手驱动螺旋千斤顶-毕业设计(论文)

1、目 录1. 螺旋千斤顶的结构和原理 1.1 螺旋千斤顶的结构 1.2 螺旋千斤顶的工作原理2. 螺杆的设计与计算2.1 螺杆螺纹类型的选择2.2 选取螺杆材料2.3 确定螺杆直径2.4 校核螺杆自锁能力2.5 结构 2.6 螺杆强度计算2.7 稳定性计算 3. 螺母的设计与计算 3.1 选取螺母材料3.2 螺母的基本参数 3.3 确定螺母高度H及螺纹工作圈数u 3.3.1 求螺母高度H 3.3.2 求螺纹工作圈数u 3.3.3 螺母实际高度H3.4 校核螺纹牙强度 3.5 安装要求3.6 螺母的相关尺寸计算4. 托杯的设计与计算5. 手柄的设计与计算 5.1手柄材料5.2手柄长度 5.3手柄直

2、径 5.4手柄结构 6.底座的设计7.螺旋传动效率的计算8.其他尺寸的确定 9参考文献千斤顶技术的研究现状与展望摘 要机械设计在国民经济发展中起着重要作用，机械工业担负着为国民经济部门提供各种性能先进，价格低廉，使用安全可靠，造型美观的技术装备的任务，在国家现代化建设中举足轻重，机械产品的竞争力取决于产品的质量，产品的质量取决于产品的设计。千斤顶是一种起重高度小（小于1m）的最简单的设备。主要用于矿、交通运输部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座，底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。 ， 本次设

3、计既是产品开发周期中关键的环节，有贯穿于产品开发过称的始终，设计决定了产品功能和目标的方案，结构和选材，制造方法以及产品运行，使用和维修方法。设计不合理会导致产品不完善，成本提高或可靠性、安全性不高。产品设计上的缺陷造成的先天不足，难以采取制造和使用措施加以弥补。严重的设计不合理甚至会造成产品设计不出来或不能使用，导致产品设计失败。 现代机械产品的要求不对传统机械高得多，因而在产品开发和改进过程中，只有全面深入地运用现代设计理论，方法和技术才能满足现代机械产品越来越苛刻的要求，提高其市场竞争能力。1. 螺旋千斤顶的结构和原理1.1结构螺旋千斤顶由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄等零件所组成。螺杆在

4、固定螺母中旋转并上升或下降，把托杯上的重物举起或放下。螺杆7和螺杆6是它的主要零件。螺母6用紧定螺钉5固定在底座8上。转动手柄4时，螺杆即转动并上下运动。托杯1直接顶住重物，不随螺杆转动。安全板3防止托杯脱落，安全板9防止螺杆由螺母中全部脱出。对这一装置的主要要求是:保证各零件有足够的强度、耐磨性、能自锁、稳定性合格等。1.2原理 千斤顶是利用螺旋传动来顶举重物，是汽车修理和机械安装常用的一种起重或顶压工具，但顶举的高度不能太高。工作中，手柄穿在螺旋杆顶部的孔中，旋动手柄，螺旋杆在螺套中靠螺纹上、下移动，顶垫上的重物随着螺杆的上升而顶起。螺套镶在底座里，用螺钉定位，磨损后便于更换修配，在螺杆的

5、球面型顶部，套一个顶垫，靠螺钉和螺旋杆联接而不固定，使顶垫相对螺杆滑动而不掉落。2. 螺杆的设计与计算2.1螺杆螺纹类型的选择螺纹有三角形、矩形、梯形、锯齿形，常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型是等腰梯形，牙型角=30，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴近不易松动，能够起到传动作用。故选梯形螺纹，它的基本型号按GB/T5796.1-2005的规定。2.2选取螺杆材料螺杆材料常用Q235、Q275、40钢、45钢、55钢等。螺杆承受重载，可初选螺杆的材料为45钢。最后根据强度条件来验证确定最终材料。由手册查得抗拉强度 ， 屈服强度 。 2.3确定螺杆直径根据耐磨性条件确定螺杆中径d2，d2计算出来之后，按标

6、准选取相应的公称直径d、螺距p及其他尺寸式中，d2为螺杆螺纹中径；F为作用在螺杆上的轴向力；为许用比压（MPa），查表10-6，螺旋千斤顶工作时为低速转动，许用比压范围为,取 h为螺纹接触高度（mm），对于梯形螺纹,h=0.5P; 为系数，定义，对于整体螺纹，范围为，可以取; mm 20.34mm互换性测量P186 表5-8查机械手册，公称直径优先选用第一系列，取d=24mm,d1=20.8mm,d2=22.5mm,故P=d1/4=5.2mm,取整数5mm,2.4校核螺杆自锁能力机械设计P237自锁条件自锁条件是。式中：为螺纹中径处升角；为当量摩擦角（=arctan，为保证自锁，螺纹中径处升角

