螺旋式千斤顶(起重器)设计说明书_螺旋千斤顶设计说明书

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螺旋式千斤顶设计计算说明书

题目: 螺旋式千斤顶 学院: ********学院 班级: ********** 姓名: ****** 日期: 2011年10月8日

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题目:设计螺旋式千斤顶

设计原始数据：

起重量F30kN, 最大起重高度L160mm。

说明：

螺旋起重器的结构见图,螺杆1 是它的主要零件。转动手柄4时，螺杆即转动并上下运动。托杯3直接顶住重物，不随螺杆转动。

对这一装置主要的要求是:保证各零件有足够的强度、耐磨性、能自锁、稳定性合格等。

设计任务：

1.设计计算说明书一份，主要包括千斤顶各部分尺寸的计算，强度，自锁性，稳定性校核等。

2.装配图一张，画出千斤顶的全部结构，标注出必要的尺寸与零件编号，填写标题栏与明细表。

3.零件图一套，画出千斤顶的主要零件，标注出必要的尺寸。

目录

第一章 螺杆的设计与计算...................................................................................3

1-1 螺杆螺纹类型的选择.....................................................................................3 1-2 选取螺杆材料.................................................................................................3 1-3 确定螺杆直径.................................................................................................3 1-4 自锁验算.........................................................................................................4 1-5 结构.................................................................................................................4 1-6 螺杆强度校核.................................................................................................5 1-7 稳定性计算.....................................................................................................5

第二章 螺母设计与计算.......................................................................................7

2-1 选取螺母材料.................................................................................................7 2-2 确定螺母高度H及螺纹工作圈数u.............................................................8 2-3 校核螺纹牙强度.............................................................................................8 2-4 安装要求.........................................................................................................9

第三章 托杯的设计与计算...................................................................................9

3-1 托杯的尺寸计算.............................................................................................9

第四章 手柄设计与计算.....................................................................................10

4-1手柄材料........................................................................................................10 4-2 手柄长度Lp..................................................................................................11 4-3 手柄直径dp..................................................................................................11

第五章 底座设计................................................................................................12

5-1 底座设计与计算...........................................................................................12

参考文献.............................................................................................................12

第一章 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30，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。矩形螺纹牙根强度低，锯齿形螺纹牙型不为等腰梯形，加工成本高。从实用性考虑，故选梯形螺纹，它的基本牙型按GB5796.3—86的规定。1-2 选取螺杆材料

考虑到千斤顶转速较低，单个作用面受力不大，螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。此处选最常用的45钢。1-3 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P及其它尺寸。

根据规定，对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取1.22.5，此处2。螺杆——螺母材料分别为钢——青铜，滑动速度为低速，得许用应力p为1825MPa。取p20MPa。摩擦系数起动时取大值，校核是为安全起见，应以起动时为准，由f值0.080.1，应取f0.1。代入F30kN

d20.8F30kN0.821.91mm [p]220MPa得d221.91mm

查《机械设计课程设计》表14-2，根据梯形螺纹的标准GB5796.3—86，取 螺纹公称直径d26mm，螺距为P5.00mm

其它尺寸：螺杆小径：d320.5mm，螺杆螺母中径：d2D223.5mm 螺母大径：D426.5mm，螺母小径：D121mm

螺母高度：Hd2223.547mm

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arctanf，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1）。cosfarctanfv cosvarctan查《机械设计》教材表5-12，得f= 0.10(取启动时计算用的最大值)arctansnP15arctanarctan3.87 d2d23.14223.5f0.10arctan5.91 coscos15varctan故，3.87v14.91 所以自锁性可以保证。1-5 结构 如右图一:

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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d3约小0.20.5mm，d4d30.5mm20.5mm0.5mm20mm。退刀槽的宽度可取为1.5P。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d3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挡圈(GB892-86)，挡圈用紧定螺钉固定在螺杆端部。

其中：退刀槽宽度为1.5P7.5mm

D13(1.71.9)d1.82646.8mm47mm

(1.41.6)d1.5d39mm

螺栓外径为：0.25d0.25266.5mm

（此处设计所用数据为后面校核后的数据）

1-6 螺杆强度校核

对受

得

224FT22ca323 3d30.2d3其中扭矩

TFtan(v)d223.5mm30103Ntan(3.875.91)60.76Nm 22式中：为螺纹中径处升角，v为当量摩擦角。

查手册GB/T5796.15796.4，45钢的s355Mpa，教材表5-13，安全系数35，取3。

s3355128.33Mpa，故，32234301060.763109.50MPa128.33MPa 233.14220.51030.220.5103 满足要求。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。

Fcr2.54 F螺杆的临界载荷Fcr与柔度s有关，sli，为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取

Hd12lL(1.4~1.6)d，i为螺杆危险截面的惯性半径，危险截面面积A，24则

iId1A4(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)当螺杆的柔度s40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。1-7-1计算柔度

（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i Id43643.14220.51036448.67109m4 iId320.51035.125103m A44（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l

h1(1.82)d22652mm

D大杆(1.61.8)d1.72644.2mm

lHLh123.516052235.5mm 2(3)计算柔度

查教材，取2(一端固定，一端自由)

