千斤顶设计说明书

[ p]
计算得： p 49.7 MPa 100 MPa 满足强度要求。
2 EI a Fac ( L) 2
式中
L —螺杆的最大工作长度，一般取为螺杆支承间的距离；
I a —螺杆截面的截面惯性矩，在梯形螺纹的稳定性验算中，按螺纹中
径计算，即 I a
d 2
64
E —螺杆材料的弹性模量；
—长度系数，与螺杆的支承情况有关。
为方便计算 将上式化简为 Fac m
取手柄直径 d 15mm ，计算求得 max 42 MPa 查机械手册第一卷，可得Q235 b 225MPa ，满足强度需求。 设计时为了防止手柄从手柄孔中滑脱，在一端设计固结的如图所示的球头， 为使比例保持协调，取球头 R 20mm 。另一端用螺钉或铆合固定。因为手柄的 精度要求不高，如图计算选用的螺钉为（GB/T68-2000） M 4 12 ,而挡环尺寸为 D=22mm，厚H=5mm。
3
Qmax＝10kN， Hmax＝200mm
图一
二、螺旋千斤顶的设计过程
1.螺旋副的设计
1.1 选择牙型
千斤顶为传力螺旋传动，故应采用梯形螺纹，牙型角α=30°
1.2 选择螺杆与螺母材料
为使螺杆具有较高的性能以及螺母有较好的耐磨性 ，螺杆采用45钢，调制 360 120 ~ 72 MPa ，手动可取 处理 S 360 MPa ,又由表可得 s 3~5 3~5
f 5.32 cos
T 13919 N mm
45.7%
1.5螺杆及螺纹强度校核
1.5.1 螺杆的强度计算 螺杆的强度可按第四强度理论进行验算，其计算公式为
(
式中
4F 2 T 2 ) 3( ) [ ] 2 d1 0.2d13
d1 —螺杆螺纹小径
Fa —轴向载荷
H 8 10 ，符合螺纹间载 P
p
符合许用应力要求
Fa P 12.43MPa [ p ] d 2 hH
1.4 自锁性校核及效率计算
对于传力螺距，为避免螺旋副因摩擦力过大而转动不灵活，应进行效率的计 算，以便确定原动机的功率和螺旋副的自锁条件。 由工程力学可知，当螺旋受轴向载荷 Fa 的作用时，欲使螺旋运动所需要的 驱动力矩为
p
式中
Fa FP a [ p] A d 2 hH
p—螺纹工作表面实际平均压强 [p]—许用压强 Fห้องสมุดไป่ตู้—轴向载荷 d2—螺纹中径 P—螺纹的螺距 H—螺母的高度 h—螺纹工作高度，对于梯形螺纹h=0.5P。令 H d 2 ，由于对于整体式螺
母， =1.2~2.5，这里取 2 。 则上式可以写成
d2 Fa P Fa 0.8 h[ p] [ p]
4
计算得 d 2 0.127 m 12.7 mm 查《机械制图》附表国标GB/T5796.2-2005、GB/T5796.3-2005， 取中径d2=16mm，公称直径d=18mm，螺距P=4mm，螺杆小径d1=13.5mm,螺母大 径D4=18.5mm，螺母小径D1=14mm。 刀槽宽度 b=1.5p=1.5 4=6mm ， 螺母高度 H d 2 2 16 32mm ，旋合圈数 n 荷实际分布的要求。 使用原式进行验算
《精密机械设计基础》大作业
班级：工院九系11级 学号：PB11009xxx 姓名：xxx 设计题目：螺旋千斤顶 日期：2014/4/8
目录
一 设计题目———————————————————————2 二 螺旋千斤顶的设计过程—————————————————3 1 螺旋副的设计———————————————————— 3 1.1 选择牙型————————————————————— 3 1.2 选择螺杆与螺母材料———————————————— 3 1.3 确定螺杆直径和螺母高度—————————————— 3 1.4 自锁性校核及效率计算——————————————— 4 1.5 螺杆及螺纹强度校核———————————————— 