螺旋千斤顶毕业设计论文

第四章 千斤顶的设计

已知轴向载荷F=15000N,最小高度271，最大高度为391mm,即最大举升高度391-271=120mm. 方案图如下所示：

1—托杯 2—手臂 3—销 4—手柄 5—挡环 6—螺套

7—螺杆 8—螺钉 9—底座

图4.1 千斤顶剖视图

4.1螺杆的设计计算

4.1.1. 选择材料

前面已做分析，此次设计选用梯形螺纹，基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。考虑到千斤顶转速较低，单个作用面受力不大，螺杆材料常用Q235，275，40，45，55等，此处螺杆选常用的45钢。由手册查σ=360Mpa；为了提高耐磨性，螺母选较软的材料锡青铜

为ZCuSn10P-1，由上表知钢对青铜低速时，对人力驱动[p]可提高20%，即[p]=(18-25)⨯120%=21.6-30MPa，[p]=25MPa，螺母为整体螺母由于磨损后不能调整间隙，可视受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故φ=1.2-2.5，此处取φ=2。 4.1.2. 确定螺杆直径

按耐磨性条件确定螺杆中径d2,求出d2后，按标准选取相应的公称直径d2，螺距p及其他尺寸。

根据规定对整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，可视受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取φ=1.2-2.5，此处取φ=2。螺杆——螺母材料分别取为钢——青铜，查表3.2滑动速度为低速，对人力驱动[p]可提高20%，即[p]=(18-25)⨯120%=21.6-30MPa，[p]=25MPa，（摩擦系数起动时取大值，校核是为安全起见，应以起动时为准。由f值0.08-0.1，应取f=0.1,代入F=40KN

梯形螺纹，h=05p,已知取φ=2，则计算d2 d2≥0.8

F=0.8=13.856mm （式4.1） φ[ρ]2⨯25

根据GB/T5796.3-,2005查得取标准 公称直径d=20mm p取标准值p=4mm 小径D3=15.5mm 中径d2=D2=18mm 大径D4=20.5mm

牙顶和牙底宽=0.336p=1.344mm

4.1.3. 螺纹副自锁性验算： 自锁条件是ψ≤ϕv

式中： ψ为螺纹中径处升角；

ψ≤ϕv=arctanfv=fcosβ

fv为当量摩擦系数。（fv=

ff

，式中β为螺纹工作面的牙形斜角）； =

cosβsin900-β

ϕv为当量摩擦角（为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小10.）

查教材表 得f=0.10（取起动时计算用最大值）

ψ====4.0480

πd2πd23.14⨯18

ϕv=f0.10

==5.910

cosβcos15

snp1⨯4

故，ψ=4.0480≤ϕv-10=4.910

所以自锁性可保证。

4.1.4. 螺杆强度校核

受力较大的螺杆需进行强度计算。螺杆工作时承受轴向力F及转矩T的作用。螺杆危险截面上既有压缩应力，又有切应力。因此，校核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出螺杆危险截面的计算应力σca，强度校核公式为：

σCa

⎛T⎫⎛F⎫

⎪=2+3τ2= ⎪+3 ≤[σ] （式4.13） ⎪

⎝A⎭⎝WT⎭

2

2

式中: F-------螺杆所受的轴向压力，N；

A-------螺杆危险截面的面积；A=

π

4

d12,mm2；

3

d1

WT----螺杆螺纹段的抗扭截面系数,WT=π=A

d1

,mm3； 4

d1--------为螺杆螺纹的小径（mm）；

[σ]---为螺杆材料的许用应力（Mpa）；

T------为螺杆所受转矩（N.mm）； 其中扭矩

T=Ftan(ψ+ϕv)

d218

=15⨯103N⨯tan4.4080+5.910⨯=24.577N.M 22

()

式中：ψ为螺纹中径处螺纹升角；ϕv为当量摩擦角。 查手册GBT699---1999.45钢的σs=355Mpa， 教材表5-13，如下表

表 滑动螺旋副材料的许用应力

安全系数3-5，取3。

[σ]=σs

3

=

355

=128.33Mpa 3

故有：

σCa

⎛4F⎫⎛T⎫⎛4⨯15⨯103⎫⎛24.577⨯103⎫= 3.14⨯15.52⎪⎪+3⨯ 0.2⨯15.53⎪⎪=94.972Mpa≤[σ]=128.33Mpa πd2⎪⎪+3 0.2d3⎪⎪=