2235.5103s= 91.9040 3i5.12510l所以需要校核。

1-7-2稳定性计算

（1）计算临界载荷Fcr 6

2EI3.14222001098.67109Fcr77.16KN 232l2235.510(2)稳定性计算

Fcr77.161032.572，在nst2.54.0之内，3F3010所以，稳定性满足要求。1-7-3 挡圈参数选择

1底端挡圈： ○根据GB892-86,由d26mm，得

'¡'D235mm，H25mm，L210mm，d26.6mm，d¡123.2mm，c21mm，螺栓GB5783-85（推荐）M620，圆柱销GB119-86（推荐）A312，垫圈GB93-76（推荐）6mm。2顶端挡圈： ○根据GB892-86,由D1118.2mm，得

'¡'。D328mm，H34mm，L37.5mm，c30.5mm，d¡d35.5mm，132.1mm，螺栓GB5783-85（推荐）M516，圆柱销GB119-86（推荐）A210，垫圈GB93-76（推荐）5mm。

第二章 螺母设计与计算

2-1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。

此处选青铜ZCuSn10Pl。

2-2 确定螺母高度H及螺纹工作圈数u

螺母高度Hd2223.5mm47mm，螺纹工作圈数uH479.4，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数P5uu1.5（u应圆整)。考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10。2-2-1求螺母高度H

Hd2223.5mm47mm 2-2-2 螺纹工作圈数u

uH479.4 P5uu1.510.9 u应圆整, u取11。

2-2-3 螺母实际高度H

HuP11555mm

2-3 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。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。2.3.1螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算 螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：

F； Dbu6Flb 螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为 Db2u螺纹牙危险截面的剪切强度条件为 （b——螺纹牙根的厚度，且b0.65P；D——螺母的螺纹大径；

l——弯曲力, lDD2）2查表，b0.65P（梯形螺纹），h0.5P

取3040Mpa , b取4060Mpa

F3010310.88MPa 故，Dbu3.142270.655102723.56Fl235.15MPab 22Dbu3.14227(0.655)10630103皆满足要求。

2-4安装要求

见图1-2螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用

H8H或8等配合。r7n7为了安装简便，需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为612mm。2-4-1 螺母的相关尺寸 已得：Dd126127mm 内螺纹小径D121mm

D31.5d1.52639mm

D41.4D31.43954.6mm55mm

H55mm

a(0.20.3)H0.255513.75mm14mm

第三章 托杯的设计与计算

3-1托杯的尺寸计算

托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，取材料为Q235。其结构尺寸见右图。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。

pFp 22(D12D11)4式中：p——许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者。Q235: p杯225Mpa；

45钢：p杆570Mpa，取p杯。

D10(2.42.5)d2.452663.7mm64mm D11(0.60.8)d0.72618.2mm18mm D13(1.71.9)d1.82646.8mm47mm D12D13(24)46.8343.8mm44mm h1(1.82)d22652mm 故 pFp 22(D12D11)430103p24.06MPap 3.142(0.043820.01822)4托杯厚度812mm，此处取10mm；

杯底厚度为 1.313mm；沟纹宽度为1.515mm； 沟纹深度为25mm；托杯高度为1.8d1.82646.8mm47mm。

为保证托杯可以转动，螺杆顶端的垫片与托杯底部留有间隙，间隙值为

34mm，因承受力不大，故取值为3mm。

第四章 手柄设计与计算

4-1手柄材料

常用Q235和Q215。选择Q235。4-2手柄长度Lp

板动手柄的力矩：KL'PT1T2 则L'pT1T2 K式中：K——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。考虑一般为间歇工作，工作时间较长机会不多，故取为200N。

T1——螺旋副间的摩擦阻力矩，T1Ftan(v)d2 223.510360.76Nm 2T130103tan(3.875.91)T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2(D12D11)fF/4。(f查手册取0.06)T2(43.818.2)1030.0630103/427.9Nm

则 Lp'T1T260.7627.9443.3mm K200手柄计算长度Lp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，D13(50150)mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在246.8'100566.7mm567mm 手柄上另加套管。因此，手柄实际长度LPLP2手柄实际长度还应加上4-3手柄直径dp

把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为

FKLp0.1d3pF

KLp3200566.710321.14mm 故 dp30.1[F]0.1120106 dp取22mm

式中：F——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q235时，F120Mpa。

第五章 底座设计

5-1 底座设计与计算

底座材料常用铸铁HT150及HT200，选用HT150。铸件的壁厚不应小于812mm，取10mm。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。底座结构及尺寸如图

S(11.5)1.21012mm

H1L(1428)mm16020180mm

Ha5513.7541.25mm42mm

D339mm

D5D324mm39210463mm

D6D34mm394mm43mm

'D70.1HSHa12D620.11801241.25243210mm88.35mm88mmD81.4D71.488.35mm123.69mm124mm

参考文献

1.濮良贵，纪名刚，机械设计.八版.北京：高等教育出版社，2009 2.谈嘉祯，王小群，机械设计基础.北京：中国标准出版社，1996 3.吴宗泽，机械设计实用手册.二版.北京：化学工业出版社，2003 4.朱辉，曹桄，画法几何及工程制图.六版.上海：上海科学技术出版社，2007 5.王伯平，互换性与技术测量.二版.北京：机械工业出版社，2008