螺旋起重器(千斤顶)设计

螺旋起重器（千斤顶）设计说明书设计题目：螺旋起重器（千斤顶）的设计设计要求：36KN, 380mm学 院 机机械工程学院专 业 机械工程学 号 设计者 郑可航指导教师 周国斌2015.11.10完成日期目录一、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 52.5稳定性校核 ..6三、螺母的设计计算 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. ...136. 2底座结构 13七、 螺旋起重器（千斤顶）效率 14八、 装配工作图 15一、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸牙形角a =30°的单线梯形螺纹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Q = 30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=o.5P贝y有d > 0.8 二2 ①[p]对于整体螺母式中0值一般取1.2〜2.5,许用压力可查表对于梯形螺纹 可根据d 2的计算值查表确定螺杆的中径、大径、小径，螺母的标准中径、 大径、小径以及螺距P大径d二d2 + 0.5P取0 二 1.5, [pL 18MPa0 = 2, lp]= 18MPa螺杆尺寸：d 二 48mmD = 40mm1d = 39 mm3螺母尺寸:D = 49mm4D = 44mm2D = 40mm1P = 8mmI J 2 A 1 °=50 mmd 2 ＞叫商=°8 15总页x 1000 = 29・21mm直径（大径）d二48mm，螺距P二8mm，小径，中径，内螺纹大径D = 49mm，4杆材料：=355Mpa内螺纹小径D = 40mmd = D = 44mmcs45钢1 2 2二、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k的大小应根据手柄直径dp决定，一般取《＞ dp + 0.5mm为了便于切制螺纹，应设退刀槽，退刀槽直径为d要比螺纹小径小0.2〜0.5mm退 c刀槽的宽度应取b -1.5P为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应制有倒角，如图，或制成稍小小径的短圆柱体8 = 10mmB = 1.4d = 1.4 x 48 = 67.2mmD = 0.65d = 0.65 x 48 = 31.2mm3D = 1.8d = 1.8 x 48 = 86.4mm6H =©d = 2 x 44 = 88mm22.3自锁性校核自锁条件为vnP式中屮 螺纹升角，屮=arctg兀dd = 36mm kd = 34 mm Pb=12mm8 = 10mmB = 67.2mmD = 31.2mm3D = 86.4mm6H=88mm当量摩擦角，申=arctg =v cos Parctgf ；v为保证千斤顶有可靠的卩=»/2 = 15°f = 0.10屮=3.3°申=5.7°屮 <9 -1°v符合自锁条件螺纹牙侧角;摩擦系数，见表;螺纹副的当量摩擦因数。

v由于影响摩擦因数的因素很多，其值并不稳定, 自锁能力，可取屮 -1°v因此，在本设计中;nP 1x8 …屮 =arctan = arctan = 3.3°兀d 兀x 442f 0.10申 =arctan = arctan = 5.7°v cos 卩 cos15°3.3° < 5.7°-1° = 4.7°.•.屮 <申-1°v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4F __J6T、 rg =,•（ ）2 + 3（ ）3 < Q]ca Kd 2 宓 31 3 3式中 F 螺杆所受轴向压力（N）；d 螺纹小径（mm）；3T——螺杆所受扭矩（N • mm）， T = F tan帥+申）〒■v 2[g ]-----螺杆材料的许用压力（MPa）在本设计当中,T = F tan(屮 + 申)vT=125.4KN.mm[o ] = 88.75MPax・：o < [o ]ca符合强度计算的条件=36 x tan(3.3 5.7) x 44 = 125.4KN - mm2oca1 ■ 4T= (F 2 + 3(——)2A d丫 34 ,'(36 10 )~~3 (4x 125.4x 103)(36 X 103)2 + 3 X ( )239—兀 X (39)2 v=41.1MPa[o ] = °s = 355 = 88.75MPa4 4则 o < [o]ca所以，满足强度条件。