7、至少要比当量摩擦角小1。）查教材表5-12，m取0.09。由 ;()得， 5.32-4.05=1.271，故，满足自锁条件。2.5螺杆结构 如下图： 螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，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。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约小0.20.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5P。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

8、部。其中：1.5P=7.5mm D13=(1.71.9)d=1.824=43.2mm取=50mm(1.41.6)d=1.524=36mmH1+H=160+40=200mm0.25d=6mm2.6螺杆强度计算螺杆工作时既受轴向力F，又受转矩T的作用，螺杆危险剖面上既受压缩应力，又受剪切应力。根据第四强度理论进行，其强度条件为 机械设计P257 螺杆的强度计算。 =（MPa）式中，d1为螺杆的螺纹小径（mm） 为螺杆材料的许用应力，一般可以取=5080MPa。其中扭矩，T=F .tan(+). =20103tan(4.05+5.30)10-3 =36N.m A为危险截面面积， A= 为螺纹中径处升

9、角； 为当量摩擦角故， =56.8Mpas=88.8Mpa查机械手册，45号钢，屈服强度 Xx88.75，即故，螺杆强度条件满足。2.7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。Fcr / F 3.5 5螺杆的临界载荷Fcr与柔度s有关，s=m L/i，m为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，L为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取LH+4P+(1.41.6)d，i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=pd12/4，则(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)当螺杆的柔度s40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。 （1）计算螺杆

10、危险截面的轴惯性矩I和iI=18=13（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度LLH+4p+(1.41.6)d =160+45+36=216mm(3) 计算柔度查教材，取2(一端固定，一端自由)查教材公式，E取206GPas=mL/i=82.29（1）计算临界载荷Fcr Fcr=106.6kN(2) 稳定性计算 =5.33稳定性合格。3. 螺母的设计与计算3.1选取螺母材料螺母材料一般选用青铜，如果螺母尺寸较大，可以选用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。此次设计选用青铜。3.2螺母的基本参数查机械设计手册，D1=23mm,D4=28.5mm。3.3确定螺母高度H及螺纹工作圈数u螺母高度H

11、=d2，螺纹工作圈数，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u = u+1.5(u应取整)。考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d。螺母高度由下式计算：H= up。机械设计P257螺母高度计算3.3.1求螺母高度HH =d2 =1.422.510-3=31.5mm 3.3.2螺纹工作圈数u=6.3u = u+1.5 =6.3+1.5=7.8u应圆整, u取83.3.3 螺母实际高度HH= up=85=40mm3.4校核螺纹牙强度一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度，一般是验算牙根处的剪切和弯曲强度。螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：；机械

12、设计P257 螺纹牙的强度校核式中，b为螺纹根部的宽度，b=0.65p（梯形螺纹），l=(28.5-22.5)mm取30-40Mpa, 取40-60Mpa故， = = =10.6MPa=29.08Mpa可见，螺母螺纹牙强度合格。3.5安装要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用或等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图3-1）和底座孔上端（图17）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图11），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为612mm。3.6螺母的相关尺寸计算查手册D=28.5mm内螺纹小径D1=23mm D3= (1.61.8)D =1.728.5=48.45m

13、m取=48D4= (1.31.4)D3 =1.348=62.4mm图3-1取 H=45mm a=H/3=45/3=15mm4托杯的设计与计算托杯用来承载重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图4-1。为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。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。式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者。D10=(2.42.5)d =2.4524

14、=58.8mm 取60mmD11=(0.60.7）d=0.6524=15.6mm 取16mmD13=(1.71.9)d=1.824=43.2；取46mmD12=(24)=44mm 图4-1 故 (23Mpa) =15.17MPap5. 手柄的设计与计算5.1手柄材料常用的材料有Q235和Q215。本次设计选取Q235号钢。5.2手柄长度Lp扳动手柄的力矩：KLp=T1+T2 则 式中：K加在手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150250N，工作时间较长时为100150N。T1螺旋副间的摩擦阻力矩， =20103tan(4.05+5.30) =36N.mT2托杯与轴端支承面的摩擦力矩， T2

15、 = (D12+D11) f F/4。 (f查手册取0.06) =(44+16) 0.0620/4=18N.m则 =0.27m 取0.3m手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上+（50150）mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。因此，手柄实际长度=+55=380mm5.3手柄直径dp把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为 sF 故 dp =18.5mm dp取22mm 式中：sF手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，sF=120Mpa。5.4手柄结构手柄插入螺杆上端的孔

16、中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面应加上挡环，并用螺钉或铆合固定。相关尺寸如图1-6： dp 7mmdp+(68)= dp+8=30mm6. 底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200），铸件的壁厚不应小于812mm，取12mm。为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成110的斜度。底座结构及尺寸如图16图中 H1=H+（1428）mm =160+25=185mm -a=45-15=30mmD=d+1(查手册) =24+1=25mmD6=D3+（510）mm =44+6=50mmD7=D6+=50+=86mmD8= =141.9mm；取144mm。式中：sp底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取sp=22.5MPa。螺旋千斤