千斤顶设计说明书螺旋起重器设计说明书.doc

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1、目录第一章 ：设计题目以及要求21.1设计题目21.2设计要求21.3注意事项21.4千斤顶结构图2第二章 ：主要零件结构32.1零件名称及分析32.2零件材料32.3零件受力分析3第三章 ：具体零件设计计算：43.1螺杆螺母的螺纹综合设计4 3.1.1耐磨性计算4 3.1.2自锁性计算53.1.3螺杆强度计算53.1.4螺母的螺纹强度计算63.1.5螺杆稳定性计算6 3.1.6螺杆螺母其他参数计算与确定73.2手柄设计及强度校核83.3底座设计及强度校核93.4托杯设计及强度校核10第四章 ：参考文献114.1参考文献11附录：千斤顶装配图一张1第一章1.1设计题目：请设计一螺旋起重器螺旋起

2、重器又名千斤顶，是一种简易独立起重机具，其结构简单、轻巧、可靠，而且携带使用方便，起重能力大，操作简单，依靠人力即可起重，工作平稳，这是他主要优点。1.2设计要求：1） 设计要求该螺旋起重器最大起重重量为Q=20KN，最大升举高度L=150MM2） 设计完成结果，需有设计说明书，一张装配图。3） 固定统一采用梯形螺纹、单线 GB5796-86，螺杆材料：Q235或45；螺母材料：铸铁或青铜。4） 其自身具有自锁功能，不会自行上升或者下滑。5） 考虑人力有限，手柄不宜过短而人力不足以实用。6） 工作安全可靠，保证安全寿命等因素下，尽可能节省材料，经济性好。1.3结构设计注意事项： 1）螺母内孔端

3、部应有倒角，以便润滑；2）螺杆螺纹部分应有退刀槽；3）铸件壁厚大于或等于8mm。 1.4千斤顶结构图：2第二章2.1零件名称及分析：螺旋起重器结构见上，其主要零件也在图中标示了。它主要由螺母、螺杆、底座、手柄、托杯这五部分组成。1） 托杯与待支撑物相接触，为了防止托杯在举重时与带支撑物发生相对滑动，需要将托杯上表面每90开矩形切口，并且托杯下表面要足够润滑保证与螺杆的相对运动，托杯内表面上侧要有固定螺钉及垫圈防止托杯脱落。2） 手柄设计时应该保证足够的长度，而且为了方便取下或者双手发力，手柄可以水平活动，并且手柄一端要有可旋式挡环，取下挡环时手柄可以从螺杆空中取出，方便携带放置。3） 螺钉要嵌

4、入螺杆内，并且与托杯要有垫圈隔开，螺钉要保证托杯不会脱落。4） 螺杆上端开孔打出内螺纹与螺钉相配合，之后中上那段为实心圆柱并且横向开孔方便手柄穿过，下侧螺纹杆部分保证强度与自锁性，下端底部要有挡环防止螺杆旋出，螺杆设计时长度要考虑挠度稳定性，根据最大伸长量决定直径，并且考虑切实可行方便工人装配拆卸，下端挡板设计成内螺纹与螺钉相连接。5） 螺母部分主要是磨损，因此采用耐磨金属，螺母螺纹与螺杆相合出要有润滑保证旋转时顺畅性。6） 紧定螺钉是将螺母固定在底座上防止相对运动。7） 底座是铸件，至少要8MM厚，强度，稳定性要有保证，主要是抗压承重作用。2.2零件材料：1） 底座：一般灰铸铁制造，此处用H

5、T2002） 托杯：铸钢材料 此处用ZG453） 手柄：Q2354） 螺母：青铜，此处用ZQSn 6-6-35） 螺杆：45#6） 紧定螺钉：锥端紧定螺钉 材料35#7） 垫圈：A38） 螺钉：为十字槽平圆头螺钉 材料A32.3零件受力分析：1） 底座：在使用时，定座作为支撑体，主要受压应力，校核压应力即可。2） 托杯：托杯也是起支撑作用，受压应力，校核压应力即可。33） 手柄：手柄设计为实心圆形Q235，在扭转时，考虑一端打在最长处的平面弯矩即可。校验的危险点位置为：A，B两点拉压都要校验。4）螺母：在使用时，主要受到螺杆对其产生的摩擦力矩以及压应力Q（支撑重物）。5） 螺杆：螺杆在受力中，

