螺旋千斤顶设计计算说明书PB1032杜文文_千斤顶设计计算说明书

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《精密机械设计基础》大作业

螺旋千斤顶 设计计算说明书

PB12009032 杜文文

目录

1.设计题目......................................................2 2.设计任务......................................................2 3.设计要求......................................................2 4.工作原理及结构简图............................................3 5.螺杆设计......................................................4 6.螺母设计......................................................7 7.手柄设计......................................................8 8.底座设计......................................................9 9.托盘设计......................................................9 10.参考资料.....................................................10

一．设计题目

螺旋千斤顶

最大起重量：

Qmax＝10kN，最大升距：

Hmax＝200mm

二．设计任务

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。

三．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]...。

四．工作原理及结构简图

从图中可以看出，千斤顶的工作原理是：通过螺杆和螺母组成的螺旋副来实现将物体有低处向高处的传送的，并使托杯中的物体做直线运动，从而实现我们的传动要求。其中，螺母固定，当手柄旋动的时候，螺杆通过与螺母的螺旋副的运动，螺纹之间产生自锁，使装有重物的托杯往上运动。

从其工作原理中可以看出，这对螺杆与螺母螺纹的耐磨性、稳定性等要求较高，同时对底座及其他相应材料的强度也有一定的要求。

其机构特点是简单易操作，便宜制造。

五．螺杆设计

1.材料选择

螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。这里我选45钢。

2.螺杆结构选择

(1)螺旋传动选择：螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，分为滑动螺旋副，滚动螺旋副和静压螺旋副。滑动螺旋副结构简单，便于制造，易于自锁，所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副。

(2)滑动螺旋采用的螺纹类型有矩形、梯形和锯齿形。其中以梯形和锯齿形螺纹应用最广。本设计中千斤顶的螺纹选择梯形螺纹，并为右旋的方式。因为其内外螺纹以锥面贴紧不易松动，对中性好，并牙根强度高，同时采用单线螺纹，螺纹的自锁性也比较高。

3.螺杆尺寸设计及校核

（1）按耐磨性计算螺纹中径

利用教材表9-1，由螺旋副材料得许用压强[P]=18～25 Mpa，取为均值18Mpa；螺距为P；螺纹工作高度为h=0.5P;ζ=H/d2;采用整体式螺纹，ζ=1.2-2.5，则取ζ=1.4；而千斤顶载荷10KN，Fa=10000N；则：

d2≥FP = hζp10000FP =15.9mm；

0.53.141.4181060.5Pζp根据计算得的错误！未找到引用源。选择螺纹及螺杆的尺寸(GB/T 5796.2-2005，GB/T 5796.3-2005，)：

螺距（外螺纹）P=4mm；公称尺寸d=20mm;中径错误！未找到引用源。=18mm;外螺纹小径d3=15.5mm;查询机械设计手册(第五版)12篇第一章螺旋传动，依次计算得轴的径向尺寸：

D=32mm;D1=14mm;D2=30mm;

(2)螺杆轴向尺寸设计（参考 图12-1-2）

工作行程为200mm；

则轴向从上依次取：l1=12mm;h1=26mm;螺母高度H=ζ*d2=25.2mm,取26mm;此时螺母螺纹圈数Z=H/P=6.5；

则轴的螺纹部分长度l2200+24mm,取230mm； 螺纹退刀槽取2mm；

螺杆轴端螺钉为标准件，取M610，(3)螺纹自锁校核

自锁条件是v，式中：为螺纹升角；v为螺旋副当量摩擦角，v=arctanfv，当螺旋副材料为钢对青铜时取f0.08～0.10,n=1;fv1.155f0.104;

=arctan(n*P / d2)=arctan（1*4/3.14/18）4.05°

v=arctan0.1045.94°

(4)螺杆强度校核

由机械设计手册（第五版）表12-1-3，螺纹摩擦力矩： 45号钢屈服极限S355Mpa;

