螺旋千斤顶设计说明书(江苏大学)

《机械原理与设计》
螺旋千斤顶
设计计算说明书
系别农业机械及其自动化
专业班级农机1201 学生姓名余聪
学号 3120306015
2014年11月
目录1.螺杆和螺母的设计计算
1.1螺旋副的计算
1.1.1螺杆螺纹类型的选择
1.1.2选取螺杆材料
1.1.3计算
1.1.4自锁验算
1.2螺杆的计算
1.2.1螺杆强度
1.2.2稳定性计算
1.3 螺母的计算
1.3.1螺母的基本参数
1.3.2螺纹牙强度
1.3.3螺母体强度
2.托杯设计
3.底座设计
4.手柄设计与计算
4.1手柄材料
4.2手柄长度Lp
5.螺旋千斤顶的效率
6.附A3装配图
1螺杆和螺母的设计计算
1.1螺旋副的计算
1.1.1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。

故选梯形螺纹。

1.1.2选取螺杆材料
螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等，这里选Q275钢。

1.1.3计算
根据国家规定ϕ=1.2~3.5，取ϕ=1.2（梯形螺纹）；螺纹牙的工作高度h=0.5P ；查教材表2-4-9，[p ]取20Mpa
故，d 2≥0.8[]
p Q
ϕ = 0.8202.110253⨯⨯ ≈23.09mm
查机械原理与设计（下）表2-4-1，d 取30mm ，2d =27.73，1d =26.21mm ， P=3.5mm 。

螺母高度
28.33d 2=⨯=ϕ，H ，，H 取34mm 。

螺母的螺纹工作圈数
7.95
.334
===P H z ，，所以z 取10圈。

螺纹牙的工作高度
1.75mm 3.50.5=0.5P =h =⨯
根据教材（2-4-36）的校核式[]p hz
d F
p ≤=
2π []p MPa hz d F p ≤=⨯⨯⨯⨯==17.1510
75.13014.310253
2π ，满足条件
1.1.4自锁验算
自锁条件是≤λρv ，式中：λ为螺纹升角；ρv 为螺旋副当量摩擦角，ρv =arctan v f ，查教材，当螺旋副材料为钢对青铜时，取v f =0.09（为保证自锁，螺纹升角至少要比当量摩擦角小1°~1.5°）
λ=arctan(nP / πd 2)=arctan （5.31⨯/3.14⨯30）≈ 3.2
ρv =arctan0.09≈5.14°
故，λ=2.3°<ρv -1°，满足自锁条件。

1.2螺杆的计算
1.2.1螺杆强度
螺旋千斤顶工作时，螺杆受轴向压力F 和转矩T 的作用，应根据第四强度理论对其强度进行校核。

强度计算方法参阅教材公式(2-4-39)，
[]σππσ≤⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2
31221ca 1634 d T d F 式中[]σ为螺杆材料的许用应力（MPa ），[]5~3/s σσ= 其中扭矩 式中：λ为螺纹升角，ρv 为当量摩擦角。

查手册，Q275钢，s σ=265MPa
[]MPa s
s
3.664
265
4
5
~3==
=
=
σσσ 查机械制图附表2-3，d 1=32mm ，故
[]MPa MPa 3.6636.4621.2614.344.416321.2614.3102542
32
23ca =≤=⎪⎭⎫
⎝⎛⨯⨯⨯+⎪
⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=σσ
满足强度要求。

()m N d F T ∙≈⨯⨯︒+︒⨯=+=-44.4102
30
14.53.2tan 10252)
tan(332ρλ
1.2.2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。

起重高度H=150mm ，mm 18434150,1=+=+=H H H 螺杆危险剖面的惯性半径
mm d A I i 55.64
21
.2641====
螺杆的工作长度
mm 212305.12
34
1505.12'=⨯++=++
=d H H l 查教材，μ取2(一端固定，一端自由) 螺杆的柔度
7.6455
.6212
2=⨯=
=
i
l
s μλ 因为100<=i
l
s μλ，所以
临界载荷
N d Q s c 32
2
11086.1244
21.2614.3)7.6412.1304(4)12.1304(⨯=⨯⨯⨯-=-=πλ
稳定性计算
99
.410251086.12433
=⨯⨯==F Q S c sc
满足条件。

