第一篇：螺旋式千斤頂(起重器)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

****大學(xué)

螺旋式千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書

題目: 螺旋式千斤頂 學(xué)院: ********學(xué)院 班級(jí): ********** 姓名: ****** 日期: 2011年10月8日

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題目:設(shè)計(jì)螺旋式千斤頂

設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：

起重量F?30kN, 最大起重高度L?160mm。

說(shuō)明：

螺旋起重器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖,螺桿1 是它的主要零件。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄4時(shí)，螺桿即轉(zhuǎn)動(dòng)并上下運(yùn)動(dòng)。托杯3直接頂住重物，不隨螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。

對(duì)這一裝置主要的要求是:保證各零件有足夠的強(qiáng)度、耐磨性、能自鎖、穩(wěn)定性合格等。

設(shè)計(jì)任務(wù)：

1.設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份，主要包括千斤頂各部分尺寸的計(jì)算，強(qiáng)度，自鎖性，穩(wěn)定性校核等。

2.裝配圖一張，畫出千斤頂?shù)娜拷Y(jié)構(gòu)，標(biāo)注出必要的尺寸與零件編號(hào)，填寫標(biāo)題欄與明細(xì)表。

3.零件圖一套，畫出千斤頂?shù)闹饕慵?，?biāo)注出必要的尺寸。

目錄

第一章 螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算...................................................................................3

1-1 螺桿螺紋類型的選擇.....................................................................................3 1-2 選取螺桿材料.................................................................................................3 1-3 確定螺桿直徑.................................................................................................3 1-4 自鎖驗(yàn)算.........................................................................................................4 1-5 結(jié)構(gòu).................................................................................................................4 1-6 螺桿強(qiáng)度校核.................................................................................................5 1-7 穩(wěn)定性計(jì)算.....................................................................................................5

第二章 螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算.......................................................................................7

2-1 選取螺母材料.................................................................................................7 2-2 確定螺母高度H及螺紋工作圈數(shù)u.............................................................8 2-3 校核螺紋牙強(qiáng)度.............................................................................................8 2-4 安裝要求.........................................................................................................9

第三章 托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算...................................................................................9

3-1 托杯的尺寸計(jì)算.............................................................................................9

第四章 手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算.....................................................................................10

4-1手柄材料........................................................................................................10 4-2 手柄長(zhǎng)度Lp..................................................................................................11 4-3 手柄直徑dp..................................................................................................11

第五章 底座設(shè)計(jì)................................................................................................12

5-1 底座設(shè)計(jì)與計(jì)算...........................................................................................12

參考文獻(xiàn).............................................................................................................12

第一章 螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算

1-1 螺桿螺紋類型的選擇

螺紋有矩形、梯形與鋸齒形，常用的是梯形螺紋。

梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角??30?，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)。矩形螺紋牙根強(qiáng)度低，鋸齒形螺紋牙型不為等腰梯形，加工成本高。從實(shí)用性考慮，故選梯形螺紋，它的基本牙型按GB5796.3—86的規(guī)定。1-2 選取螺桿材料

考慮到千斤頂轉(zhuǎn)速較低，單個(gè)作用面受力不大，螺桿材料常用Q235、Q275、40、45、55等。此處選最常用的45鋼。1-3 確定螺桿直徑

按耐磨性條件確定螺桿中徑d2。求出d2后，按標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)公稱直徑d、螺距P及其它尺寸。

根據(jù)規(guī)定，對(duì)于整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)多，故取??1.2?2.5，此處??2。螺桿——螺母材料分別為鋼——青銅，滑動(dòng)速度為低速，得許用應(yīng)力?p?為18?25MPa。取?p??20MPa。摩擦系數(shù)起動(dòng)時(shí)取大值，校核是為安全起見(jiàn)，應(yīng)以起動(dòng)時(shí)為準(zhǔn)，由f值0.08?0.1，應(yīng)取f?0.1。代入F?30kN

d2?0.8F30kN?0.8?21.91mm ?[p]2?20MPa得d2?21.91mm

查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表14-2，根據(jù)梯形螺紋的標(biāo)準(zhǔn)GB5796.3—86，取 螺紋公稱直徑d?26mm，螺距為P?5.00mm

其它尺寸：螺桿小徑：d3?20.5mm，螺桿螺母中徑：d2?D2?23.5mm 螺母大徑：D4?26.5mm，螺母小徑：D1?21mm

螺母高度：H??d2?2?23.5?47mm

1-4 自鎖驗(yàn)算

自鎖條件是???v，式中：?為螺紋中徑處升角；?v為當(dāng)量摩擦角（當(dāng)量摩擦角?v?arctanf，為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要比當(dāng)量摩擦角小1?）。cos?f?arctanfv cos????v?arctan查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表5-12，得f= 0.10(取啟動(dòng)時(shí)計(jì)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? 所以自鎖性可以保證。1-5 結(jié)構(gòu) 如右圖一:

螺桿上端用于支承托杯10并在其中插裝手柄7，因此需要加大直徑。手柄孔徑dk的大小根據(jù)手柄直徑dp決定，dk?dp?0.5mm。為了便于切制螺紋，螺紋上端應(yīng)設(shè)有退刀槽。退刀槽的直徑d4應(yīng)比螺桿小徑d3約小0.2?0.5mm，d4?d3?0.5mm?20.5mm?0.5mm?20mm。退刀槽的寬度可取為1.5P。為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應(yīng)有倒角或制成稍小于d3的圓柱體。為了防止工作時(shí)螺桿從螺母中脫出，在螺桿下端必須安置擋圈(GB892-86)，擋圈用緊定螺釘固定在螺桿端部。

其中：退刀槽寬度為1.5P?7.5mm

D13?(1.7?1.9)d?1.8?26?46.8mm?47mm

(1.4?1.6)d?1.5d?39mm

螺栓外徑為：0.25d?0.25?26?6.5mm

（此處設(shè)計(jì)所用數(shù)據(jù)為后面校核后的數(shù)據(jù)）

1-6 螺桿強(qiáng)度校核

對(duì)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：?為螺紋中徑處升角，?v為當(dāng)量摩擦角。

查手冊(cè)GB/T5796.1?5796.4，45鋼的?s?355Mpa，教材表5-13，安全系數(shù)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?????? 滿足要求。1-7穩(wěn)定性計(jì)算

細(xì)長(zhǎng)的螺桿工作時(shí)受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)，為此應(yīng)按穩(wěn)定性條件驗(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性。

Fcr?2.5?4 F螺桿的臨界載荷Fcr與柔度?s有關(guān)，?s??li，?為螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)，與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有關(guān)，l為舉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為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑，危險(xiǎn)截面面積A?，24則

i?Id1?A4(I為螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩)當(dāng)螺桿的柔度?s?40時(shí)，可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意正確確定。1-7-1計(jì)算柔度

（1）計(jì)算螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩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大桿?(1.6?1.8)d?1.7?26?44.2mm

l?H?L?h1?23.5?160?52?235.5mm 2(3)計(jì)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穩(wěn)定性計(jì)算

（1）計(jì)算臨界載荷Fcr 6

?2EI3.1422?200?109?8.67?10?9Fcr???77.16KN 2?32??l??2?235.5?10?(2)穩(wěn)定性計(jì)算

Fcr77.16?103??2.572，在nst?2.5?4.0之內(nèi)，3F30?10所以，穩(wěn)定性滿足要求。1-7-3 擋圈參數(shù)選擇

1底端擋圈： ○根據(jù)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（推薦）M6?20，圓柱銷GB119-86（推薦）A3?12，墊圈GB93-76（推薦）6mm。2頂端擋圈： ○根據(jù)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（推薦）M5?16，圓柱銷GB119-86（推薦）A2?10，墊圈GB93-76（推薦）5mm。

第二章 螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算

2-1選取螺母材料

螺母材料一般可選用青銅，對(duì)于尺寸較大的螺母可采用鋼或鑄鐵制造，其內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金。

此處選青銅ZCuSn10Pl。

2-2 確定螺母高度H?及螺紋工作圈數(shù)u

螺母高度H??d2?2?23.5mm?47mm，螺紋工作圈數(shù)u?H47??9.4，考慮退刀槽的影響，實(shí)際螺紋圈數(shù)P5u??u?1.5（u?應(yīng)圓整)?？紤]到螺紋圈數(shù)u越多，載荷分布越不均，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 螺紋工作圈數(shù)u

u?H47??9.4 P5u??u?1.5?10.9 u?應(yīng)圓整, u?取11。

2-2-3 螺母實(shí)際高度H?

