千斤顶3机械设计螺旋千斤顶设计说明书-精
品
2020-12-12
【关键字】目录、方法、条件、问题、良好、加大、配合、提升、了解、稳定、需要、能力、作用、标准、结构、任务、关系、保证、指导、解决、中心
一、作业目的
1. 熟悉螺旋千斤顶的工作原理，设计与计算的方法；
2. 运用所学的知识解决设计中所遇到的具体实际问题，培养独立工作能力，以及初步学会综合运用所学知识，解决材料的选择，强度计算和刚度计算，制造工艺与装配工艺等方面的问题；
3. 熟悉有关设计资料，学会查阅手册和运用国家标准。

二、螺旋千斤顶的设计
千斤顶一般由底座1，螺杆4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1―1）。

螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。

设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。

设计的原始数据是：最大起重量F（kN）40 000N和最大提升高度H（mm）200mm。

螺旋千斤顶的设计步骤如下：
1. 螺杆的设计与计算
（1）螺杆螺纹类型的选择
螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。

梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。

（2）选取螺杆材料
螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。

（3）确定螺杆直径
按耐磨性条件确定螺杆中径d2。

求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距t及其它尺寸。

（4）自锁验算
自锁条件是ψ≤ρv
式中：ψ为螺纹中径处升角；ρv为当量摩擦角（当量摩擦角ρv=arctanμv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。

（5）结构（见图1―2）
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d k 的大小根据手柄直径
d p 决定，d k ≥d p 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d 4应比螺杆小径
d 1约小0.2~0.5mm 。

退刀槽的宽度可取为1.5t 。

为了
便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于
d 1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)固定在螺杆端部。

（6）螺杆强度计算
对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆 (6.23)，其中扭矩
式中：ψ为螺纹中径处升角，ρv 为当量摩擦角。

（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。

F cr / F ≥ 2.5 ~ 4
螺杆的临界载荷F cr 与柔度λs 有关，λs =μ l /i ，
μ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
l ＝H +5t+(1.4~1.6)d ，i 为螺杆危险截面的惯性半径，
若危险截面面积A=πd 12/4，则
4
1d A I i ==(I 为螺杆危险截面的轴惯性矩) 当螺杆的柔度λs ＜40时，可以不必进行稳定性校核。

计算时应注意正确确定。

2. 螺母设计与计算
（1）选取螺母材料
螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。

（2）确定螺母高度H '及螺纹工作圈数u
螺母高度H '=φd 2，螺纹工作圈数t
u H '=，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u ' = u+1.5(u '应圆整)。

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 '= u 't 。

2)tan(2d F T v ⋅+=ρψ
（3）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。

螺母的其它尺寸见图1―3。

必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。

（4）螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合
安装简便，需在螺母下端（图1―3）和底座孔上端（图1―7）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1―1），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm。

3. 托杯的设计与计算
托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图1―4。

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。

[p]（式1-1）
式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。

4. 手柄设计与计算
（1）手柄材料
常用Q235和Q215。

（2）手柄长度L p
板动手柄的力矩：K·L2则
（式1-2）
式中：K——加于手柄上一个工人的臂力，间歇工
作时，约为150～250N，工作时间较长时为100～150N。

T1——螺旋副间的摩擦阻力矩，
T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，
T2 = (D12+D11) f F/4。

手柄计算长度L p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
2
D 13+（50～150）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。

（3）手柄直径d p
把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径d p ，其强度条件为
[σ]F （式1-3）
故 d p （式1-4）
式中：[σ]F ——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，
[σ]F =120Mpa 。

（4）结构
手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面应加上挡环（图1―6），并用螺钉或铆合固定。

5. 底座设计
底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1―7），铸件的壁厚δ不应小于8～12mm ，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1∶10的斜度。

图中 H 1=H +（14～28）mm
D 6=D 3+（5～10）mm
D 7=D 6+5
H 1 D 8=27p
D ][π4+σF 式中：[σ]p ——底座下枕垫物的许用挤压应力。

对于木材，取[σ]p =2~2.5MPa 。

三、设计要求
1. 总装配图一张
设计前应仔细阅读作业指导书，了解图中各零件的结构、作用和各零件间的相互关系。

作图时应先画主要部分，并从中心线开始，由上到下，由内到外地进行。

线型粗细、尺寸标准和字体，都应符合制图规定。

装配图应注的尺寸包括：总体尺寸（长、宽、高）、安装尺寸、工作性能尺寸及配合尺寸，配合尺寸应标出配合公差。

零件明细表的内容包括：件号、名称（包括主要规格尺寸）、数量、材料（注出牌号）和备注（对于标准件应注明该标准的代号）。

2. 设计说明书一份
说明书的内容包括：目录、设计任务书，计算内容和设计步骤，说明书的字迹要清楚整洁，计算准确，步骤分明，计算过程要列出公式，代入数字并写出结果，而中间的数字演算不必书写。

设计计算说明书书写格式
计算及说明结果
约25mm
1 ⨯⨯⨯⨯
1.1 ⨯⨯⨯⨯
1.1.1 ⨯⨯⨯⨯
(1) ⨯⨯⨯⨯。