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1、螺旋起重器(千斤顶)设计任务书 题 目： 螺旋起重器的设计 学生姓名： 王欣 学 号： 12125736 指导教师： 傅燕鸣 专 业： 机械工程与自动化 上海大学机电工程与自动化学院设计期限：2014年9月18日 2014年10月16日螺旋起重器（千斤顶）设计任务书目录设计目的1设计步骤及注意事项11.螺杆的设计与计算21.1螺杆螺纹类型的选择21.2选取螺杆的材料21.3确定螺杆直径21.4自锁验算31.5结构31.6螺杆强度计算41.7稳定性计算42.螺母的设计与计算52.1.选取螺母材料52.2.确定螺母高度及螺纹工作圈数52.3.校核螺纹牙强度52.4.螺母外径的计算63.托杯的设计与
2、计算74.手柄的设计与计算84.1.手柄材料84.2.手柄长度84.3.手柄直径85.底座的设计及计算96.其他97.效率计算9设计过程及说明设计结果设计目的（1） 熟悉螺旋传动的工作原理，掌握螺旋传动的设计过程和方法，培养机械结构设计能力，初步了解机械设计的一般程序。（2） 学会综合运用所学知识，培养独立解决工程实际问题的能力。（3） 培养查阅机械设计手册及有关技术资料和正确使用国家标准、一般规范的能力，为课程设计及解决机械设计的实际问题打下一定基础。设计步骤及注意事项图 1 螺旋千斤顶1托杯； 2螺钉； 3手柄； 4档环； 5螺母；6紧定螺钉； 7螺杆； 8底座； 9档环设计过程及说明设计
3、结果如上图所示，螺旋起重器（千斤顶）由螺杆、底座、螺母、手柄和托杯等组成。通过转动手柄使螺杆在固定的螺母中边旋转、边相对底座上升或下降，从而能把托杯上的重物举起或放落。装在螺杆头部的托杯应能自由转动，螺杆下端设置安全挡圈，以防止螺杆全部旋出。螺杆千斤顶应具有可靠的自锁性能。在进行螺旋起重器设计时，有些零件（如螺杆和螺母）的主要尺寸是通过理论计算确定的；有些零件的尺寸是根据经验数据、结构需要和工艺条件决定的；还有一些零件是按照标准规格选出的。后两种情况，必要时要进行相应的强度校核。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，千斤顶常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形
4、，牙形角=30，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.12005的规定。千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。因此选用的螺杆螺纹是牙形角=30的单线梯形螺纹。螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。在此选用的是Q275。1.2选取螺杆的材料螺纹中径按螺母螺纹牙面的耐磨性计算，对于梯形螺纹或矩形螺纹，h=0.5P，则有0.8。式中，=1.5，螺母材料为铸铝青铜，故取=20MPa。对于梯形螺纹，可根据d2的计算值查表4-5及表4-6确定螺杆的标准中径d2、大径d、小径d3，螺母的标准中经D2（=d2）、大径D4、小径D1、以及螺距P。1.3确定螺杆直径螺
5、杆螺纹中径，根据求得的此螺纹中径，查表GB/T5796.32005取：螺杆的标准中径，大径，小径。螺母的标准中径，大径，小径。螺距。1.4自锁验算自锁条件是v式中：为螺纹中径处升角；v为摩擦角（非矩形螺纹应为当量摩擦角v=tan-1fv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比摩擦角小1，即vl。f取0.08。符合自锁条件。1.5结构螺杆上端用于支承托杯1并在其中插装手柄3，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，dkdp十0.5mm。由后面的计算可知手柄的直径dp=24mm，所以。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小。退刀槽的宽度可取为b=1
6、.5P=9mm。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螺杆强度计算螺杆工作时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力。按第四强度理论，危险剖面的强度按下式进行校核：其中，F为螺杆所受的轴向压力（N）；螺杆所受的扭矩（Nmm），式中为螺纹中径处升角，为当量摩擦角；为螺杆材料的许用应力（MPa），由前面可知螺杆的材料是Q275，查表得其屈服强度，所以其许用应力，由于千斤顶的载荷是稳定的，许用应力取最大值有。计算：则有：，符合强度计