H??u?P?11?5?55mm

2-3 校核螺紋牙強(qiáng)度

一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。螺母的其它尺寸見(jiàn)圖。必要時(shí)還應(yīng)對(duì)螺母外徑D3進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。2.3.1螺紋牙的剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度計(jì)算 螺紋牙的剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度條件分別為：

F????； ?Dbu6Fl???b? 螺紋牙危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件為 ???Db2u螺紋牙危險(xiǎn)截面的剪切強(qiáng)度條件為 ??（b——螺紋牙根的厚度，且b?0.65P；D——螺母的螺紋大徑；

l——彎曲力, l?D?D2）2查表，b?0.65P（梯形螺紋），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?皆滿足要求。

2-4安裝要求

見(jiàn)圖1-2螺母壓入底座上的孔內(nèi)，圓柱接觸面間的配合常采用

H8H或8等配合。r7n7為了安裝簡(jiǎn)便，需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，還應(yīng)裝置緊定螺釘，緊定螺釘直徑常根據(jù)舉重量選取，一般為6?12mm。2-4-1 螺母的相關(guān)尺寸 已得：D?d?1?26?1?27mm 內(nèi)螺紋小徑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 托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算

3-1托杯的尺寸計(jì)算

托杯用來(lái)承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，取材料為Q235。其結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)右圖。為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應(yīng)裝有擋板。

當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，托杯和重物都不作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

因此在起重時(shí)，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對(duì)滑動(dòng)，為了避免過(guò)快磨損，一方面需要潤(rùn)滑，另一方面還需要驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度。

p?F??p? 22?(D12?D11)4式中：?p?——許用壓強(qiáng)，應(yīng)取托杯與螺桿材料?p?的小者。Q235: ?p?杯?225Mpa；

45鋼：?p?桿?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，此處取??10mm；

杯底厚度為 1.3??13mm；溝紋寬度為1.5??15mm； 溝紋深度為?2?5mm；托杯高度為1.8d?1.8?26?46.8mm?47mm。

為保證托杯可以轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿頂端的墊片與托杯底部留有間隙，間隙值為

3?4mm，因承受力不大，故取值為3mm。

第四章 手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算

4-1手柄材料

常用Q235和Q215。選擇Q235。4-2手柄長(zhǎng)度Lp

板動(dòng)手柄的力矩：K?L'P?T1?T2 則L'p?T1?T2 K式中：K——加于手柄上一個(gè)工人的臂力，間歇工作時(shí)，約為150～250N，工作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)為100～150N?？紤]一般為間歇工作，工作時(shí)間較長(zhǎng)機(jī)會(huì)不多，故取為200N。

T1——螺旋副間的摩擦阻力矩，T1?Ftan(???v)d2 223.5?10?3?60.76N?m 2T1?30?103tan(3.87??5.91?)?T2——托杯與軸端支承面的摩擦力矩，T2?(D12?D11)fF/4。(f查手冊(cè)取0.06)T2?(43.8?18.2)?103?0.06?30?10?3/4?27.9N?m

則 Lp?'T1?T260.76?27.9??443.3mm K200手柄計(jì)算長(zhǎng)度Lp是螺桿中心到人手施力點(diǎn)的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，D13?(50?150)mm。手柄實(shí)際長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)千斤頂，使用時(shí)可在246.8'?100?566.7mm?567mm 手柄上另加套管。因此，手柄實(shí)際長(zhǎng)度LP?LP?2手柄實(shí)際長(zhǎng)度還應(yīng)加上4-3手柄直徑dp

把手柄看成一個(gè)懸臂梁，按彎曲強(qiáng)度確定手柄直徑dp，其強(qiáng)度條件為

?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?——手柄材料許用彎曲應(yīng)力，當(dāng)手柄材料為Q235時(shí)，??F??120Mpa。

第五章 底座設(shè)計(jì)

5-1 底座設(shè)計(jì)與計(jì)算

底座材料常用鑄鐵HT150及HT200，選用HT150。鑄件的壁厚?不應(yīng)小于8?12mm，取??10mm。為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應(yīng)大些，因此將其外形制成1∶10的斜度。底座結(jié)構(gòu)及尺寸如圖

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

參考文獻(xiàn)

1.濮良貴，紀(jì)名剛，機(jī)械設(shè)計(jì).八版.北京：高等教育出版社，2009 2.談嘉禎，王小群，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996 3.吳宗澤，機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè).二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 4.朱輝，曹桄，畫法幾何及工程制圖.六版.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2007 5.王伯平，互換性與技術(shù)測(cè)量.二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008

第二篇：千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書

哈爾濱工業(yè)大學(xué)

機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書

題目：設(shè)計(jì)螺旋起重器（千斤頂）系別： 班號(hào)： 姓名：

日期：2014.10.12

哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)任務(wù)書

題 目：設(shè)計(jì)螺旋起重器

設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)： 起重量：FQ=30KN 最大起重高度：H=180mm

目 錄

1.選擇螺桿、螺母的材料·······································3 2.耐磨性計(jì)算··················································3 3.螺桿強(qiáng)度校核················································4 4.螺母螺紋牙的強(qiáng)度校核······································4 5.自鎖條件校核················································5 6.螺桿的穩(wěn)定性校核···········································5 7.螺母外徑及凸緣設(shè)計(jì)·········································6 8.手柄設(shè)計(jì)····················································6 9.底座設(shè)計(jì)····················································7 10.其他零件設(shè)計(jì)··············································8 11.繪制螺旋起重器（千斤頂）裝配圖·························8 12.參考文獻(xiàn)···················································8

1.選擇螺桿、螺母的材料

考慮到螺桿承受重載，需要有足夠的強(qiáng)度，因此選用45鋼，需要調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻(xiàn)[3]表10.2查得45鋼的抗拉強(qiáng)度σb=600MPa，屈服強(qiáng)度

σs=355MPa。

螺母是在重載低速的工況下使用的，并且要求與螺桿材料配合時(shí)的摩擦系數(shù)小、耐磨，因此，螺母的材料選擇鑄造鋁青銅ZCuAl10Fe3。

2.耐磨性計(jì)算

螺桿選用45鋼，螺母選用鑄造鋁青銅ZCuAl10Fe3，由參考文獻(xiàn)[1]表5.8查得，鋼對(duì)青銅的許用壓強(qiáng)[p]=18~25MPa，由表5.8注釋查得，人力驅(qū)動(dòng)時(shí)，[p]值可提高約20%，即[p]=21.6~30MPa,取[p]=25MPa。由參考文獻(xiàn)[1]表5.8查得，對(duì)于整體式螺母，系數(shù)ψ=1.2~2.5，取ψ=2.5。

按照耐磨性條件設(shè)計(jì)螺桿螺紋中徑d2，選用梯形螺紋，則螺紋的耐磨性條件為

ps=

FQp?d2hH≤[p]