6、主要承受压应力Q（支撑重物）以及螺母对其的摩擦力矩和托杯下表面对它的摩擦力矩。6） 紧定螺钉：紧定螺钉起到防止螺母与底座在手柄使用时的相对转动，转动阻力一部分由螺母与底座接触面摩擦力矩提供，其余由紧定螺钉，紧定螺钉受剪切应力。7） 垫圈：螺钉紧固时压应力。8） 螺钉：防止托杯脱落，只受垫圈反作用压应力。第三章3.1螺杆螺母的螺纹综合设计：3.1.1耐磨性：防止过度磨损，需要选择合适表面粗糙度和润滑剂润滑方式外，还要校验螺纹表面压强不能4超过螺旋传动副的许用压强。p根据资料，螺杆螺母对应是钢对青铜，低速传动时p取1118MPa，此处为了方便后续计算采用16Mpa，校验公式为：P=Q/d2hZ=(

7、Q/p)。由于此处螺纹工作圈数不多，=1.22.5，此处取2方便设计计算。根据螺纹是梯形螺纹，取0.5，因此算得d2=19.95mm。取21.5mm。则螺母高度为43mm，考虑到螺母螺纹圈数不超过10，则螺距p取5mm，圈数Z=8.6。查表得外螺纹大径d24mm，小径d118mm，内螺纹大径D25mm，小径D119mm，计算面积为254mm2，h=0.5P=2.5mm，那么校验公式带入验算得P=13.78Mpa，满足要求，因此耐磨性检验完毕。通过耐磨性检验，初步确定螺纹参数为：螺距p取5mm，圈数Z=8.6，外螺纹大径d=24mm，中径d2=21.5mm小径d1=18mm，内螺纹大径D=25m

8、m，小径D1=19mm，计算面积为254mm2，h=0.5P=2.5mm。3.1.2自锁性检验：滑动螺旋起重器必须保证可靠的自锁性，自锁的条件为： ， 式中 螺纹升角； f螺旋副材料的摩擦因数，钢对铸铁有润滑时 f 0.050.15 ，此处考虑实际，f =0.1； 牙型半角（牙侧角），梯形螺纹/215o代入计算得 =5.91 为保证自锁，螺纹升角至少要比当量摩擦角小11.5，此处 且大概小1.68，能保证自锁。3.1.3螺杆强度：由于螺杆危险截面上有正应力又有剪应力，因此校核螺杆强度时，按第四强度理论求出危险截面上的当量应力5 式中为螺杆材料的许用应力（MPa），考虑到T1 F tan( )

9、，/。代入计算得当量应力为97.9Mpa，查表可得45号钢=353Mpa，因此353/3=117.7Mpa，满足强度要求。3.1.4螺母的螺纹强度计算：最大承载力为Q=20KN，并且，45#比螺母的青铜强度要好，抗剪能力强，因此只用校核螺母螺纹的牙根强度：校核时，螺杆大径d和螺母大径D看做近似相等。螺纹沿螺母展开，根部为危险点，则剪切强度计算公式为： =Q/DbZ=对于梯形螺纹，采用标准倾角30，b=0.65P，而青铜=40Mpa，因此对于，所以带入数值得： =9.5Mpa又因为螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，不进行弯曲强度校核，因此能够保证螺母螺纹强度。3.1.5螺杆稳定性：稳定性校核为设计切

10、入点，因为在最大提升高度一定情况下，L=150MM，因此柔度只与螺杆小径有关。柔度公式：S=L/i；由于千斤顶可视为一端固定一段自由，则：=2；L=150MM;i=d1/4;螺杆采用45#时，校验公式：6Qc=（461-1.257S）d12/4带入柔度，计算接触该2次方程得Qc=95.9KN，极限载荷20KN小于极限载荷，因此稳定性符合要求。3.1.6螺杆螺母其他参数计算与确定螺母高度：H=d2=43mm螺母上半部高度设计：有内螺纹大径25MM，所以考虑到螺母上半部高度偏小会造成上下半部分交界面应力集中而产生断裂，因此螺母上表面不可过短，外径不可过小，参考书籍以及以前设计经验，参数如下：D3=

