上海大学机械设计大作业：螺旋起重器(千斤顶)设计.doc

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1、螺旋起重器(千斤顶)设计任务书设计题目：螺旋起重器（千斤顶）的设计 学 院 机电工程与自动化学院 专 业 机械工程及其自动化 学 号 设 计 者 指导教师 完成日期 2014.10.18 上海大学机电工程与自动化学院设计期限：2014年10月12日 2014年10月28日目 录一、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸. . .31.1螺纹牙型的选择. . . .31.2螺纹基本尺寸. . . .3二、螺杆的设计计算. . . . .32.1材料. . .32.2螺杆结构. . . . .32.3自锁性校核. . . . . .42.4强度校核. . . . .5 2.5稳定性校核. . . .6三、螺母

2、的设计计算. . . . .73.1材料. . . . . . . .73.2螺纹牙工作圈数z. . . . .73.3螺母的结构尺寸. . . . . 73.4螺纹牙强度校核. . .83.5螺母悬置部分强度和螺母凸缘强度校核. . .9四、托杯的设计计算. . . .10五、手柄的设计计算. . . . .115.1材料. . . . .115.2手柄长度. . . . . .125.3手柄直径. . . . . .125.4手柄结构. . . . . .12六、底座的设计计算. . . . . .136.1材料. . . . . . .13 6.2底座结构. . . . .13七、螺旋起

3、重器(千斤顶)效率. . . . . .14八、装配工作图. . . . .15 计 算 及 说 明 主 要 结 果一、 确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸1.1螺纹牙型的选择 滑动螺旋的牙型可以采用梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。其中传动时使用梯形螺纹或矩形螺纹。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好。矩形螺纹效率高但其牙根强度低，加工精度低，目前已经被梯形螺纹所逐渐代替。故在此设计中，采用牙形角的梯形螺纹。1.2螺纹基本尺寸 螺纹中径按照螺母螺纹牙面的耐磨性计算，对于梯形螺纹和矩形螺纹，h=0.5P ,则有 对于整体螺母式中值一般取1.22.5,许用压力可查表。对于梯形螺纹可根据的计算值查表确定

4、螺杆的中径、大径、小径，螺母的标准中径、大径、小径以及螺距P。大径取查表得公称直径（大径），螺距，小径，中径，内螺纹大径，内螺纹小径。二、 螺杆的设计计算2.1材料 螺杆的常用材料为Q235、Q275、35钢和45钢。对于重要传动，要求较高的耐磨性，需进行热处理，可选用40Cr或65Mn。故在此设计中，选用45钢。2.2螺杆结构 螺杆上端需用于支撑托杯和插装手柄，故此处需要加大直径，结构如图2-2所示。图中L为最大起重高度，H为螺母高度，手柄孔径的大小应根据手柄直径决定，一般取。为了便于切制螺纹，应设退刀槽，退刀槽直径为要比螺纹小径小0.20.5mm。退刀槽的宽度应取。为了便于螺杆旋入螺母，螺

5、杆下端应制有倒角，如图，或制成稍小雨小径的短圆柱体。2.3自锁性校核 自锁条件为 式中 -螺纹升角，； -当量摩擦角，； -螺纹牙侧角； -摩擦系数，见表； -螺纹副的当量摩擦因数。由于影响摩擦因数的因素很多，其值并不稳定，为保证千斤顶有可靠的自锁能力，可取 因此，在本设计中；所以，满足自锁条件。2.4强度校核 螺杆工作时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力，升至最高位置时载荷分布如图2-4所示，按照第四强度理论，危险剖面的强度按照下式校核式中 -螺杆所受轴向压力（N）； -螺纹小径（mm）； -螺杆所受扭矩（Nmm）， -螺杆材料的许用压力（MPa）在本设计当中， 则 所以，满足强度条件。2.

6、5稳定性校核 细长的螺杆升至最高位置时，可视为直径为的下端固定上端自由的压杆，为了防止失稳，按照下式校核其稳定性 临界轴向载荷与螺杆的材料、柔度有关，其中柔度计算式为 式中，-螺杆的最大工作长度（mm），按螺杆升至最高位 置时托杯底面到螺母中部的高度计算，即； -长度系数，取； -螺杆危险截面的惯性半径（mm），若螺杆危险截面截面积，轴惯性矩，则。在本设计当中，故对于淬火钢，时 所以，稳定性满足要求。三、 螺母的设计计算3.1材料 螺母和螺杆旋合工作时，应有较高的耐磨性和较低的摩擦因数，通常选用螺母材料比螺杆材料硬度低。耐磨性较好的螺母材料有：注锡青铜ZCuSn10Pb1、注锡锌铅青铜ZCuS