H以消去H，得 d2計(jì)算螺紋中徑d2時(shí)，引入系數(shù)ψ=

FQp

d2≥0.8??h[p]FQ

對(duì)于梯形螺紋，h=0.5p，則

d2≥0.8?[p]=0.830000=19.6mm 2?25以上三式中，F(xiàn)Q—螺旋的軸向載荷，N；

p —螺距，mm；

d2—螺紋中徑，mm；

h —螺紋工作高度，mm；

H—螺母旋合高度，mm；

ps—螺紋工作面上的壓強(qiáng)，MPa；

[p]—許用壓強(qiáng)，MPa。

根據(jù)螺紋中徑d2的取值范圍，由文獻(xiàn)[3]表11.5查得，取螺桿的公稱直徑d=32mm，螺距p=6mm，中徑d2=29mm，小徑d1=25mm，內(nèi)螺紋大徑D4=33mm。

說(shuō)明：此處如果選擇螺桿的公稱直徑d=24mm，螺距p=3mm，中徑d2=22.5mm，小徑d1=20.5mm，內(nèi)螺紋大徑D4=24.5mm，螺桿的強(qiáng)度校核不滿足要求。

3.螺桿強(qiáng)度校核

螺桿的斷面承受軸向載荷FQ和螺紋副摩擦轉(zhuǎn)矩T1。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度理論為

?4FQ??16T1?????≤ [σ]

σ=

??d2??3??d3??1??1?式中：FQ—軸向載荷，N；

d1—螺紋小徑，mm；

T1—螺紋副摩擦力矩，N·mm，T1=FQtan(ψ+ρ’）

d2； 22

2[σ]—螺桿材料強(qiáng)度的許用應(yīng)力，MPa，[σ]=

?s。3~5查參考文獻(xiàn)[1]表5.10，鋼對(duì)青銅的當(dāng)量摩擦系數(shù)f ‘=0.08~0.10,取 f ‘=0.09，則螺紋副當(dāng)量摩擦角ρ’=arctan f ‘=arctan0.09=5.1427°。

ψ為螺紋升角，ψ=arctan

1?6np=arctan=3.7679°。

??29?d2把已知的數(shù)據(jù)帶入T1的計(jì)算公式中，則得

T1=30000?tan(3.7679°+5.1427°)=68201N·mm

2代入強(qiáng)度計(jì)算公式，則

?4?30000??16?68201??3?

σ=????=72.2MPa 23??25??25????22由參考文獻(xiàn)[1]表5.9可以查得螺桿材料的許用應(yīng)力[σ]=

?s，3~5σs=355MPa，[σ]=71~118MPa,取[σ]=95MPa。

顯然，σ≤[σ]，螺桿滿足強(qiáng)度條件。4.螺母螺紋牙的強(qiáng)度校核 由系數(shù)ψ=

H可求得螺母的旋合高度H=ψ×d2=2×29=58mm。d2螺母螺紋牙根部的剪切強(qiáng)度條件為

τ=

FQ?ZD4b≤[τ]

式中：FQ—軸向載荷，N；

D4—螺母螺紋大徑，mm；

Z—螺紋旋合圈數(shù)，Z=

H58==9.7，取Z=10； p64

b—螺紋牙根部厚度，對(duì)于梯形螺紋，b=0.65p=0.65×6=3.9mm。代入數(shù)值計(jì)算得

30000

τ==7.4MPa

??10?33?3.9查參考文獻(xiàn)[1]表5.9得螺母材料的許用剪切應(yīng)力[τ]=30~40MPa，顯然，τ≤[τ]。

螺紋牙根部的彎曲強(qiáng)度條件為

σb=

3FQl?ZD4b2≤[σb]

式中：l—彎曲力臂，l=

D4?d233?29==2mm；

FQ—軸向載荷，N；

D4—螺母螺紋大徑，mm；

Z—螺紋旋合圈數(shù)，Z=

H58==9.7，取Z=10； p6

b—螺紋牙根部厚度，對(duì)于梯形螺紋，b=0.65p=0.65×6=3.9mm。代入數(shù)值計(jì)算得

3?30000?2

σb==11.4MPa

??10?33?3.92查參考文獻(xiàn)[1]表5.9得螺母材料的許用彎曲應(yīng)力[σb]=40~60MPa。顯然，σb≤[σb]，由上述計(jì)算分析可知，螺母螺紋牙滿足強(qiáng)度條件。5.自鎖條件校核 由ψ=3.7679°，ρ’=5.1427°，得

ψ≤ρ’ 因此，滿足自鎖性條件。6.螺桿的穩(wěn)定性校核 受壓螺桿的穩(wěn)定性條件為

Fc≥2.5~4 FQ式中：Fc—螺桿穩(wěn)定的臨界載荷，N；

FQ—螺桿所受軸向載荷，N。

螺桿的柔度值為

λ=

4?l d1式中：l—螺桿的最大工作長(zhǎng)度，mm。當(dāng)螺桿升到最高位置時(shí)，取其頂端承受載荷的截面到螺母高度中點(diǎn)的距離作為最大工作高度，則

l=180+

H螺母2+h手柄座+l退刀槽

查參考文獻(xiàn)[3]表11.25得，l退刀槽=7.5mm。手柄直徑d手柄=24mm(將在手柄設(shè)計(jì)中給出這一尺寸的計(jì)算），由結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)驗(yàn)公式得

h手柄座=（1.8~2）d手柄=43.2~48mm 取h手柄座=44mm。

代入數(shù)值計(jì)算得

l=180+29+44+7.5=260.5mm

μ—長(zhǎng)度系數(shù)，對(duì)于千斤頂，可看作一端固定，一端自由，故取μ=2。代入以上數(shù)值計(jì)算得

λ=

4?2?260.5=83.36

25對(duì)于45鋼調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火），當(dāng)λ<85時(shí)，有

?d1490490???252? Fc===100648.8 N 41?0.0002?21?0.0002?83.362?42??于是有

Fc100648.8= =3.35≥2.5

30000FQ因此，螺桿滿足穩(wěn)定性條件。

7.螺母外徑及凸緣設(shè)計(jì)

螺母外徑由結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)驗(yàn)公式得

D2 ≈1.5d=1.5×32=48mm 螺母凸緣外徑由結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)驗(yàn)公式得

D3 ≈1.4D2=1.4×48=67mm 螺母凸緣厚度由結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)驗(yàn)公式得

b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×58=11.6~17.4mm 取b=14mm。

8.手柄設(shè)計(jì)

加在手柄上的力需要克服螺紋副之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩和托杯支撐面之間的摩擦力矩。

設(shè)F為加在手柄上的力，取F=200N，L為手柄長(zhǎng)度，則

FL=T1+T2

式中：T1—螺紋副之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩，N·mm；

T2—托杯支撐面之間的阻力矩，N·mm。由前述計(jì)算可得

T1=68201N·mm

331?D??2~4????D1?2?

