·mm =183980N·mm式中：y為螺紋中徑處升角，jv為當量摩擦角。A=d²/4=3.14×32²/4=804.25查手冊表2-7，45鋼，=355MPas=118.3MPa故，sca=94.79MPas=118.3MPa滿足強度條件1.7穩定性計算細長的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。Fcr / F³ 2.5 4螺桿的臨界載荷Fcr與柔度s有關，s=ml/i，m為螺桿的長度系數，與螺桿的端部結構有

7、關，l為舉起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取lH+5t+(1.41.6)d，i為螺桿危險截面的慣性半徑，若危險截面面積A=pd12/4，則(I為螺桿危險截面的軸慣性矩)當螺桿的柔度s40時，可以不必進行穩定性校核。計算時應注意正確確定。1.7.1計算柔度（1）計算螺桿危險截面的軸慣性矩I和iI=51471.9=8mm（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度llH+5t+(1.41.6)d =240+5×7+1.5×40=335mm(3)計算柔度查教材表5-14，取2(一端固定，一端自由)s=ml/i=83.75>40，所以需要進行穩定性校核。1.7.2計算穩定

8、性（1）計算臨界載荷Fcr查教材公式5-51，E=2.06×105MPaFcr=233124.3N(2) 穩定性計算=3.59³ 2.5 4滿足穩定性條件2螺母設計與計算2.1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。2.2確定螺母高度H¢及螺紋工作圈數u螺母高度H¢=d2，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&

9、#162;p。2.2.1求螺母高度H¢H¢ =d2 =1.5×36.5=54.75mm2.2.2螺紋工作圈數u=7.82<10，符合要求u¢ = u+1.5 =7.82+1.5=9.32u¢應圓整, u¢取92.2.3螺母實際高度H¢H¢= u¢p=9×7=63mm2.3校核螺紋牙強度一般螺母的材料強度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強度。螺母的其它尺寸見圖13。必要時還應對螺母外徑D3進行強度驗算。查教材公式5-48,5-49，螺紋牙的剪切強度和彎曲強度條件分別為：；式中：b為螺紋牙根部的

10、厚度，對于梯形螺紋，b=0.65p=4.55mm;為彎曲力臂，=（D-D2）/2=2;查手冊表3-8，D=d+0.5=40.5mm, D2=36.5mm查表5-13，取35Mpa, 取50Mpa故，= =12.48MPa<35 Mpa=32.9Mpa<50Mpa滿足強度條件2.4 結構要求螺母壓入底座上的孔內，圓柱接觸面問的配合常采用或等配合。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。為了更可靠地防止螺母轉動，還應裝置緊定螺釘（圖11），緊定螺釘直徑常根據舉重量選取，一般為612mm。螺母的相關尺寸計算 查手冊表3-8，D=d+0.5=40.5mmD3=

11、(1.61.8)D =1.7×40.5mm=68.85mmD4= (1.31.4)D3=1.4×68.85mm=96.39mmH=45mm a=H/3=63/3=21mm3托杯的設計與計算托杯用來承托重物，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落，在螺桿上端應裝有擋板。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。p（式1-1）式中：p

12、許用壓強，應取托杯與螺桿材料p的小者。p取23.6MpaD10=(2.42.5)d=2.440=96mmD11=(0.60.7）d=0.6540=26mmD13=(1.71.9)d=1.840=72mmD12= D13-(24)=72-3=69mm故 =20.26Mpa<23.6Mpa4 手柄設計與計算4.1手柄材料常用Q235和Q215。4.2手柄長度Lp板動手柄的力矩：K·Lp=T1+T2則（式1-2）式中：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。T1螺旋副間的摩擦阻力矩，T1=65×103×tan(3

13、.493°+5.323°) ×36.5/2 N·mm =183980N·mmT2托杯與軸端支承面的摩擦力矩，T2 = (D12+D11) fF/4。 (查教材表5-5摩擦因數f=0.09) =(69+26)×0.09×65/4=138937.5N·mm則 (K取200) =1614.6 mm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。手柄實際長度不應超過千斤頂，使用時可在手柄上另加套管。因此，手柄實際長度=+100=1614.6+36+10

14、0=1750.6mm4.3手柄直徑dp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（式1-3）故dp=30.79mm 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。4.4 結構手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應加上擋環（圖16），并用螺釘或鉚合固定。圖中尺寸：dp =7.7mmdp+(610)= dp+8=30.79+8=38.79mm 取整為395 底座設計底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200），鑄件的壁厚不應小于812mm，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。底座結構

15、及尺寸如圖17圖中取10mm，r取5mm，R取8mm；H1=H+（1428）mm =240+20=260mm H¢-a=42mm D6=D3+（510）mm =68.85+7=75.85mmD7=D6+=75.85+=127.85mmD8= =240mm式中：sp底座下枕墊物的許用擠壓應力。對于木材，取sp=22.5MPa。參考資料：1蒲良貴 紀名剛.機械設計M.8版.北京:高等教育出版社,2006.2吳宗澤.機械設計課程設計手冊M.3版.北京:高等教育出版社,20063孫維連.工程材料M.中國農業大學出版社，20054孫恒等.機械原理M.7版.北京：高等教育出版社，2006選梯形螺

16、紋選45鋼d=40mmp=7mmd1=32mmd2=36.5mmy=3.493°jv=5.323°y<fv-1°滿足自鎖條件1.5t=10.5mmd4=31.5mmD13=72mm(1.41.6)d=60mm0.25d=10mmd+(610)=48mmT=183980N·mm=355Mpas=118.3MPasca=94.79MPascas滿足強度條件I=51471.9i=8mml=335mm=2E=2.06×105MPas=83.75Fcr=233124.3N =3.59³ 2.5 4滿足穩定性條件選青銅u=7.82u¢=9H¢=63mm12.48Mpa 32.9Mpa滿足強度