7、n5Pb5Zn5和铸铝铁青铜ZCuAl10Fe3；当低速、轻载或不经常使用时，也可选用耐磨铸铁或者铸铁。故在本设计中，千斤顶选择ZCuAl10Fe3制造此零件。3.2螺纹牙工作圈数z 螺纹牙的工作圈数可按耐磨性计算获得，即 式中 -螺纹牙工作高度，对于梯形和矩形螺纹，。考虑到螺纹牙工作圈数不宜大于10，否则应改选螺母的材料或加大螺纹直径。考虑螺杆退刀槽的影响，螺母螺纹牙的实际圈数应取。工作圈数 H=96=54mm，取整数H=54mm，螺纹工作圈数计算z =9。取3.3螺母的结构尺寸 螺母的结构 如图3-3所示，螺母高度；螺母外径，为内螺纹大径，式中为外螺纹大径，为牙顶间隙，落幕的凸缘外径；螺母

8、凸缘高度。因此，在本次设计当中，3.4螺纹牙强度校核 螺母材料的强度低于螺杆时，只需要校验螺母的螺纹牙强度。螺纹牙根部抗弯强度条件为 螺纹牙根部抗剪强度条件为 式中 -螺纹牙根部厚度，对于梯形螺纹， 为螺纹的螺距 -弯曲力臂，； -螺杆与螺母旋合圈数 -螺母材料的许用弯曲应力 -螺母材料的许用剪切应力在本设计当中：所以，螺纹牙满足强度条件。3.5螺母悬置部分强度和螺母凸缘强度校核 螺母下端悬置，承受拉力；螺母凸缘支撑面会发生挤压破坏；凸缘根部可能会因抗弯强度不够而破坏。因此，必要时应对螺母悬置部分德尔抗拉强度、螺母凸缘支撑面的挤压强度以及螺母凸缘根部的抗弯强度进行校核计算。（1）螺母悬置部分横

9、截面上的抗拉强度条件为 式中 -螺母材料的许用拉应力，=0.83 -螺母外径在本设计当中：所以，螺母悬置部分横截面满足强度条件。（2）螺母凸缘支撑面上的挤压强度条件为-螺母材料的许用挤压应力，=(1.51.7)-螺母凸缘外径在本设计当中：所以，螺母凸缘支撑面满足强度条件。（3）螺母凸缘根部的弯曲强度条件为式中 -螺母凸缘厚度在本设计当中：所以，螺母凸缘根部满足强度条件。（4）螺母凸缘根部的剪切条件为 式中 -螺母材料的许用剪切应力本设计当中：所以，螺母凸缘根部满足剪切条件。综上，经检验，螺母满足各强度条件。四、 托杯的设计计算 托杯是用来承托重物的，可选铸铁、铸钢或Q235，具体结构如图4-1

10、。 为了防止托杯和重物之间产生相对滑动，在托杯上表面制有切口和沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应该装有挡圈。当螺杆转动时，托杯和被起重物均不转动。因此在举重时，托杯底部与螺杆的接触面间有相对滑动。为了防止接触面过快的磨损，一方面要润滑接触面，另一方面还要校核期间压力，即 式中-许用压力 、-托杯结构尺寸选用钢作为托杯材料。所以，满足条件。五、 手柄的设计计算5.1材料 手柄材料选择碳素结构钢Q235。5.2手柄长度 由图2-4可知，扳动手柄的力矩应该和阻力矩平衡，即，则 式中 -扳动手柄的力，通常取150200N -螺旋副的摩擦阻力矩 -螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩手柄计算长度是

11、螺杆中心至人手施力点间的距离。考虑到螺杆头部尺寸及手握的距离，手柄实际长度为为了减小千斤顶的空间，一般取实际手柄长度不大于千斤顶的高度。当举重较大时，可在手柄上套一长套管，以增大力臂达到省力的目的。5.3手柄直径 把手柄看成一个悬臂梁，按抗弯强度设计，即 式中，-手柄材料许用弯曲应力，5.4手柄结构 为了防止手柄从螺杆中滑出，在手柄两端应设有挡圈，如图所示，并用螺钉固定或铆合。六、 底座的设计计算6.1材料 底座材料常选用铸铁HT150、HT200，当起重较大时可选用铸钢。故选用HT200。6.2底座结构 底座铸件的厚度不应该小于810mm，为了增加底座的稳定性，故须将外形制成1:10的斜度，如图6-2所示，直径由下式决定 在本设计当中：取七、 螺旋起重器(千斤顶)效率 当螺旋转过一周后，输入功，此时举升重物的有效功为 故式中S-螺纹的导程在本设计当中：所以，符合效率条件。八、 装配工作图牙形角=30的单线梯形螺纹螺杆尺寸：螺母尺寸：螺杆材料：45钢符合自锁条件T=107.1KN.mmx符合强度计算的条件满足稳定性要求满足强度条件满足强度条件 满足强度条件满足强度条件满足剪切条件D3=21.6mmD6=61.2mmD5=90mmD7=59.2mmD0=22.1mmB=50.4mm=10mm满足强度条件取符合效率条件