T2=fFQ3?D??2~4??2??D?2?21

式中：D—手柄座直徑，mm，由結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)驗(yàn)公式得

D=(1.6~1.8)d=(1.6~1.8)×32=51.2~57.6mm 取D=52mm；

D1—螺柱與托杯連接處直徑，mm，由結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)驗(yàn)公式得

D1=(0.6~0.8)d=(0.6~0.8)×32=19.2~25.6mm 取D1=22mm。

托杯選用鑄鐵，手柄選用Q215，摩擦因數(shù)f=0.12，則

?52?4???22?2?=67200N·mm T2=?0.12?30000?3?52?4?2??22?2?233于是有

L=T1?T268201?67200=≈677mm

200F取L=200mm，加套筒長(zhǎng)500mm。

手柄直徑

d手柄≥3FL

0.1??b?查教材可知[σb]=

?s1.5~2，查參考文獻(xiàn)[3]可知，σs=205MPa,則

[σb]=102.5~136.7MPa，取[σb]=110MPa。

代入數(shù)值計(jì)算得

d手柄≥3200?677=23.1mm

0.1?110取手柄直徑d手柄=24mm。

9.底座設(shè)計(jì)

螺桿下落到最低點(diǎn)，再留10~30mm空間，底座鑄造拔模斜度1:10，厚度選擇8mm。

D5由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，則D5=128mm。由結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)驗(yàn)公式得

D4=1.4D5=1.4×128=179mm 結(jié)構(gòu)確定后，校核底面的擠壓應(yīng)力

σp=

FQ??D424?D52?=

30000??17947

2?1282?=2.4MPa

底面材料選用HT100，查參考文獻(xiàn)[3]表10.3得，當(dāng)鑄件壁厚δ=2.5~10

時(shí)，σb≥130MPa，[σp]=(0.4~0.5)σb=(0.4~0.5)×130=52~65MPa。

顯然，σp≤[σp]，滿足設(shè)計(jì)要求。

10.其他零件設(shè)計(jì)

⑴ 螺桿頂部和底部的擋圈及螺釘尺寸設(shè)計(jì)

螺桿底部必須有一個(gè)擋圈，并用螺釘加以固定，以防止螺桿全部從螺母中旋出。托杯在相應(yīng)的位置也要設(shè)置擋圈，以防止托杯與螺桿脫離。

擋圈的直徑略大于螺桿外徑，所以，頂部擋圈直徑取為26mm，底部擋圈直徑取為36mm。

根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)驗(yàn)公式得螺釘大徑為

d3=(0.25~0.3)D1=(0.25~0.4)×22=5.5~8.8mm 取其直徑為M8，根據(jù)GB/T 5783—2000確定其他尺寸。

⑵ 緊定螺釘尺寸設(shè)計(jì)

對(duì)于螺母與底座分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，為了防止螺母隨螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，必須用緊定螺釘加以固定，緊定螺釘?shù)闹睆饺镸6，根據(jù)GB/T71—1985確定其他尺寸。

⑶ 托杯尺寸設(shè)計(jì)

托杯直徑根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式得

DT=(2.0~2.5)d=(2.0~2.5)×32=64~80mm 取DT=70mm。

托杯高度根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式得 h=(0.8~1)D=(0.8~1)×52=41.6~52mm 取h=42mm。

托杯頂部開(kāi)槽的槽深和槽寬根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得

a=6~8mm

t=6~8mm 取a=8mm，t=8mm。

⑷ 倒角、鑄造圓角及拔模斜度設(shè)計(jì) 所有加工表面需要倒角。拔模斜度取為1:10。鑄造圓角R=2mm。

11.繪制螺旋起重器（千斤頂）裝配圖 見(jiàn)附A2圖紙。

參考文獻(xiàn)

[1] 王黎欽，陳鐵鳴.機(jī)械設(shè)計(jì).4版.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.[2] 張鋒，宋寶玉.機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)指導(dǎo)書.北京：高等教育出版社，2009.[3] 王連明，宋寶玉.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).4版.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)

出版社，2010.

第三篇：螺旋千斤頂設(shè)計(jì)說(shuō)明書

螺旋千斤頂設(shè)計(jì)說(shuō)明書

姓名：班級(jí): 學(xué)號(hào): 2012年11月3日

設(shè)計(jì)要求：

一、設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)一螺旋千斤頂，已知起重重量50kN，起重高度250mm。

畫3# 裝配圖一張，設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。

二、結(jié)構(gòu)原理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、組成、受力分析。

三、螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算

四、螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算

五、底座的設(shè)計(jì)

六、手柄的設(shè)計(jì)計(jì)算

七、托杯的設(shè)計(jì)

圖1 結(jié)構(gòu)原理圖

1.螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算

1.1螺桿螺紋類型的選擇

選擇梯形螺紋，牙型角α=30?,梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的規(guī)定。選取螺桿材料為45鋼。確定螺桿直徑：

按耐磨性條件確定中徑d2對(duì)于梯形螺紋，其設(shè)計(jì)公式為：

d2?0.8F/?[p]

對(duì)于整體式螺母，為使受力分布均勻,螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)多，宜取??1.2～2.5;此處取

??1.5,許用壓力P?2Mpa從滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的許用壓強(qiáng)表中查得：人力驅(qū)動(dòng)時(shí)，?P?可提高20%。故得

?P??20??1?2000??24Mpa

帶入設(shè)計(jì)公式，得

d2?24.5mm

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選擇公稱直徑和螺距為：

D?d?32mmd2?d?3?29mmP?6mm1.2自鎖驗(yàn)算

自鎖驗(yàn)算條件是???v d2?d?7?25mm

?v?arctan?f/cos???arctan0.08/cos15o ?4.73o???np/?d2???arctan?arvtan?6/29??

?3.77o???v

且螺紋中徑處升角滿足比當(dāng)量摩擦角小1°，符合自鎖條件。

1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)圖2進(jìn)行螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）螺桿上端用于支承托杯10并在其中插裝手柄7，因此需要加大直徑。手柄孔徑dk的大小根據(jù)手柄直徑dp決定，dk≥dp十0.5mm。

（2）為了便于切制螺紋，螺紋上端應(yīng)設(shè)有退刀槽。退刀槽的直徑d4應(yīng)比螺桿小徑d1約小0.2~0.5mm。退刀槽的寬度可取為1.5P，取d4?d1?0.5?28.5mm。（3）為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應(yīng)有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。

圖2 螺桿頂端

1.4螺桿強(qiáng)度計(jì)算

螺桿受力較大，應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論校核螺桿的強(qiáng)度

強(qiáng)度計(jì)算公式為：

?ca??2?3?2??F/A?2?3?T/W?????2

其中T為扭矩

T?Ftan??v????d2/2

查書上表5—8可得?s?360MPa

??????s/3?120MPa

已知F?50kN，又 T?Ftan??v????d2/2?108.35N?m2A?1/4?d2?490.625mm2

W??d13?3066.4mm3代入校核公式，得

?ca?118MPa

?ca????滿足強(qiáng)度要求。

1.5穩(wěn)定性計(jì)算

細(xì)長(zhǎng)螺桿工作時(shí)受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)，為此應(yīng)按穩(wěn)定性條件驗(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性。

Fcr/F?2.5~4

螺桿的臨界載荷Fcr與柔度?s有關(guān) 其中?s??l/i 取??2

l?H?5t?1.5d?(250?5*6?1.5?32)mm?328mmi?I/A?1/2d1?25/4mm?6.25mm其中I為螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩。將以上數(shù)據(jù)代入柔度計(jì)算公式，得

?s?2?328?6.25?104.96?40

需進(jìn)行穩(wěn)定性校核。實(shí)際應(yīng)力的計(jì)算公式為：

2Fcr??2EI/??l?

