螺旋千斤顶设计.doc

1、螺旋千斤顶设计说明书学 院 班 级 设 计 者 指导教师 成 绩 2010年10月 27日设计题目： 设计一螺旋千斤顶设计条件：1、起重重量 F = 40 kN；2、起重高度 H =200 mm。设计工作量：绘制总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表；编写设计说明书一份。1.螺旋起重器设计方案确定与材料选择1.1 结构设计方案 以往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升或下降，而达到起重拉力的功能。螺旋起重器（千斤顶）是一种人力起重的简单机械，主要用于起升重物。手动螺旋千斤顶主要包括底座、棘轮、圆锥齿轮副、托杯、传动螺纹副等

2、部分。千斤顶最大起重量是其最主要的性能指标之一。千斤顶在工作过程中，传动螺纹副承 受主要的工作载荷，螺纹副工作寿命决定千斤顶使用寿命，故传动螺纹副的设计最为关键，其设计与最大起重量、螺纹副材料、螺纹牙型以及螺纹头数等都有关系。手动螺旋千斤顶在满足设计性能和要求的前提下，从结构紧凑、减轻重量、节省材料和降低成本考虑。在给出千斤顶最大起重量、传动螺纹副材料及其屈服应力、螺 纹头数等基本设计要求和圆锥齿轮副等已定的情况下，可从螺纹副设计着手考虑，使螺纹副所用材料最少，即在满足设计性能的情况下，传动螺杆、螺母所占体积最少。1.2 选择主要结构材料1.螺杆材料要有足够强度和耐磨性，一般用45钢，经调质处

3、理，硬度220250HBS2.螺母材料除要有足够强度外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦因数小和耐磨，可用铸铝铁青铜（）。2. 滑动螺旋起重器的设计计算2.1 耐磨性计算 耐磨性条件校核计算式为 （1） 式中，F螺杆所受轴向载荷，/； 螺纹中径，/ ； h螺纹工作高度，/ 。h0.5(dD1)，d为螺杆大径，D1为螺母小径； 螺纹工作圈数，一般最大不宜超过10圈。 ，H为螺母高度，P为螺纹螺距。 p 螺旋副材料的许用压力，/。可取 。 对梯形螺纹，h0.5P，式（1）可演化为设计计算式： (2) 由于一般情况下=1.22.5，取=1.9（梯形螺纹）；查表5-12，p取22Mpa 取 =2.0=24

4、.74mm查表，取：公称直径 中径 小径 大径 螺距=9.8H=58.9mm所以，=9.82.2 自锁性校核计算 自锁条件是yjv，式中：y为螺纹中径处升角；jv为当量摩擦角（当量摩擦角jv =arctanfv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1。查教材表6.7，fv取0.09y =arctan(n p / p d2)=arctan（16/3.1431）=3.5fv=arctan0.09=5.14故，y=3.5fv-12.3 螺杆的强度计算 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(6.23)，s其中扭矩=40103tan(3.5+5.14) =

5、94.2 Nm式中：y为螺纹中径处升角，fv为当量摩擦角。查手册，45钢，=355MPas=118.3MPa又因为d1 =28mm故，=68.4MPas=118.3MPa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 / F 2.5 4螺杆的临界载荷Fcr与柔度s有关，s=m l/i，m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lH+5t+(1.41.6)d，i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=pd12/4，则(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)当螺杆的柔度s40时，可以不必进行稳定性校核。计算

6、时应注意正确确定。计算柔度 （1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和iI=3.010-8m4=710-3m（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度llH+5p+(1.41.6)d =200+56+1.534=281mm(3) 计算柔度查教材，m取2(一端固定，一端自由)查机械设计手册，E取205GPas=m l/i=80.29稳定性计算（1）计算临界载荷Fcr Fcr=191.98103N(2) 稳定性计算=4.80 2.5 42.4 螺母螺纹的强度计算 如将一圈螺纹牙沿螺母的大径D展开，则可看作宽度为的悬臂梁。螺母每圈螺纹所受的平均压力为，并作用在以螺纹中径D2为直径的圆周上，则螺纹危险截面aa

7、上的剪切强度条件为： 螺纹危险截面aa上的弯曲强度条件为： 式中 螺纹牙根部的厚度。，P为螺纹螺距; 弯曲力臂，/mm。；螺母材料的许用切应力；可取；螺母材料的许用弯曲应力；可取。 ： 取 螺纹牙的剪切强度安全 取 故螺纹牙的弯曲强度安全。2.5螺母外径与凸缘的强度计算 在起重载荷F作用下，螺母下段悬置部分有拉伸应力，螺母凸缘与底座的接触面上会产生挤压压力，凸缘根部则有弯曲及剪切应力。它们的强度条件计算式分别为：螺母下段悬置部分的抗拉强度条件为： （7） 螺母凸缘的挤压强度条件为： （8）螺母凸缘根部的弯曲强度条件为： （9）螺母凸缘根部的剪断很少发生，强度计算可从略。式中 螺母材料的许用拉伸

8、应力，/。可取螺母材料的许用挤压应力，/。可取 。 取 取所以 故抗拉强度安全 故取 故挤压强度安全。 a=0.3H=17.67mm取a=18mm=23.59MPa 所以弯曲强度安全。2.6手柄设计 计算操作力矩T ： T （10） 式中 T1 螺旋副螺纹牙间的摩擦力矩，即螺杆所受扭矩，/。 T2螺杆与托杯底面间的摩擦力矩，/。 T2 （11） F 起升力，/；螺杆与托杯底面间的摩擦因数，可取； 螺杆与托杯底面接触环面的外径，/；螺杆与托杯底面接触环面的内径，/；扳动手柄的操作力，/N。一般可取250；计算手柄弯曲强度由手柄弯曲强度条件 可得手柄直径计算式： 式中 手柄材料的许用弯曲应力，/。

9、一般可选Q235，其 125。 取 故取 所以 因为要大于等于，为更省力，所以选取手柄长为 所以取。2.7底座的设计图6：底座设计示意图 底座材料常用铸铁（HT100）（图6），铸件的壁厚不应小于，取为，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112的斜度。图中 =+ +式中 底座下枕垫物的许用挤压应力。具体数值为： 取 2.8托杯的设计托杯用来承托重物，选用铸钢ZG230-450制成，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。其经验设计结构尺寸见图，具体设计计算尺寸如下： 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。查表得铸钢ZG230-450的屈服强度为230Mpa即许用压强230；故p，满足压力强度要求。d=34mmd2=31mmD1=28mmP=6mmH=58.9mm=9.8符合自锁条件螺杆强度校核正确螺母螺纹强度校核正确a=18mmD3=51mmD4=71.4mm螺母外径与凸缘校核正确- 14 -