5 1.5.1 螺杆的强度计算———————————————— 5 1.5.2 螺纹的强度计算———————————————— 5 1.6 螺杆的稳定性校核————————————————— 6 1.7 螺旋副其他尺寸确定———————————————— 7 1.7.1 螺杆相关尺寸确定——————————————— 7 1.7.2 螺母相关尺寸确定——————————————— 8 2 手柄设计及校核————————————————————9 3 托杯的设计及校核———————————————————9 4 底座的设计及校核———————————————————10 5 相关配合的选择————————————————————11 三 参考资料———————————————————————11
D 22mm H 5mm 。 挡圈用开槽盘头螺钉(GB/T67-2000) M 4 12 固定在螺杆顶
部。 1.7.2螺母相关尺寸确定
图四 螺母基本形状
根据机械设计手册，可得以下设计参数 螺母直径 D2 1.5d 27 mm 螺母外缘直径 D3 1.4 D2 37.8mm ，取 D3 40mm 螺母外援厚度 b (0.2 ~ 0.3) H 6.4 ~ 9.6mm ，取 b 7 mm 为确保螺母与底座的周向固定，使用开槽锥端紧定螺钉（GB/T 73） M 4 12 来进行固定。
T —转矩
可计算得 (
4 10000 2 13919 2 ) 3( ) 85.33MPa 100 MPa 2 13.5 0.2 13.53
符合强度计算条件 1.5.2 螺纹的强度计算 由于螺杆材料强度一般比螺母材料强度高，因此只需验算螺母螺纹强度。 螺母螺纹强度可按下列公式验算
2
一、设计题目
㈠、目的 1.培养学生综合应用所学基础理论课和专业课程知识， 初步掌握机械装置的一 般设计方法和步骤，培养学生的设计计算能力。 2.通过设计，让学生熟悉国家标准、图册、手册及有关规范，培养学生独立分 析问题和解决问题的能力。 ㈡、题目 螺旋千斤顶 最大起重量： 最大升距： ㈢、设计内容 1.设计计算说明书一份(10页，3000字)。 2.装配图一张(1号)，主要零件图。 （螺杆、螺母、支座等） 3.选择螺旋材料，设计螺旋尺寸， 校核螺旋自锁条件、强度和稳定性。 4.选择螺母材料， 设计螺纹圈数和螺母其它部分尺寸。 5.确定手柄的截面尺寸和长度。 6.要求运动轻便灵活。 7.设计其它部分的结构和尺寸。 ㈣、设计要求： 1.装配图 a.视图符合国家标准，装配关系正确，结构布置合理，能满足设计要求。 b.正确标注装配尺寸及轮廓尺寸，主要配合尺寸要标注配合精度。 c.列出零件明细表及标题栏，提出必要的装配技术要求。 2.零件图 a.零件图表达完整合理，比例合适，尺寸形状与装配图一致。 b.尺寸标注完整合理， 标注粗糙度、 尺寸公差、 材料、 热处理和技术要求等。 3.写出设计计算说明书(16开纸10页3000字左右)应包括: a.设计任务和设计原始数据； b.结构方案的分析和选择(结构,牙形,材料,强度,失效,安装,工艺,标准化 等)； c.设计计算应参考有关资料按步骤进行，写明计算公式，代入原始数据， 写 出结果和单位。计算公式和设计参数标明来源[1],[2]...。 d.列出参考资料[1],[2]...。
2 d2 L2
m —螺杆支承系数， m
3E 64 2
对于一端固定，一端自由的螺杆，取 m 28 10 4 N / mm 2 又由表得，千斤顶螺杆上部安装手柄手柄处的高 h1 (1.8 ~ 2.0)d 32.4 ~ 36mm ， 取 36mm ，螺杆的最大工作长度L应为最大起重高加 h1 ，故 L H max h1 236mm 故可得 Fac 28 10 4 16 4 2382 329.5kN