其中I?iA?i?12?d24?31400

E?210GPa 將上述數(shù)據(jù)代入公式得

Fcr?210309.4kN Fcr/F?2.5~4

螺桿滿足穩(wěn)定性要求

2.螺母設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1選取螺母材料為青銅

確定螺母高度H'及工作圈數(shù)u'

H'??d2?1.5?29?43.5mm

u'?H'/t?43.5?6?7.25mm

考慮退刀槽的影響，取實(shí)際工作圈數(shù)為

u'?u?1.5?7.25?1.5?8.75

?'應(yīng)當(dāng)圓整，又考慮到螺紋圈數(shù)u越多，載荷分布越不均，故u不宜大于10，故取

?'?9

H'?u'?t?9?6?54mm

圖3 螺母

2.2校核螺紋牙強(qiáng)度

螺母的其它尺寸見(jiàn)圖3，螺紋牙多發(fā)生剪切與彎曲破壞。由于螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。

（1）剪切強(qiáng)度校核

已知D?d?32mm

D2?d2?29mm 剪切強(qiáng)度條件為：

??F≤[?] ?Db?b?0.65P?0.65?6mm?3.9mm [?]?30~40MPa，查書上表5—13得：梯形螺紋：則剪切強(qiáng)度為 ??50000?14.17MPa

??32?3.9?9??[?]

符合剪切強(qiáng)度條件。

（2）彎曲條件校核

彎曲強(qiáng)度條件為：

??3Fh?[?b]

?Db2?查書上表5—13得：[?b]?40~60MPa，h?0.5P?0.5?6mm?3mm 則彎曲強(qiáng)度為

??3?45?3=29.44Mpa ??32?3.92?9??[?b]

符合彎曲強(qiáng)度條件。

2.3配合：

（1）采用H8配合。r7（2）為了安裝簡(jiǎn)便，需在螺母下端（圖1―3）和底座孔上端（圖1―7）做出倒角。（3）為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，還應(yīng)裝置緊定螺釘，查書上表5—2選擇緊定螺釘。

3.托環(huán)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1托杯材料的選擇

選擇托環(huán)材料為Q235鋼。

3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖4。

為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，應(yīng)在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應(yīng)裝有擋板。

3.3接觸面強(qiáng)度校核

查表得Q235鋼的許用壓強(qiáng)為?P??225MPa 為避免工作時(shí)過(guò)度磨損，接觸面間的壓強(qiáng)應(yīng)滿足

P?F??P? 22?(D12?D11)4根據(jù)圖1-4，取相關(guān)尺寸為：

D11?0.6d?0.6?32mm?19.2mm

D10?2.5d?80mmD13?1.8d?58mmD12?D13?4mm?54mm

?P?50000?25.3MPa??P?

?(542?19.22)4接觸面壓強(qiáng)滿足要求，選材合理。

圖4 托杯頂端

4.手柄的設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1手柄材料的選擇

選擇手柄材料為Q235鋼

4.2計(jì)算手柄長(zhǎng)度Lp 扳動(dòng)手柄的力矩：K?Lp?T1?T2，則

Lp?T1?T2 K取K?200N

???v)?又 T1?Ftan(d2?97.51N?m 2T2?(D12?D11)fF/4?(19.2?66)?0.083?45/4?88.39N?m?LP?

T1?T297.51?88.39?m?929.5mm K200手柄實(shí)際長(zhǎng)度為：

Lp?929.5?58?100?1058.5mm 2由于手柄長(zhǎng)度不超過(guò)千斤頂，因此取Lp?350mm，使用時(shí)在手柄上另加套筒。

4.3手柄直徑dp的確定

把手柄看成一個(gè)懸臂梁，按彎曲強(qiáng)度確定手柄直徑Dp，強(qiáng)度條件為

?F?KLp0.1d3p?[?F]

得設(shè)計(jì)公式為

dp?3KLp0.1[?F]

已知[?F]?120MPa

?dp?3200?1058mm?26.03mm

0.1?120取dp?30mm

4.4結(jié)構(gòu)

手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應(yīng)加上擋環(huán)，并用螺釘固定，選擇開(kāi)槽沉頭螺釘GB/T67 M8?16

5.底座設(shè)計(jì)

5.1選擇底座材料

選擇底座材料為HT200，其???p?2MPa

5.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5 底座

H1?(H?20)mm?(250?20)mm?270mmD6?(D3?8)mm?(54?8)mm?62mmH1250?(62?)mm?112mm 554F4?50000D8??D72??1122mm?210mm????p2?D7?D6?取??10mm，則有

H'?a?(54?18)mm?36mm

參考文獻(xiàn)

【1】 吳宗澤，羅圣國(guó)；機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)；北京：高等教育出版社；2006.05 【2】 濮良貴；機(jī)械設(shè)計(jì)；北京：高等教育出版社；2012.02

第四篇：液壓千斤頂設(shè)計(jì)說(shuō)明書

液壓千斤頂研究設(shè)計(jì)報(bào)告

一、液壓千斤頂功能分析。

千斤頂是一種起重高度小(小于1m)的最簡(jiǎn)單的起重設(shè)備。它有機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式千斤頂又有齒條式與螺旋式兩種，由于起重量小，操作費(fèi)力，一般只用于機(jī)械維修工作，在修橋過(guò)程中不適用。液壓式千斤頂又稱油壓千斤頂，是一種采用柱塞或液壓缸作為剛性頂舉件的千斤頂，其結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，有自鎖作用，故使用廣泛。其缺點(diǎn)是起重高度有限，起升速度慢。

液壓千斤頂充分運(yùn)用了帕斯卡原理，實(shí)現(xiàn)了力的傳遞和放大，使得用微小的力就可以頂起重量很大的物體。在液壓千斤頂中，除了其自身所具有的元件外，還需要一種很重要的介質(zhì)，即工作介質(zhì)，又叫液壓油。液壓油的好壞直接影響到千斤頂能否正常地工作。因此，就需要液壓油具有良好的性能。在液壓千斤頂中，液壓油所應(yīng)該具備的功能有以下幾點(diǎn)：

1．傳動(dòng)，即把千斤頂中活塞賦予的能量傳遞給執(zhí)行元件。

2．潤(rùn)滑，對(duì)活塞、單向閥、回油閥桿和執(zhí)行元件等運(yùn)動(dòng)元件進(jìn)行潤(rùn)滑。3．冷卻，吸收并帶出千斤頂液壓裝置所產(chǎn)生的熱量。

4．防銹，防止對(duì)液壓千斤頂內(nèi)的液壓元件所用的金屬產(chǎn)生銹蝕。除此之外，液壓油還需要有以下這些工作性能的要求。1．可壓縮性?？蓧嚎s性小可以確保傳動(dòng)的準(zhǔn)確性。2．粘溫特性。要有一個(gè)合適的粘度并隨溫度的變化小。

3．潤(rùn)滑性。油膜對(duì)材料表面要有牢固的吸附力，同時(shí)油膜的抗擠壓強(qiáng)度要高。

4．安定性。油不能因熱、氧化或水解而變化，使用的壽命要長(zhǎng)。5．相容性。對(duì)金屬、密封件、橡膠軟管、涂料等有良好的相容性。液壓千斤頂廣泛使用在電力維護(hù)，橋梁維修，重物頂升，靜力壓樁，基礎(chǔ)沉降，橋梁及船舶修造，特別在公路鐵路建設(shè)當(dāng)中及機(jī)械校調(diào)、設(shè)備拆卸等方面。由于液壓用途廣泛，所以行程范圍也需要比較廣。

二、液壓千斤頂工作原理

液壓千斤頂工作時(shí)，扳手往上走帶動(dòng)小活塞向上，油箱里的油通過(guò)油管和單向閥門被吸進(jìn)小活塞下部，扳手往下壓時(shí)帶動(dòng)小活塞向下，油箱與小活塞下部油路被單向閥門堵上，小活塞下部的油通過(guò)內(nèi)部油路和單向閥門被壓進(jìn)大活塞下部，因杠桿作用小活塞下部壓力增大數(shù)十倍，大活塞面積又是小活塞面積的數(shù)十倍，由手動(dòng)產(chǎn)生的油壓被擠進(jìn)大活塞，由帕斯卡原理（液壓傳遞壓強(qiáng)不變的原理，受力面積越大壓力越大，面積越小壓力越小）知大小活塞面積比與壓力比相同。這樣一來(lái)，手上的力通過(guò)扳手到小活塞上增大了十多倍(暫按15倍)，小活塞到大活塞力有增大十多倍(暫按

