千斤顶大作业指导书及设计过程详解

大作业任务书大作业指导书1. 螺旋千斤顶作业任务书学生班别学号成绩设计完成日期：年月日指导教师：一、题目：设计螺旋千斤顶原始数据二、工作要求：1. 总装配图一张。

2. 计算说明书一份。

螺旋千斤顶作业指导书一、作业目的1. 熟悉螺旋千斤顶的工作原理，设计与计算的方法；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，强度计算和刚度计算，制造工艺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。

二、螺旋千斤顶的设计千斤顶一般由底座1，螺杆4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1—1）。

螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。

设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。

设计的原始数据是；最大起重量Q（KN）和最大提升高度l（mm）。

螺旋千斤顶的设计步骤如下：1. 螺杆的设计与计算（1）螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩（方）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=300，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB5796.1—86的规定。

（2）选取螺杆材料螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。

（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。

（4）自锁验算自锁条件是λ≤φv式中：λ为螺纹中径处升角；φv为摩擦角（非矩形螺纹应为当量摩擦角φv=tg-1f v，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比摩擦角小1°。

即φv－λ≥l°（5）结构（见图1—2）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，d k ≥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d 4应比螺杆小径d 1小，其值可查手册按退刀槽规范确定。

退刀槽的宽度可取为1.5t 。

为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d 1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，挡圈用螺钉固定在螺杆端部。

（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。

（7）稳定性计算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，计算时应注意正确确定螺杆长度系数μ。

当螺杆的柔度λs ＜40时，可以不必进行稳定性校核。

2. 螺母设计与计算 （1）选取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。

（2）确定螺母高度H 及螺纹工作圈数u螺母高度H=φd 2（H 应圆整为整数）螺纹工作圈数tH u，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 。

（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1—3。

必要时还应对螺母外径D 3进行强度验算。

（4）螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用78r H 或78n H 等配合。

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，一般为6～12mm 。

3. 托杯的设计与计算托杯用来承托重物，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。

4)D D (Qp 211212-π=≤[p] （或1-1）式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。

4. 手柄设计与计算 （1）手柄材料 常用Q235和Q215（2）手柄长度L p板动手柄的力矩 F ·Lp=T 1+T 2 则FT T L 21p +=（式1-2）式中：F ——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 。

T 1——螺旋副间的摩擦阻力矩T 2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩 手柄计算长度L p 是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上2D 13+（50～150）mm 。

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。

（3）手柄直径d p把手柄看成一个悬臂梁按弯曲强度确定其直径d p ，按弯曲强度条件，手柄弯曲应力3pp Fd 1.0L ·F σ≤[σ]F（式1-3）故 d p ≥F][1.0F ·Lp σ （式1-4）式中：[σ]F ——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，[σ]F =120Mpa （4）结构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。

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 H1=l+（14～28）mm D 6=D 3+（5～10）mmD 7=D 6+5H 1D 8=23pD ][Q 4+σπ式中：[σ]p ——底座下枕垫物的许用挤压应力。

三、设计要求1. 总装配图一张设计前应仔细阅读作业指导书，了解图中各零件的结构、作用和各零件间的相互关系。

作图时应先画主要部分，并从中心线开始，由上到下，由内到外地进行。

线型粗细、尺寸标准和字体，都应符合制图规定。

装配图应注的尺寸包括：总体尺寸（长、宽、高）、安装尺寸、工作性能尺寸及配合尺寸，配合尺寸应标出配合公差。

零件明细表的内容包括：件号、名称（包括主要规格尺寸）、数量、材料（注出牌号）和备注（对于标准件应注明该标准的代号）。

2. 设计说明书一份说明书的内容包括：目录，设计题目及已知数据，计算内容及步骤，说明书的字迹要清楚整洁，计算装确，步骤分明，计算过程要列出公式，代入数字并写出结果，而中间的数字演算不必书写。

说明书的格式如下：螺旋千斤顶设计过程千斤顶一般由底座1，螺杆4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1―1）。

螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。

设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。

设计的原始数据是：最大起重量F=30KN和最大提升高度H=170mm。

螺旋千斤顶的设计步骤如下：计算项目计算及说明计算结果1.螺杆的设计与计算1.1螺杆螺纹类型的选择1.2选取螺杆的材料1.3确定螺杆直径螺纹有矩形、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。

螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。

在此选用的是55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]。

][22phHdFPhudFAFp≤===ππF(KN):作用域螺杆的轴向力牙形角α=30º的单线梯形螺纹螺杆材料：55钢A(2mm )螺纹承压面积 2d （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2d H =φ，所以有][2p h FPd φπ≥；对于等腰梯形螺纹，P h 5.0=，有][8.02p Fd φ=，φ一般取1.2~3.5,所以此处φ取2.5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10MPa 。

φ=2.5[p]=10MPa计算项目计算及说明计算结果1.4自锁验算螺杆螺纹中径mm d 7128.27105.2300008.02≈⨯≥，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mm d 36=，螺距mm P 10=，螺杆小径mmd d 25111=-=，螺杆中径mm mm d d 7128.273153652≥=-=-=，螺母大径mmd D 371361=+=+=，螺母小径mm d D 261036101=-=-=，螺母中径mmd D 3122==，螺母高度mmd H 5.77315.22=⨯==φ，旋合圈数（圈）圈10)(875.7105.77≤≈===P H u 。

自锁条件是ψ≤ϕv式中：ψ为螺纹中径处升角；ρv 为当量摩擦角（当量摩擦角ρv =arctan μv ，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要螺杆尺寸：P=10mmmm d 36= mm P 10=mm d 251= mm d 312=螺母尺寸： mm D 37=mm D 261= mm d D 3122==mm H 5.77= 8=u比当量摩擦角小1°）。

υυβϕψf farctan cos arctan==≤υf :当量摩擦系数；f：摩擦系数；β：牙侧角，︒==152/αβ。

摩擦系数f 由查表可知，17.0~11.0=f ，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。

︒=⨯⨯==86.53114.3101arctanarctan2d nPπψ ︒=︒==≤98.91517.0arctancos arctanβϕψυfϕ至少为︒8，所以有︒=≤︒=98.986.5υϕψ，符合自锁条件。

︒==152/αβ17.0=f︒=86.5ψ ︒=98.9υϕ符合自锁条件计算项目 计算及说明 计算结果1.5结构（见图1―2）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d k 的大小根据手柄直径d p 决定，d k ≥d p 十0.5mm 。

由后面的计算可知手柄的直径p d =30mm ，所以mm d k 8.338.033=+=。

为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。