故螺旋自锁条件为 v
W1 tan( v ) W2 tan
5
由于为单头螺纹，导程S=P=4mm，故螺纹升角为
arctan
S 4.55 d 2
由表，钢对青铜 f 0.08 ~ 0.10 ，这里取 f 0.09 ，计算得
arctan
显然 v ，符合自锁条件。 由以上结果，可以计算得到： 螺旋运动所需要的驱动力矩 螺旋传动的传动效率为
9
2.手柄设计及校核
图五 手柄基本形状 手柄通常采用Q235，Q215。本千斤顶拟采用Q235作为手柄材料。 千斤顶工作时， T 13919 N mm 。设人所施力大概为100N。取总长L=200mm 即可实现T的大小。 手柄工作时主要受弯曲应力的影响。根据材料力学知识，有
max
T T 。 Wz d 3 32
100MPa 。螺母材料选ZCuAl10Fe3。由表得 bp 40 ~ 60 MPa ，取 50MPa ；
p 30 ~ 40MPa ，取 35MPa 。千斤顶系手动低速，由表得 P 18 ~ 25MPa ，取
20 MPa 。
1.3 确定螺杆直径和螺母高度
按耐磨性条件确定螺杆中径d2，并按标准值选取相应的公称直径d、螺距t、 螺母高度H等其他尺寸。 计算过程： 因为磨损的速度与螺纹工作表面压强的大小有直接关系， 所以为了提高螺旋 运动的寿命，必须限制螺纹工作表面的压强，使其小于等于许用压强[p]，即
3.托杯的设计及校核
图六 托杯基本形状 查机械设计手册，根据经验公式，有 壁厚： 8 ~ 10mm ，取 8mm 。 杯高： h 0.8 ~ 1 D 24 ~ 30mm ，取30mm。
10
螺孔部分 D1 12mm 由于托杯底表面压强校核：
p
F 1 ( D12 D 2 ) 4
b
3Fa h 3 10000 2 19.01Mpa 2 Db n 3.14 18.5 (0.65 4) 2 8
故 [ ], b [ b ] ，螺母螺纹符合剪切和弯曲强度条件。
1.6 螺杆的稳定性校核
受轴向压力的螺杆，当轴向压力较大，且螺杆长度与直径的比值较大时， 螺 杆可能失去稳定而产生侧向弯曲，因此，应对螺杆进行稳定性验算。根据工程力 学，螺杆失稳时的临界轴向载荷为
T Fa
d2 tan( v ) 2
当转动螺母一转时，所需输入功为
W1 2T d 2 Fa tan( v )
此时，推动负载所做的有用功为
W1 Fa Ph d 2 Fa tan
故螺旋传动的效率为

W1 tan W2 tan( v )
驱动力矩T去除后，其传动效率变为
S Fac 33 2.5 ~ 4 S F Fa
所以螺杆符合稳定性要求。
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图二 千斤顶基本结构 1.7螺旋副其他尺寸确定
1.7.1 螺杆相关尺寸确定
图三 螺杆基本形状
8
退刀槽宽度 b1 1.5 p 6mm 螺纹部分总长度 L H max H 232mm 膨大部分宽度 D (1.6 ~ 1.8)d 28.8 ~ 32.4mm ，取 D 30mm 。 膨大部分高度 h1 (1.8 ~ 2)d 32.4 ~ 36mm ，取 h1 35mm 。 与托杯配合部分 D1 (0.6 ~ 0.8)d 10.8 ~ 14.4mm ，取 D1 12mm 顶部伸出部分，取 h2 10mm 为了防止托杯从螺杆中脱落，在螺杆两端应安置钢制挡圈，设计挡圈尺寸
式中
Fa [ ] dbn 3Fa h [ b ] 弯曲强度 b Db 2 n b—螺纹根部宽度，对于梯形螺纹b=0.65P；
剪切强度 h—螺纹高度；
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可求出

Fa 100000 8.27 Mpa Dbn 3.14 18.5 0.65 4 8