圖1帕斯卡原理圖

15倍)，到大活塞（頂車時(shí)伸出的活動(dòng)部分）力=15X15=225倍的力量了，假若手上用每20公斤力，就可以產(chǎn)生20X225=4500公斤（4.5噸）的力量。工作原理就是如此。當(dāng)用完后，有一個(gè)平時(shí)關(guān)閉的閥門手動(dòng)打開(kāi)，油就靠汽車重量將油擠回油箱。

三、自鎖原理

圖2單向閥自鎖

單向閥自鎖：為了能實(shí)現(xiàn)千斤頂在支撐中實(shí)現(xiàn)自鎖，此設(shè)計(jì)采用單向閥組成設(shè)計(jì)回路。在液壓千斤頂在小油缸與大油缸之間設(shè)置有一個(gè)單向閥。在手柄向上提升帶動(dòng)小油缸中的小活塞時(shí)，由于小油缸與大油缸之間設(shè)有單向閥，此時(shí)單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，大油缸中的油液并不會(huì)回流至小油缸。在手柄下壓帶動(dòng)活塞壓油液時(shí)，小油缸與大油缸之間的單向閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，而小油缸與儲(chǔ)油裝置之間的單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，油液進(jìn)入大油缸將負(fù)載頂起。將負(fù)載頂?shù)侥繕?biāo)高度后，大油缸與小油缸之間的單向閥仍處于工作狀態(tài)，油液只能存在大油缸之中，負(fù)載無(wú)法下行，形成自鎖。

液壓千斤頂頂起重物后，靠液壓?jiǎn)蜗蜷y能起鎖緊作用，但專業(yè)人士都知道，液壓系統(tǒng)都有泄漏現(xiàn)象，壓力越大泄漏越嚴(yán)重，液壓缸內(nèi)高壓油一泄漏液壓桿肯定要下行，時(shí)間越長(zhǎng)下滑越明顯。這說(shuō)明液壓千斤頂頂起的重物自鎖時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，這勢(shì)必對(duì)操作者造成一定的心里壓力，為了避免液壓系統(tǒng)因泄漏而造成的不良后果，消除操作者心里負(fù)擔(dān)，我們的設(shè)計(jì)除液壓自鎖外，還設(shè)置了機(jī)械自鎖裝置。

機(jī)械自鎖：在大活塞螺旋桿和液壓千斤頂外殼設(shè)計(jì)鎖緊螺母，當(dāng)液壓千斤頂在任意高度頂起重物需要鎖緊時(shí)，旋緊鎖緊螺母，使之與液壓千斤頂外殼頂端完全接觸，外載荷由鎖緊螺母?jìng)鹘o液壓千斤頂?shù)耐鈿?，液壓缸活塞不承受載荷，液壓系統(tǒng)可以卸荷。鎖緊螺母與螺旋桿采用梯形螺紋傳動(dòng)，頂起重物后，由手動(dòng)旋合鎖緊螺母，達(dá)到鎖緊目的（如圖3）。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，增大起重行程

液壓千斤頂中的活塞桿是千斤頂頂起重物的執(zhí)行部件，液壓桿的長(zhǎng)度，就是千斤頂頂起重物的最大行程。要增大液壓千斤頂頂起重物的行程，就必須增加活塞桿的長(zhǎng)度，這勢(shì)必增大了液壓千斤頂?shù)捏w積和輸油量。為了避免這些困惑，將活塞桿進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，如圖4所示，加設(shè)螺旋配合機(jī)構(gòu)，采用梯形螺紋傳動(dòng)，能承受較大的載荷，由于螺旋桿能上下螺旋移動(dòng)，就增大了液壓千斤頂?shù)挠行谐?。螺旋桿頂部設(shè)計(jì)通孔，可以利用加長(zhǎng)桿與之配合，旋轉(zhuǎn)螺桿，便能在頂起重物的狀態(tài)下增大頂起高度行程，當(dāng)然也可以在沒(méi)有頂起重物時(shí)預(yù)先旋轉(zhuǎn)螺紋提升螺旋桿達(dá)到提高行程的目的。在不需要增大起重行程時(shí)，螺旋桿旋進(jìn)活塞桿，保持原

圖4

圖3螺母鎖緊裝置

來(lái)的起重行程。

（2）扳手省力結(jié)構(gòu)

液壓千斤頂雖然能利用帕斯卡原理，利用大油缸面積大于油缸截面面積縮小力。但考慮到材料強(qiáng)度及設(shè)備體積原因（小油缸面積不能過(guò)小，要保證一定的壁厚及小活塞的壓桿

圖5油泵扳手

穩(wěn)定，大油缸面積不能過(guò)大），大油缸與小油缸的截面積之比一般設(shè)計(jì)在10到20 之間（我們?cè)O(shè)計(jì)取15）。我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)面積比只能將力縮小到原載荷的十五分之一。這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以我們將手動(dòng)油泵扳手設(shè)計(jì)成杠桿（如圖5）。最左端豎直桿與底座相連，右邊與滑套相連的為活塞桿，橫桿為扳手。根據(jù)杠桿原理，各部分設(shè)計(jì)合理距離以及桿長(zhǎng)設(shè)計(jì)合理，這個(gè)可將力縮小為小活塞受力的十五分之一。這樣就可將力縮小至負(fù)載的1/225。（3）出油裝置

圖6底部油通道

上述已闡明如何將負(fù)載頂起。在工作結(jié)束的時(shí)候需要卸載，這就需要一個(gè)將大油缸中的油液排除的裝置。圖6為底部油通道示意圖?？梢钥闯?，1通道為油液進(jìn)入手動(dòng)油泵的通道（油液存儲(chǔ)在外油箱中）。圖6中的2出口就是工作結(jié)束卸載時(shí)油液的通道?？紤]到千斤頂正常工作時(shí)油液不能從大油缸中流出，因此在2通道口裝有一個(gè)手動(dòng)閥，在工作結(jié)束后打開(kāi)手動(dòng)閥，讓油在負(fù)載的作用下流回外油箱中，完成卸載。

五、設(shè)計(jì)心得

這次設(shè)計(jì)的大作業(yè)，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛的一種伸縮傳動(dòng)裝置——千斤頂。由于理論知識(shí)不足，而且平時(shí)幾乎沒(méi)有設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在一開(kāi)始的時(shí)候有些手忙腳亂，不知道該從什么地方入手。在本次大作業(yè)的完成過(guò)程中，讓我感觸最深的就是要不斷地查閱資料和修改圖紙使得我們的設(shè)計(jì)更加符合現(xiàn)實(shí)生活中的標(biāo)準(zhǔn)。我們作為機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生，最重要的就是要時(shí)時(shí)刻刻與實(shí)際相結(jié)合，所設(shè)計(jì)的每一個(gè)機(jī)械部件、每一個(gè)零件都必須不離實(shí)際。與藝術(shù)家可以盡情的幻想不同，一切不切實(shí)際的構(gòu)想就永遠(yuǎn)只能是幻想，永遠(yuǎn)無(wú)法成為設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要用到AutoCAD軟件進(jìn)行制圖。因此為了更加有效率地繪制各種零件圖、裝配圖，我們必須學(xué)會(huì)熟練的掌握它。