2.5稳定性校核细长的螺杆升至最高位置时，可视为直径为d3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Fcr > 2.4 ~ 4.0临界轴向载荷F与螺杆的材料、柔度有关，其中柔度计算式为 cri式中，1 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1 = L + B + H/2 ；长度系数，取卩=2 ；i = 9.75mml = 480.2mm九=101满足稳定性要求i 螺杆危险截面的惯性半径（mm）,若螺杆危险截面截面,兀， ”兀 d 4 . rr d积，A=〒d2，轴惯性矩i =和，则I = =-34 3 64 \ A 4在本设计当中，l 二 L + B + H/2 二 380 + 67.2 + 88/2 二 491.2mmi = d =罟=9'75mM故屮=鬻=loi由欧拉公式得：兀2 EIF = = 249.8KNcr （卩九）2F 249.8―cr =—F 36=6.9 > 2.4 〜4.0所以，稳定性满足要求三、螺母的设计计算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ZCuSnlOPbl、注锡锌铅青铜ZCuSn5Pb5Zn5和铸铝铁青铜 ZCuA110Fe3；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ZCuA110Fe3制造此零件3.2螺纹牙工作圈数螺纹牙的工作圈数z可按耐磨性计算获得，即Fz > - < 10兀 d 2h p]式中h 螺纹牙工作高度，对于梯形和矩形螺纹，h = 0.5P考虑到螺纹牙工作圈数z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 z'二 z +1.5工 作 圈 数-Kd h[p]236 x 103k x 44 x 10-3 x 0.5 x 8 x 10-3 x 18 x 106二 3.62 < 10H 二 88mmH 88 取整数H=88mm,螺纹工作圈数计算z，= ^=§=11取'—9"z' = z +1.5 = 113.3螺母的结构尺寸螺母的结构如图3-3所示，螺母高度H = z'P ；螺母外径D = （1.6〜1.8） D，D为内螺纹大径，D — d + 2a，式中d为外螺4 4 4 c纹大径，ac为牙顶间隙，落幕的凸缘外径D广d—ED ；螺母凸缘HD4—49mm—78.4mm—101.9mm:29.3mmD = d + 2a = 48 + 2 x 0.5 = 49mm4 cD = 1.6 D = 1.6 x 49 = 78.4mm4D = 1.3D = 1.3 x 78.4 = 101.9mm1H 88a 沁 — =29.3mm3 33.4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6 FlQ ——b z 兀D b 24螺纹牙根部抗剪强度条件为< [T ]式中b 螺纹牙根部厚度，对于梯形螺纹，b = 0.65P, P 为螺纹的螺距7 D - DI 弯曲力臂，/ = w 2 ；z 螺杆与螺母旋合圈数R ] ——螺母材料的许用弯曲应力b[T ] 螺母材料的许用剪切应力在本设计当中：,D - D 59 - 49 「l = —4 2 = = 5mm,2 2b = 0.65 p = 0.65 x 8 = 5.2mm;6Fl 6 x 36 x 103 x 5 x 10-3c = =b z兀D b2 9.5 x兀 x 49 x 10-3 x (5.2 x 10-3)24=27.3MPa < [c ] = 40MPabF 36 x 103T = =—z兀D b 9.5 x兀 x 49 x 10-3 x 5.2 x 10-34< [t ] = 30MPa=4.73MPa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)螺母悬置部分横截面上的抗拉强度条件为1.3Fc =—兀(D2 - D2)4 4< [c ]式中[c]——螺母材料的许用拉应力，[c]=0.83[c ]bD——螺母外径在本设计当中：c = 27.3MPab[c ] = 40MPabc < [c ]b bt = 4.73MPat < [t ]满足强度条件1.3F 1.3 x 36 x 103 ice"”a = = = 10.82MPa兀 兀(D 2 — D 2) x (101.92 — 78.42)4 4 4[a] = 0.83[a ] = 0.83 x 40 = 33.2MPab10.82MPa < 33.2MPa.a < a]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G 二 < Q ]p 兀(D 2 — D 2) pi螺母材料的许用挤压应力，Q ]=(1.5〜1.7)0 ]p bD1在本设计当中:螺母凸缘外径4 x 36 x 103a = = = 10.82MPap 兀(D2 — D2)兀 X (101.92 — 78.42)1[a ] = 1.5[a ] = 1.5 x 40 = 60MPap b10.82M] < 60MPap p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M 1.5F (D — D) r j a = = + < [a ]b W 兀Da 2 b式中a ——螺母凸缘厚度 在本设计当中：1.5F (D — D)a = —b 兀Da 21.5 x 36 x 103 x (101.9 — 78.4) = =6.0 MPa兀 x 78.4 x 29.32 x 10-9 Q ] = 40MPab6.0MPa < 40MPa< la ]b b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a = 31.8MPaa < a]满足强度条件a = 10.82 MPa p[a ] = 60MPap.a < a]p p满足强度条件a b=6.0 MPa[a ] = 40MPab.ab

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 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4 F 「.p 二 < [p]兀(D2 - D2) F7 0式中[p]许用压力D7、D0 —托杯结构尺寸)d二（t Di平X产（U・HU）d图5：托杯的结构D = 0.6d = 0.6 x 48 = 28.8mm3D = 2.5d = 120mm5D = D 一 2 = 84.6mm7 6D = D + 0.5 = 29.3mm0 3选用钢作为托杯材料4 F 4 x 36 x 103p = =—兀(D2 -D2)兀 X(84.62 -29.32)7 0[p ] = 18MPa=7.3MPa7.3MPa < 18MPa・•・P < [?]所以，满足条件五、手柄的设计计算D3=28.8mmD5=120mmD7=84.6mmD0=29.3mmB=80.6mm8 =10mmp = 7.3MPa[p ] = 18MPa:.P < tp]满足强度条件5.1材料手柄材料选择碳素结构钢Q235。