⎝⎭⎝⎭1⎭⎝1⎭⎝

2222

所以得到强度校核满足设计要求。 4.1.5. 螺杆稳定性校核 (1)计算柔度γ=

μl

i

螺杆一端固定，一端自由，长度系数μ=2；螺杆最大受力长度L由起重高度l1、螺母高H、铰支头高及螺杆轴向预留余量l2决定，其中l2=1.5d。

因此，螺杆的工作长度i=

d118==4.5mm 。 44

l=l1+H=120+36=156mm

，螺杆危险截面惯性半径

γ=

所以需要校核。 (2)计算临界载荷： 查手册表1-6，E取200GP。

μL2⨯156

i=

4.5

=69.33 >40 （式4.24）

3.14⨯18⨯10-3

I==

6464

πd14

()

4

=0.515093⨯10-8M4

（式4.25）

π2EI3.142⨯200⨯109⨯0.515093⨯10-8

因此：FC===104.343KN（式4.26） 2-32

μl2⨯148.75⨯10FC104.343⨯103==6.9562≥S=4 3F15⨯10

稳定性满足设计要求。

4.2螺母的设计计算

14.2.1 选取螺母材料

螺母选较软的材料锡青铜由上表3.1选取材料为 ZCuSn10P-1。 24.2.1 确定螺母高度H'及螺纹工作圈数U

螺母高H'： H'=φd2=2⨯18=36mm （式4.2） 螺纹工作圈数z：z=

H36

==9 （式4.3） P4

考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数u'=u+1.5=10.5（u'应圆整）考虑到螺纹圈数越多载荷分布越不均匀，故u不宜取大，此次设计u取11。

所以螺母的实际高度

H=U'P=11⨯4=44mm

34.2.1 校核螺纹牙强度

由上表查得青铜螺母螺纹牙许用弯曲应力[σ]=40-60MPa,； 许用剪切应力[τ]=30-40Mpa；

梯形螺纹螺纹牙根宽度b=0.65p=0.65⨯4=2.6mm； 梯形螺纹螺纹牙工作高度h=0.5p=0.5⨯4=2mm。则： ①弯曲强度校核：

σ=

3Fh3⨯15000⨯2

==18.803Mpa≤[σ], 合格 （式4.5） 22

πD4zb3.14⨯20.5⨯11⨯2.6

②剪切强度校核：

τ=

F15000

==3.134MPa≤[τ]，合格 （式4.6） 22

zπD4b11⨯3.14⨯20.5⨯2.6

式中：D4——螺母螺纹大径，mm.

Z——螺母螺纹工作圈数。

44.2.1 螺母外部尺寸计算 （1）计算确定D3

螺母悬置部分受拉伸和扭转联合作用，为计算简单，将F增大30%，按拉伸强度计算得：

σ=

1.3F

π(D32-D42)

4

≤[σ] （式4.10）

式中，[σ]为螺母材料的许用拉伸应力，可取[σ]=0.83[σb]，由上表取 [σb]=50Mpa，因此[σ]=0.83[σb]=41.5Mpa。故

D3≥.66取D3=32 mm （2）确定D5和a

F

σ+D4=.66

2

15000

+20.52=31.94mm （式4..11） 41.5

按经验公式D5=（1.3～1.4）D3及a=

H

可求： 3

D5=（1.3～1.4）×32=41.6-44.8mm 取D1=44 mm （式4.12） a=

H36

3=3

=12mm （3）校核凸缘支承表面的挤压强度，强度条件为：

σp=

4FπD2D2

=4⨯15000

22=20.95Mpa≤[σp] 5-33.14⨯44-32

满足设计要求。

（4） 校核凸缘根部弯曲强度：

σMF(D1-D3)

/41.5⨯15000

(44-32)p=

W=πD2==18.66MPa≤[σ]3a/63.14⨯32⨯122

满足设计要求。 （5）校核凸缘根部剪切强度，强度条件为：

τ=

F

πD≤[τ] 3a

式中，螺母材料的许用切应力[τ]=35Mpa 故：τ=

FπD=15000

=12.44MPa≤[τ] 3a3.14⨯32⨯12

满足设计要求。

4.3手柄设计计算

4.3.1 拖杯与手柄的结构：

确定手柄长度，则手柄上的工作转矩为：

T=F=T1⎡2D3-d3HLH1+T2=2F⎢d0

02tan(λ+ρν)

+f⎤

⎣3cD2

⎥ 0-d2

0⎦

（式4.13） 4.14） 4.15） （式4.16） （式4.17） （式4.18） （式 （式

式中：T1、T2——分别为螺纹副摩擦力矩及拖杯与接触面摩擦力矩（N·mm）；

fc————拖杯与支承面的摩擦系数，fc=0.15；

D0————托杯底座与支承面接触部分外径（mm），由经验公式D0=(1.6-1.8)d确定，

取D0=32mm；

d0 ————托杯底座与支承面接触部分内径（mm），取d0=16mm,FH为手作用在手柄

上的力（N）；

LH————手柄有效长度（mm）。

如一人连续工作，手作用力通常取FH=150～200N,取FH=200N；

⎡12323-163⎤

因此，200 LH=⨯15000⨯⎢18⨯tan2.98+4.5+⨯0.15⨯2 （式4.19） 2⎥2332-16⎦⎣

()