在設(shè)計(jì)過(guò)程結(jié)束后，我自己學(xué)到了不少的知識(shí)，也讓我撿起了很多遺忘的知識(shí)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我明白了很多東西，也培養(yǎng)了我工作和與人合作的能力，而且我也充分地體會(huì)道路在創(chuàng)造設(shè)計(jì)過(guò)程的艱辛和成功時(shí)的喜悅。盡管這個(gè)設(shè)計(jì)做得并不優(yōu)秀，但這個(gè)在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西將是我人生路上強(qiáng)有力的墊腳石，對(duì)我日后的工作、設(shè)計(jì)都會(huì)有很大的益處。

第五篇：螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書

螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書

精04 張為昭 2010010591

目錄

一、基本結(jié)構(gòu)和使用方法-----------3

二、設(shè)計(jì)要求---------------------3

三、基本材料選擇和尺寸計(jì)算-------3

（一）螺紋材料和尺寸---------3

（二）手柄材料和尺寸---------8

（三）底座尺寸---------------9

四、主要部件基本尺寸及材料-------9

五、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)-------------------9

一、基本結(jié)構(gòu)及使用方法

要求設(shè)計(jì)的螺旋千斤頂主要包括螺紋舉升結(jié)構(gòu)、手柄、外殼體、和托舉部件幾個(gè)部分，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：

AA

該螺旋千斤頂?shù)氖褂梅椒ㄊ牵簩⑶Ы镯斊椒€(wěn)放在木質(zhì)支承面上，調(diào)整千 斤頂托舉部件到被托舉重物合適的托舉作用點(diǎn)，然后插入并雙手或單手轉(zhuǎn)動(dòng) 手柄，即可將重物舉起。

二、設(shè)計(jì)要求

（1）最大起重量：Fmax?25kN；（2）最大升距：hmax?200mm；（3）可以自鎖；

（4）千斤頂工作時(shí)，下支承面為木材，其許用擠壓應(yīng)力：[?p]?3MPa；（5）操作時(shí)，人手最大可以提供的操作約為：200N。

三、基本部件材料選擇及尺寸計(jì)算

（一）螺紋材料和尺寸

考慮到螺旋千斤頂螺紋的傳力特性選擇的螺紋類型為梯形螺紋。（1）材料選擇

千斤頂螺桿的工作場(chǎng)合是：經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，受力不太大，轉(zhuǎn)速較低，故材料選用不熱處理的45號(hào)鋼。千斤頂螺母的工作場(chǎng)合是：低速、手動(dòng)、不重要，故材料選用耐磨鑄鐵HT200。（2）螺桿尺寸設(shè)計(jì)

螺旋副受力如下圖所示：

1、耐磨性設(shè)計(jì)

由上圖螺旋副的受力分析可知，螺紋傳動(dòng)在旋合接觸表面的工作壓力為：

p?FPF ??d2hHZ?d2h其中，軸向載荷：F=25kN。螺紋高：h，由選擇螺紋的公稱直徑確定。

為了方便滿足自鎖性要求，采用單頭螺旋，一般旋合圈數(shù)：Z?10。

為方便計(jì)算，設(shè)螺紋參數(shù)中間變量：高徑比??耐磨性的要求是：

p?[p]

H。d2其中[p]為滿足耐磨性條件時(shí)螺紋副的許用壓力。對(duì)于鋼-鑄鐵螺紋螺母材料，由于千斤頂?shù)墓ぷ魉俣容^低，可認(rèn)為滑動(dòng)速度不大于3m/s。千斤頂中螺母為整體結(jié)構(gòu)，螺母磨損后不能調(diào)整，但螺母兼作支承作用，故設(shè)計(jì)時(shí)可先認(rèn)為 f=2.5，則可取此時(shí)的許用壓力[p]為17MPa。

由螺旋副接觸表面壓力公式及耐磨性公式得到耐磨性設(shè)計(jì)公式：

d2?FP ?h?[p]對(duì)梯形螺紋，h?0.5，代入上式求得： Pd2319.352mm

查國(guó)標(biāo)選梯形螺紋為公稱直徑d為Tr36，導(dǎo)程P為10mm，中徑d2=31mm滿足要求。代入高徑比計(jì)算公式：

f=HZP==2.5 d2d2求得實(shí)際旋和圈數(shù)Z=7.75。

故暫定螺紋尺寸是公稱直徑d為Tr36，導(dǎo)程P為10mm，旋合 圈數(shù)Z=7.75。

2、強(qiáng)度設(shè)計(jì)

已知最大載荷為25kN，則在載荷最大時(shí)，螺桿受到扭矩：

dTmax=Fmax2tan(g+rn)

2其中螺紋中徑：d2=31mm； 螺紋升角：g=arctannP?5.863°； pd2當(dāng)量摩擦角：rn=arctanfn； 當(dāng)量摩擦系數(shù)：fn=fcosa。

2由于螺桿－螺母為鋼－鑄鐵材料，考慮到千斤頂既有穩(wěn)定自鎖，又有上升運(yùn)動(dòng)過(guò)程，故取摩擦系數(shù)f=0.14。又由于采用梯形螺紋，故牙型角a=30°。

聯(lián)立以上各式解得螺桿受到的最大扭矩：

Tmax?97.408N×m

已知小徑：d1=25mm，則由第四強(qiáng)度理論，危險(xiǎn)截面應(yīng)力：

sca=(4Fmax2Tmax2)+3()?74.220MPa 23pd10.2d1 已知45號(hào)鋼屈服強(qiáng)度為355MPa，載荷穩(wěn)定故取許用當(dāng)量應(yīng)

力：

[s]=ss4=88.75MPa

則有：sca<[s]，即已選定螺紋可以達(dá)到強(qiáng)度條件。

3、自鎖性設(shè)計(jì)

千斤頂由于其用途，要求具有自鎖功能。由于自鎖是針對(duì)停止?fàn)顟B(tài)所說(shuō)，故摩擦系數(shù)f可取較大值0.14，由強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的計(jì)算結(jié)果，此時(shí)當(dāng)量摩擦角：rn?8.247°大于螺旋升角：g=arctan

nP?5.863°，所以自鎖性條件可以滿足。pd25

4、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

穩(wěn)定性條件：

Sc=Fcr3[S] Fmax由于千斤頂為傳力螺旋，故取安全系數(shù)［S］=3.5。

由千斤頂結(jié)構(gòu)，螺桿端部結(jié)構(gòu)為一端固定，一自由式支承，長(zhǎng)度 系數(shù)m為2.0。要求最大升距hmax為200mm，由裝配圖測(cè)量得到此 時(shí)從支承螺母中心到千斤頂頂部的等效長(zhǎng)度L為325mm，螺桿的 柔度：

??4?L?104 d1已知使用45號(hào)鋼且不做熱處理，則臨界載荷：

?2EIa?2E?d12Fcr???89.585kN(?L)2(?L)264Sc?3.58?3.5故穩(wěn)定性條件可以滿足。

綜上所述，螺桿選擇Tr36，導(dǎo)程P=10mm即可滿足設(shè)計(jì)條件。

（3）螺母尺寸設(shè)計(jì)

由螺桿中的設(shè)計(jì)，將旋和圈數(shù)Z定為7.75。一般來(lái)說(shuō)螺母只需校核螺紋牙即可，而且由于螺母材料為鑄鐵，強(qiáng)度小于螺桿材料，故只需要校核螺母螺紋牙的剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和抗擠壓強(qiáng)度即可，螺桿上的螺紋牙強(qiáng)度則不用校核。螺母螺紋牙受力如下圖所示：

1、剪切強(qiáng)度校核

剪切強(qiáng)度條件：

t=Fmax￡[t] Zpdb其中旋合圈數(shù)：Z為7.75； 螺紋公稱直徑：d=36mm;螺紋牙根部厚度：b=0.65P=6.5mm。耐磨鑄鐵許用剪切應(yīng)力取為：[t]=40MPa。

