螺旋千斤顶计算说明书

螺旋千斤顶设计任务书

学生姓名王辉专业年级2007级机械设计制造及其自动化设计题目：设计螺旋千斤顶

设计条件：

1、最大起重量F = 55 kN；

2、最大升距H =220 mm。

设计工作量：

1、绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表；

2、编写设计计算说明书一份。

指导教师签名： 2009年月日

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F（kN）和最大提升高度H（mm）。

螺旋千斤顶的设计步骤如下：

计 算 及 说 明

结 果

1. 螺杆的设计与计算

1.1 螺杆螺纹类型的选择

螺纹有矩形、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=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺性好，牙根强度高，对中性好，所以选择梯形螺纹，基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。 1.2 选取螺杆材料

螺杆材料选择45号钢，σs = 355MPa ，根据主教材表2.8，选安全系数S=4，则[]MPa S

s

884

355

≈=

=

σσ。 1.3 确定螺杆直径

按耐磨性条件确定螺杆中径d 2。 ]

[8

.02p F d ϕ≥

因选用梯形螺纹且螺母兼作支承，故取5.2=ϕ。 代入数据，得 mm d 64.3015

5.2550008.02=⨯≥ 根据螺杆中径mm d 64.302=,按照GB/T 579

6.2-2005标准，选取螺杆的公称直径mm d 44=，螺距mm t 7=，线数1=n ，螺旋副的摩擦系数09.0=f 。 1.4 自锁验算

自锁条件是 ≤v 。 式中：为螺纹中径处升角；v 为当量摩擦角（当量摩擦角

v =arctan v ，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。

=⨯⨯==)64

.3014.37

1arctan(arctan

2d np πϕ4°9'41″ ===12

cos 09

.0arctan cos arctan

πβρf v 5°19'23″

∴>-ϕρv 1°

计算得：

mm

d 64.302=

查表得：

mm d 44=

mm t 7=

1=n

09.0=f

"41'94︒=ϕ

"23'195︒=v ρ

∴满足自锁条件 1.5 结构（见图1―2）

计 算 及 说 明

结 果

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，dk ≥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d4应比螺杆小径d1约小0.2~0.5mm 。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d1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(GB/T891-1986)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。 1.6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公式(5.28)，其中扭矩 式中：为螺纹中径处升角，v

为当量摩擦角。

代入数值得： 根据第四强度理论校核螺杆的强度： MPa MPa d

F

ca 8805.4744

4

55000

3.14

3.12

2

<=⨯⨯=

=

π

π

σ

螺杆承受扭矩

m

N T ⋅=4.186

。2

)tan(2

d F T v ⋅+=ρψN d F T v 4.186)"23195"4194tan(550002

)tan(2

='︒+'︒⨯=⋅

+=ρψ

∴该螺杆满足强度要求 1.7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。 螺杆危险截面的惯性半径mm d

A I i 114

===(I 为螺杆危险截面的

计 算 及 说 明 结 果

轴惯性矩)

螺杆的长度系数2=μ

举起重物后托杯底面到螺母中部的高度

mm d t H l 321445.1752205.15=⨯+⨯+=++=

∴螺杆的柔度4.5811

321

2=⨯=

=

i

l

s μλ 本题螺杆不淬火，λs ＜90

2

)(2l EI

F cr μπ=

（1）

64

4

d I π=

（2）

联立（1）、（2）两式，并代入数值得：

kN F cr 908= ∴ 4~5.25.1655

908

>==F F cr ，螺杆满足稳定性要求 综上可得：所选螺杆材料为45钢，公称直径d=44mm ，中径d 2=40.5mm ，小径d 3=36mm ，螺距t=7mm ，线数n=1。

2. 螺母设计与计算 2.1选取螺母材料

螺母材料选用青铜：ZCuA19Mn2，许用压强[]MPa p 15=。 2.2确定螺母高度H

及螺纹工作圈数u

螺母高度mm d H 25.1015.405.2'2=⨯==φ

∵ 螺纹实际工作圈数 104.185.16

25

.1015.1''>=+=+=t H u ∴ 螺纹圈数需要调整。

螺杆的耐磨性已相当富裕，因此可以通过适当降低螺母高度来调

mm l 321=

kN

F cr 908=

螺杆材料为45钢，

d=44mm ，

d 2=40.5mm ， d 3=36mm ，

t=7mm ，

n=1

螺母材料：

ZCuA19Mn2

10'=u

mm

H 70'=