Mt1=1/2*d2*Ftan(+V)=0.5×18×10000×tan(4.05°+5.94°)=15853 N·mm； 带入表12-1-2中式4：

4FT cad230.2d311对45号钢： 22故 s3~5s435588.75MPa4

ca88.75Mpa符合强度要求。(5)稳定性校核

在正常情况下，螺杆承受的轴向力

410103158533F必须小于临界载荷Fcr。则螺杆稳3.1415.520.215.5364.56MPa定性条件为：

22Ssc 又临界载荷可按欧拉公式计算，即

FcrSs F2EIa FscL2d化简为：Facm32；

L4d344同时，m2mm，取m2.510;644Fac36075N 又螺杆的稳定性安全系数Ss为：2.5-4，则：

SscFsc360753.6Ss F10000由上式可知，本设计满足螺杆的稳定性设计。

六．螺母设计

1.螺母材料选择为铸锡青铜

则：许用应力b40～60Mpa，30～40Mpa； 其挤压许用应力为：1.4b56～84Mppa，取其平均值为70Mpa;拉伸许用应力为：0.832b32.28～49.92 Mpa，取其平均值为41.1Mpa。

2.螺母尺寸设计：

根据图12-1-2：H=26mm；D2=30mm；D3=42mm；b=6mm;内螺纹大径D4=20.5mm；D1=16mm；

3.强度校核

（1）螺纹牙强度校核

梯形螺纹的螺纹牙根部宽度b0.65P0.6542.6mm 青铜螺母的30~40MPa 考虑剪切强度

F101039.19MPa，所以满足条件 33D4bZ3.1420.5102.6106.5

（2）螺母凸缘拉伸强度校核 拉伸应力：  1.2FD422d21.210000(3010432)(20103)230.56Mpa，满足条件

螺母凸缘与底座接触表面的挤压强度：

pF42(D3D2)242104101033230103214.7MPap，满足条件；

七．手柄设计

1.手柄材料

由于螺旋千斤顶是手动产生力矩，普通碳素钢即可满足强度要求，这里手柄材料选择Q235,许用弯曲应力120Mpa； 2.由前面知道，驱动螺旋运动的驱动力矩

T1=Mt1=1/2*d2*Ftan(+V)=0.5×18×10000×tan(4.05°+5.94°)=15853 N·mm； 同时考虑托杯与螺杆间的摩擦力矩

1D3D1；其中f取0.1-0.12； T2Ff223DD11323143312087Nmm 则T210100.123321423而通常人手施加的力Fb取100N；

故手柄长度L(T1T2)Fb(1585312087)100279.4mm，取280mm； 3.手柄直径设计 考虑手柄弯曲应力：

aTWaa32TT（材料力学第6章）3132d13227940d13312010613.3mm，取15mm； 4.锁定手柄的球状螺钉

为方便手持，球直径取25mm，螺钉M48;;八．底座设计

1.材料

底座需要较好的抗压强度，选用灰口铸铁即可 2.尺寸设计

由于该千斤顶为最大起重10KN，壁厚一般取8-10mm，取10mm； 斜度取1:10；底座下底D5取80mm；则各部分尺寸可以计算得到：

D41.4D598mm，取112mm

螺母凸缘直径D3=42mm;底座上底宽度取60mm则底座高度 底座厚度S(1.52)15mm;

HdD5D3斜度SHb(8060)1015266235mm；

九．托盘设计

1.材料

托盘相对比较薄，需要承受较大的弯曲应力及压应力，且与载重接触面间摩擦很大，需要有较低缺口灵敏性，因此选择铸钢ZG230-450；

2.尺寸

由前面的参数的托盘参数：

厚度1取8mm；D1=14mm；h=D=32mm；底面直径Df=螺杆D直径除去倒角，取30mm；

为了增加稳定性，斜度取1:4，则支撑面直径DWDf2h1;446mm在工作面上开槽减少加工面大小：槽数取4；宽度取10mm；

参考资料

1.《精密机械设计》.庞振基、黄其圣.机械工业出版社 2.《Mechanics of materials fifth eddition》R.C.HIBBELER.3.《工程材料及成型技术》.林建榕.高等教育出版社.4.《机械设计手册（第五版）》第3卷.5.《金属工艺学》.邓文英.郭晓鹏.