代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)得上述剪切強(qiáng)度不等式成立，即剪切強(qiáng)度滿足要求。

2、彎曲強(qiáng)度校核

彎曲強(qiáng)度條件：

sb=其中牙高：h=5.5mm；

3Fmaxh￡[sb] 2Zpdb耐磨鑄鐵許用彎曲應(yīng)力取為：[sb]=50MPa。

代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)得上述彎曲強(qiáng)度不等式成立，即彎曲強(qiáng)度滿足要求。

3、抗擠壓強(qiáng)度校核

由螺母螺紋牙受力圖可得平均擠壓應(yīng)力：

a2=Fmax?6.023MPa sp=aZpd2hZpd2h/cos2Fmax/cos 已知螺母許用擠壓應(yīng)力：[sp]?1.5[sb]=75MPa，顯然滿足

sp<[sp]的抗擠壓強(qiáng)度準(zhǔn)則。

4、螺母外部尺寸設(shè)計(jì)

由基本結(jié)構(gòu)圖可以看到，螺母的外部形狀可以看作是兩個(gè)半徑不同的同心圓柱連接在一起，這樣設(shè)計(jì)的目的是保證螺母的定位。為了保證千斤頂?shù)恼９ぷ?，需要設(shè)計(jì)這兩個(gè)圓柱的尺寸以使其在工作中不會(huì)失效。

由前述計(jì)算已知的螺母尺寸為：H=ZP=77.5mm，圓整后高度H=78mm，內(nèi)螺紋大徑D4=37mm。設(shè)螺母外部形狀：小圓柱外徑為D1=60mm，大圓柱外徑為D2及小圓柱的高度為H1未知待求。

為防止大圓柱與千斤頂殼體的接觸面被壓壞，需要滿足：

Fmax

sp=￡[s]p2p(D2-D12)/4

對(duì)耐磨鑄鐵HT200，許用的抗壓應(yīng)力[sp]=設(shè)計(jì)大圓柱外徑為：

1.5sb=100MPa,最后 3D2?80mm

為了防止大圓柱突出部分被剪斷，需要滿足：

t=Fmax￡[t]

pD1(H-H1)對(duì)耐磨鑄鐵許用剪切應(yīng)力為40MPa，最后設(shè)計(jì)小圓柱高度為：

H1=60mm 綜上所述，螺旋千斤頂?shù)穆菁y選為公稱直徑d為Tr36,導(dǎo)程P=10mm。此

時(shí)螺母高度H=78mm，螺母外部小圓柱外徑60mm，高60mm，大圓柱外徑80mm。小圓柱表面與外殼體之間有基軸制配合關(guān)系，故選其公差帶為h7。查標(biāo)準(zhǔn) 得：所選螺紋配合為中等旋合長(zhǎng)度。由于千斤頂為中等精度機(jī)械設(shè)備，故查 標(biāo)準(zhǔn)得內(nèi)螺紋公差帶為6H，外螺紋公差帶為6g。螺母外部小圓柱裝配時(shí)對(duì) 精度要求不高，圓柱度公差取為9。螺母外部小圓柱與內(nèi)部螺孔需要有一定 同軸度以保證千斤頂工作正常，但形位度要求不高，取同軸度公差為9。螺 母外部小圓柱軸線與大圓柱和外殼體的接觸面還有垂直度的要求，也取公差 為9。整個(gè)螺母接觸面都較重要，表面粗糙度Ra值選為3.2，未接觸面Ra 可選為12.5以降低加工成本。

（二）手柄材料及尺寸（1）材料選擇

綜合考慮成本和強(qiáng)度，手柄的材料選用普通未經(jīng)熱處理的45號(hào)鋼。（2）長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

由螺桿的強(qiáng)度設(shè)計(jì)可知，手柄需要提供最大97.408Nm的扭矩，則 手柄的有效作用長(zhǎng)度應(yīng)為：

TL=max?488mm

200N在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于手柄還要滿足插入螺桿上部接頭的要求，同時(shí)考慮 到千斤頂本身運(yùn)動(dòng)部件具有摩擦力，因此實(shí)際設(shè)計(jì)長(zhǎng)度還要在此長(zhǎng)度上 加上一部分，最終應(yīng)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為520mm。（3）直徑設(shè)計(jì)

手柄在操作時(shí)會(huì)受到剪力和彎矩的作用，最大操作力為200N,最大扭矩為97.408Nm，則力的分布圖如下所示：

剪力圖

彎矩圖

可見(jiàn)，危險(xiǎn)截面在手柄與螺桿接頭處。手柄的材料選為未經(jīng)熱處理的45號(hào)鋼，設(shè)計(jì)手柄直徑為D，則危險(xiǎn)截面最大剪應(yīng)力：

4200N t=23pD/4 危險(xiǎn)截面最大彎曲正應(yīng)力：

97.408N×m s=30.1D由第四強(qiáng)度理論，要使手柄正常工作，需要滿足條件：

sca=s2+3t2￡[s]

當(dāng)安全系數(shù)為2時(shí)，許用應(yīng)力[s]=600MPa=300MPa,代入第

s2 四強(qiáng)度理論計(jì)算式，并聯(lián)立剪應(yīng)力、切應(yīng)力計(jì)算公式，求得手柄直徑：

D=15mm 綜上所述，手柄長(zhǎng)520mm，直徑15mm。

（三）底座尺寸

千斤頂使用時(shí)的下支承面為木材，許用擠壓應(yīng)力為3MPa，則由抗擊壓強(qiáng)度準(zhǔn)則：

Fsp=max￡[sp]=3MPa

S=其中S為下支承面尺寸，解上述不等式，得S38334mm2，為滿足易于組

sb裝及各方向受力均勻的要求，選擇下支承面為環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑尺寸為100mm可以滿足準(zhǔn)則要求，綜合考慮到千斤頂本身具有的重量、體積和使用時(shí)的穩(wěn)定性，將外徑尺寸設(shè)計(jì)為180mm。

綜上所述，下支承面設(shè)計(jì)為環(huán)形，內(nèi)徑100mm，外徑180mm。

四、主要部件基本尺寸及材料

（1）螺桿螺紋：Tr36′10-6g，45號(hào)鋼；

（2）螺母螺紋：Tr36′10-6H，HT200耐磨鑄鐵；（3）手柄：長(zhǎng)度500mm，直徑15mm，45號(hào)鋼；

（4）底座：外徑180mm，內(nèi)徑100mm，HT200灰鑄鐵。

五、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)

（1）手柄加上橡膠手柄球而非普通塑料手柄球，既節(jié)約成本，又易于拆卸，減少千斤頂存放的體積；

（2）為了攜帶方便，給千斤頂外殼加上把手；（3）為提高外殼強(qiáng)度，給外殼加上肋板；

（4）為了使用過(guò)程中省力，在托舉部分和旋轉(zhuǎn)的螺桿間加入推力軸承51105，并在相關(guān)旋轉(zhuǎn)部件處涂潤(rùn)滑油以減小使用阻力；（5）為了增強(qiáng)千斤頂對(duì)托舉點(diǎn)形狀的適應(yīng)能力，將托舉部件頂部由杯狀改成平頂，同時(shí)為了減小對(duì)被托舉物的損害，給托件部分加上橡膠保護(hù)套；（6）在千斤頂?shù)撞吭O(shè)計(jì)成密封用的橡膠蓋，使千斤頂在存放時(shí)，螺旋運(yùn)動(dòng)部件免受灰塵侵?jǐn)_。