11、1.6*D=40MMD4=1.3*D3=52MMa=H*0.25=10.75MM,取11MM。强度校核如下：对于下半部： （7） 螺母上部分的挤压强度条件为： （8）螺母交界面的弯曲强度条件为： 算得 =23.69Mpa=39.97Mpa=23.08Mpa对于青铜螺母，7采用分别采用50Mpa，40Mpa，80Mpa为临界参数进行设计。因此上述参数设计皆满足强度要求。螺杆其他参数设计计算：D1=(1.71.9)d取D1=1.8d=43.2mmD2=D3=(d1-2)=16mmD4=d+16=24mmH1=15mmH2=(1.41.6)d=36mmH3=6mmL=150mm+43mm+5mm-6

12、mm-3mm=189mm3.2手柄设计及强度校核考虑到使用者握持方便，拆卸使用方便，此处手柄将设计为圆柱形，且一端有螺纹及螺母，使得手柄可以拆下装上，方便携带。手柄可以水平移动，方便不同场合（单手发力扭转或者双手发力扭转），由于单手发力扭转，且手柄伸长至最长是最危险情况，所以只用校核这种8情况下的危险点拉压应力。最大举重量Q=20KN使用者力矩： T1 是螺旋副螺纹牙间的摩擦力矩，即螺杆所受扭矩。 T2是螺杆与托杯底面间的摩擦力矩。其中，该处公式为磨合轴颈的摩擦计算公式。 算得T2=29.6Nm考虑到T1 F tan( ) 算得T1=38.5Nm所以T=68.1Nm考虑到人力限制，普通人力非疲

13、劳双手配合使用大概能提供25Kg力，所以长度:取300mm手柄的直径，式中为手柄材料的许用弯曲应力，可取=120MPa，所以取20mm（略大保证强度）手柄长度300mm，直径20mm，而一端螺纹螺母段长度可以不考虑计算，此处对强度几乎无影响。3.3底座设计及强度计算：由于壁厚大于等于8mm，因此设计时采用最薄处为10mm（整体因为转角倒角关系有些地方厚一些），材料为铸铁铸造而成，采用HT200。主要承受的强度为压力，因为底座设计采用灰铸铁非常抗压，一般自身不可能强度不够压坏，而唯一可能是由于底部环状面积不够大造成压强过大而将路面压坏。查阅资料知高速公路路面设计时，根据节约材料以及结合螺母高度和

14、螺杆高度，算出：底座，H=208mm上表面D=76mm d=62mm9下表面D=200mm d=82mm当重物为20KN因此，能够保证强度要求，不会压坏路面。其余倒角设计，是为了加工方便，并且节省材料以及以免棱角刮伤使用者。3.4托杯设计及强度校核：托杯支撑重物，由ZG45为材料，为防止与支撑体发生相对移动，上端每隔90开槽，托杯设计参数如下：上半部分开槽深5mm，水平宽10mm上侧大径66，小径46.2下侧大径31.2，小径17算得压强为因此对于低滑动速度，人力传动时，一般耐磨性许用压强为1318Mpa取16Mpa作为标准，符合耐磨性条件，托杯校验完毕。10第四章4.1参考文献1. 机械设计主编，陈秀宁，顾大强，浙江大学出版社2. 材料力学刘鸿文 高等教育出版社3. 简明机械零件设计手册东北工学院编写组 冶金工业出版社4. 机械零件张英会主编 机械工业出版社5. 实用起重工手册赵正湘 宁夏人民出版社6. 机械零件强度计算手册【苏】约西列维奇 绍尔著 姚兆生翻译 机械工业出版社7. 机械设计课程设计刘安俊 何永然 唐增宝 主编 华中理工大学出版社装配图见附录11