得：LH=228.62mm 取LH=230mm 4.3.2 确定手柄直径dk

选手柄材料为45钢，σS=360MPa， 许用弯曲应力[σb]=

σs

1.5~2

=140～180 Mpa，取[σb]=160 Mpa。

手柄的弯曲强度条件为： σb=

FHLHFHLH

=≤[σb] （式4.20）

3Wdk32

3

因此，dK≥

15⨯200⨯230

=11.12mm, 取dK=12mm （式4.21）

π⨯160

4.4托杯的设计计算

托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，取材料为Q235。其结构尺寸见图。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=

F

≤[p] 22

π(D12-D11)

4

式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材[p]的小者。

Q235:[p]杯= 225MPa； 45钢：[p]杆=570MPa 取[p]D10=(2.4~2.5)d =2.45⨯20=49mm D11=(0.6~0.8）d=0.7⨯20=14mm D13=(1.7~1.9)d=1.8⨯20=36mm D12=D13 - (2~4)=36-4=32mm h1=（1.5~1.8）d=1.8*20=36mm 故

料

杯

。

F32⨯103

=p==49.23MPa≤[p] 2222

π(D12-D11)3.14(0.032-0.014)

44

满足设计要求

托杯厚度δ=8~12mm，此处取δ=10mm；杯底厚度为 1.3δ=13mm；沟纹宽度1.5δ=10mm； 沟纹深度为δ/2=5mm；托杯高度为1.8*d=1.8*20=36mm；

为保证托杯可以转动，螺杆顶端的垫片与托杯底部留有间隙，间隙值为3~4mm，因承受力不

大，故取值为3mm。

4.5底座的设计

底座材料常用铸铁HT150及HT200，选用HT150。铸件的壁厚δ不应小于8～12mm，取δ=15mm。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。底座结构及尺寸如图

S=（1.5~2）δ=1.5*15=22.5mm D3=42mm

D5= D3+2δ=42+2*15+4=72mm D6=D3=42mm

D7=D6+2* =52+ =96mm D8=1.35D7=1.35*96=130mm

4.6安装要求

螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用

H8H

或8等配合。为了安装简便，r7n7

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。

2.4.1 螺母的相关尺寸已得：内螺纹小径D1= 16mm D3= 1.5d =1.5×20=30mm D4= 1.4D3 =1.4×30=42mm H′=44mm;； a==18mm

第五章 螺旋千斤顶图形的绘制

要绘制螺旋千斤顶的装配图，首先应当选定绘图比例和图幅后布置视图，先确定各视图的位置，画出主要轴线、中心线及基准线。然后开始画底图，按照“先主后次”的原则，沿装配轴线按装配关系依次画出底座→螺套→螺旋杆→绞杠→顶垫等零件。底图完成后，检查加深图线，还要进行尺寸标注，编注零件序号，填写明细栏、标题栏等，完成全图。

同时要了解千斤顶的工作原理：千斤顶是利用螺旋传动来顶举重物的一种起重或顶压工具，常用于汽车修理及机械安装中。工作时，重物压于顶垫之上，将手炳穿入螺旋杆上部的孔中，旋动手炳，螺旋杆在螺套中靠螺纹做上、下移动，从而顶起或放下重物。螺套镶在底座里，用螺钉定位，磨损后便于更换。顶垫套在螺旋杆顶部，其球面形成传递承重之配合面，由螺钉锁定，使顶垫相对螺旋杆旋转而不脱落。

图4.1 螺旋千斤顶的轴测图

因此由螺旋千斤顶的工作原理可知，千斤顶的装配主干线是螺旋杆，为了清楚的表达千斤顶的内外部装配结构，则绘制了千斤顶的全剖视图。

在主视图上，千斤顶的7个零件所处的位置及装配关系、各零件的主要形状均已表达清楚，只有螺旋杆上与绞杠配合的孔没有表达充分，故采用剖面图A—A表达清楚。 所以螺旋千斤顶的装配图如下：