7、算的条件。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，计算时应注意正确确定螺杆长度系数。当螺杆的柔度s40时，可以不必进行稳定性校核。长度系数=2，螺杆危险截面的惯性半径，螺杆工作长度，则柔度。因此螺杆8590，为中柔度压杆，其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算如下： 未淬火刚：淬火刚：且，满足稳定性要求2.螺母的设计与计算2.1.选取螺母材料螺母材料选用ZCuAl10Fe3。2.2.确定螺母高度及螺纹工作圈数=1.5 H=1.532.5=48.75mm，取整数H=49mm，螺纹工作圈数计算u=8.17。 2.3.校核螺纹牙强度螺纹牙多发生剪切和
8、挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹的强度。 由螺纹牙危险面的剪切强度条件为， 螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为 上式中，b为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65P，L为弯曲力臂，。2.4.螺母外径的计算 螺母的外径D，按螺母悬置部分抗拉强度计算，考虑螺旋副中摩擦转矩的存在，将轴向载荷增大30%，则拉伸强度校核公式为 式中，为螺母材料的许用拉应力，=0.83，为许用弯曲应力，见表21-3。D为螺母外径。解之求得D56.42mm，圆整之后取D=60mm。螺母凸缘支承面上的挤压强度条件为式中，为螺母材料的许用挤压应力，=1.51.7，为许用弯曲应力，见表21-3。D1为螺
9、母凸缘外径。解之求得D175.89mm，所以近似取D1=76mm。螺母凸缘根部的弯曲强度条件为式中，a为螺母凸缘厚度。解之求的a15.23mm，所以近似取a=16mm。螺母凸缘根部的剪切强度条件为式中，为螺母材料的许用剪切应力。由该公式计算得强度条件完全符合。3.托杯的设计与计算托杯用来承托重物，可用铸铁铸成，也可用Q235钢模锻成，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，托杯的主要尺寸按经验公式计算并圆整。S=1.5P=9mm。托杯下端面的设计应满足：4.手柄的设计与计算
10、4.1.手柄材料常选用碳素结构钢Q235或Q275。4.2.手柄长度扳动手柄的力矩应与阻力矩平衡，即。式中，为扳动手柄的里，通常取150200N之间；分别为螺旋副，螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩，按下式计算 则考虑螺杆头部直径及手握的长度，手柄的实际长度为为了减少起重器的存放空间，一般取实际手柄长度不大于起重器的高度，当起重量较大时，可在手柄上套一长套管以增大力臂，达到省力的目的。4.3.手柄直径 手柄直径按弯曲强度设计，即 ，式中，为手柄材料的许用弯曲应力，按计算， 取150MPa。5.底座的设计及计算底座材料选用HT150，铸铁壁厚其主要尺寸根据经验公式求得。H1=L+(1520)=220
11、mmD8=D+(510)=65mmD9=D8+H1/5=109mm直径由底面的挤压强度确定：式中，为接触面材料的许用挤压应力，木材为24MPa，取2MPa。6.其他1.螺母与底座的配合常用。2.为防止螺母转动，应设紧定螺钉。3.为防止托杯脱落和螺杆旋出螺母，在螺杆上，下两端安装安全挡圈。4.为了减少摩擦，磨损及托杯工作时不转动，螺旋副及托杯与螺杆的接触面均需润滑。7.效率计算符合效率条件至此，螺旋起重器（千斤顶）设计完成。牙形角=30的单线梯形螺纹螺杆材料：Q275=1.5p=20MPa螺杆尺寸：螺母尺寸：P=6mm符合自锁条件b=9mmT=105136.5Nmm，符合强度计算的条件i=7.25mml=278.5mm满足稳定性要求H=49mmu=8.17强度满足条件D=60mmD1=76mma=16mm强度符合条件D3=23mmD6=65mmD5=90mmD7=62mmD0=23.5mmB=54mm=10mmS=9mm强度符合LP=1090mmdp=24mmH1=220mmD8=65mmD9=109mmD10=205mm效率满足30%第9页
