千斤顶设计说明书-浙江大学

1、螺旋起重器设计说明书姓名： 张本西 学号： 3100103956 班级： 汽车1001班 指导老师：顾大强 目录第1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2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3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

2、4章 ：参考文献114.1参考文献11附录：千斤顶装配图一张1第1章1.1设计题目：请设计一螺旋起重器螺旋起重器又名千斤顶，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。

3、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，

4、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

5、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HT2002） 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

6、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，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

7、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=(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5

8、mm，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=25mm，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，

9、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( ) ，/。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

10、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

11、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=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+1

12、6=24mmH1=15mmH2=(1.41.6)d=36mmH3=6mmL=150mm+43mm+5mm-6mm-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

13、.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

14、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，