图4.2 螺旋千斤顶的装配图

第六章 使用千斤顶的注意事项

1.无论哪种千斤顶都不准超负荷使用，以免发生人身或设备故障。

2.千斤顶使用前，应检查各零件是否灵活可靠，有无损坏，油液是否干净，油阀、活塞、皮碗是否完好。

3.千斤顶工作时，要放在平整坚实的地面上，并要在其下面垫枕木、木板或钢板来扩大受压面积，防止塌陷。

4.千斤顶安放位置要摆正，顶升时，用力要均匀；卸载时，要检查重物是否支撑牢固。

5.几台千斤顶同时作业时，要动作一致，保证同步顶升和降落。

6.螺旋千斤顶和齿条千斤顶，在任何环境下都可使用。而液压千斤顶在高温和低温条件下不准使用。

7.螺旋千斤顶和齿条千斤顶，应在工作面上涂上防锈油，以前少磨损避免锈蚀。液压千斤顶应按说明书要求，定时清洗和加油。

8.螺旋千斤顶和齿条千斤顶的内部要保持清洁，防止泥砂、杂物混入，增加阻力，造成过度磨损，降低使用寿命。同时转动不分要添加润滑油进行润滑。

9.液压千斤顶的储液器要保持洁净，如产生渣滓或液体混浊，都会使活塞顶升受到阻碍，致使顶杆伸出速度缓慢，甚至发生事故。

10.液压千斤顶不准作永久支承。如必须做长时间支撑时，应在重物下面增加支承部件，以保证液压千斤顶不受损坏。

11.齿条千斤顶放松时，不得突然下降，以防止其内部机构受到冲击而损坏，或使摇把跳动伤人。

12.各种千斤顶要定期进行维修保养。存放时，要将机体表面涂以防锈油，把顶升部分回落至最低位置，并放在库房干燥处，妥善保管。

第七章 设计总结

这次的毕业设计是大学四年中的最后一个环节，是对四年的学习生活中所学知识的一个汇总和概括，使我们每个人都能了解自己学到了什么，理解多少，会运用多少，还有多少知识不了解，需要进一步加深理解。

在校期间，开设有《机械制图及AUTOCAD》、《机械设计》、《机械制造》等课程，这些课程对我们搞好这次毕业设计有很大的帮助，综合运用好这些课程，加之我们平时的知识积累和老师的极大帮助和指导，为这次毕业设计提供了非常有利的保障。

即将毕业的我，在以后的工作中难免会遇到一些问题或麻烦，如机器损坏或零件老化等一系列问题时，这时就要靠自己以前所学的知识和积累的经验去解决它。随着科学技术的高度发达，一些质量优、性能好、效率高、能耗低、价格低廉的产品将开发出来并淘汰那些老的生产技术或设备。因此，我们应该树立良好的设计思想，重视对自己进行机械设计能力的培养；善于利用各种信息资源，扩展知识面和能力；培养严谨、科学、创新与创业、艰苦奋斗的企业精神，加强环境保护意识，做到清洁生产和文明生产，以最大限度的获得企业效益和社会效益

所以，在以后的工作中，需要继续学习和加深。在此我非常感谢闫海仙老师在设计过程中对我的指导和帮助，在此向闫老师致以诚挚的谢意！

因水平有限，设计中必然有所许多不足之处，还望老师批评。

致 谢

为期一个月的毕业设计即将接近尾声，在闫老师的亲切指导和同学的帮助下，此次设计才得以完成，在此向所有给予我此次毕业设计指导和帮助的老师和同学表示最诚挚的感谢。

首先，向本设计的指导老师——闫海仙老师表示最诚挚的谢意。在自己紧张的工作中，仍然尽量抽出时间对我们进行指导，时刻关心我们的进展状况，督促我们抓紧学习。闫老师给予的帮助贯穿于设计的全过程，从借阅参考资料到现场的实际操作，他都给予了指导，不仅使我学会书本中的知识，更学会了学习操作方法。也懂得了如何把握设计重点，如何合理安排时间和论文的编写，同时在毕业设计过程中，他和我们在一起共同解决了设计中出现的各种问题。

其次，要向给予此次毕业设计帮助的老师们，以及同学们以诚挚的谢意，在整个设计过程中，他们也给我很多帮助和无私的关怀，更重要的是为我们提供不少技术方面的资料，在此感谢他们，没有这些资料就不是一个完整的论文。

另外，也向给予我帮助的所以同学表示感谢。

总之，本次的设计是老师和同学共同完成的结果，在设计的一个月里，我们合作的非常愉快，教会了大我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢！

参考文献

[1] 王定国.机械原理与机械零件.北京,高等教育出版社,1996年（第十章第六节）

[2] 郑志祥,刘天一.机械零件.上海,高等教育出版社,1992年（第四章第六节）

[3] 吴宗泽.机械零件.北京,广播电视大学出版社,1994年（第三章第八节）

[4] 黄景一,付荣伯.起重机械设计制造使用手册.安徽文化出版社,2002年

[5] 范祖尧.非标准机械设备实际手册.北京.机械工业出版社,1996年