1.3螺母的计算
1.3.1螺母的悬置计算---求螺母外径3D
螺母外径3D 的计算
[]
σπ
σ≤-=
)
(4
)3.1~2.1(223D D Q
ca
[][][]。

，，取，3.11a mm 543.1mm 418.406083.0343b b =≈=≈==D D D σσσ
螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度
螺母材料选用青铜 1.3.2螺纹牙强度
KN F 25=，内螺纹大径D=30mm ，z=10
梯形螺纹的螺纹牙根部宽度mm P b 28.25.365.065.0=⨯== 青铜螺母的[]MPa 40~30=τ 剪切强度
[]τπτ≤≈⨯⨯⨯⨯==MPa Dbz F 6.1110
28.23014.310253，所以满足条件
螺纹牙受力弯曲力臂mm D D l 14.12
73
.273022=-=-=
青铜螺母[]MPa b 60~40=σ，选取[]MPa b 50=σ
弯曲强度
MPa z Db Fl b 3510
28.2103014.314
.11025662
332≈⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-πσ，符合强度条件 2托杯设计
托杯用来承托重物，一般用铸钢或铸钢材料。

为了使托杯与重物良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托盘表现制有切口和沟纹。

为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应安有挡圈。

由于托杯在起重时不转动，因此，托杯底部与螺杆接触面有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面要加注润滑剂，另一方面还需限制接触面间比压[]p p ≤，许用压力[]p 可取15~202/mm N
mm 5.733045.2)5.2~4.2(10=⨯==d D
mm 5.213065.0)7.0~6.0(11=⨯==d D ()mm 54308.19.1~7.113=⨯==d D
mm 5221312=-=D D
MPa F p 91.114
)
5.2156(14.310254)D D (2
23
211212=-⨯=-=π ，满足条件
3底座设计
底座常用铸铁铸造，壁厚一般不应小于8~12mm ，为稳定起见，可以制成1/10~1/12的斜度，所以壁厚（δ）选择8mm ，斜度为1/10。

H 1=H+（14～28）mm =150+20=170mm D 6=D 3+（5～10）mm =41+7=48mm D 7=D 6+
51
H =48+5
170=82mm D 8=
()
m m F 93.2301012810214.310254D ][π42
3
6
327p ≈⨯+⨯⨯⨯⨯=+-σ，取231mm
式中：[σ]p ——联接结合面材料的许用挤压应力。

当联接结合面材料为木头时，取[σ]p =2MPa 。

4 手柄设计与计算
4.1手柄材料1
常用碳素结构钢制造，如Q235和Q275。

4.2手柄长度L p
螺旋副间的摩擦阻力矩
()m N tg f tg d F
T v ∙≈︒+︒⨯⨯⨯=+=403.4414.53.22
73.271025)(2321λ 断面摩擦力矩
m N D D Ff T c
∙≈+⨯⨯⨯=+=25.64
021
.0052.011.010********* 式中c f 为托杯底部与螺旋端面间的摩擦系数，可取12.0~1.0=c f
驱动力作用半径（即手柄的计算长度）
mm P T L p 204200
10653.403
=⨯==
手柄的实际长度
mm D L L p 3191002
30
204)150~50(22=++=++
= 手柄的直径
[]mm T d h p 5.1510
1201.0653
.401.036
3
≈⨯⨯=≥σ，式中[]h σ为手柄材料的许用弯曲应力，可取[]h σ=120MPa 。

5 螺旋千斤顶的效率
%15.3420420014.325
.310252P 3≈⨯⨯⨯⨯⨯==p PL F πη式中：分子上P 为螺距，分母上P 为
人手作用力,
6 参考文献
[1]机械原理与设计[下册].北京: 机械工业出版社,2009.2
[2]江苏大学机械设计课程组.机械设计课程大作业指导书,2011.8 [3]工程材料及其成型基础.高等教育出版社，2012. [4]材料力学I.I 高等教育出版社，2010.6。