題目機械設計千斤頂
機械學院機制專業二班
設計者鄭榮偉學號020900217
指導老師
姚立剛完成日期
2011 年 10 月 12 日
目錄一、目的1
二、題目及方案1
三、受力簡圖1
四、計算內容2
五、參考文獻6
四、計算內容
計算及說明
結論1.螺桿螺母選材及螺紋型別選擇螺桿螺母選材及螺紋型別選擇螺桿螺母選材 （1）選擇螺桿的牙型：螺紋有矩形、梯形與鋸齒形，常用的是選擇螺桿的牙型：
選擇螺桿的牙型梯形螺紋。梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角α=30o，梯形螺紋的內外螺紋以錐面貼緊不易鬆動。矩形螺紋牙根強度低，鋸齒形螺紋牙型為不等腰梯形，加工成本高。
從實用性考慮，故梯形螺紋選梯形螺紋。 （2）選擇材料： 選擇材料：
單個作用面受力不大， 選擇材料考慮到千斤頂轉速較低， 螺桿材料常用 q235、q275、40、45、55 等。此處選最常用的螺桿：q235 q235 鋼。
螺母材料一般可選用青銅，對於尺寸較大的螺母可採用鋼或鑄鐵製造，其內孔澆注青銅或巴氏合金。此題選青銅 zcusn10pl。 螺母：
zcusn10pl 2.耐磨性計算螺桿中徑耐磨性計算螺桿中徑耐磨性計算螺桿由耐磨性條件公式： = ps
f f?p = ≤ [ p] ， 對於梯形螺紋， a π ? d2 ? h ? h
有 h=0.5p,那麼耐磨性條件轉化為： 2 ≥ 0.8 d
f ， 查表 5-12， φ[ p]
得[p]=18~25mpa， [p]=20mpa， 取對於整體式螺母， = 1.2 ~ 2.5 ， φ 取 φ = 1 .5 ， 學號
217 ，
f = 60 kn , 那麼有
d 2 ≥ 28 . 3 mm d 1 = 29 mm d 2 = 33 mm d = 36mm d = 37 mm p = 6mm z = 11 h = 66 mm
d 2 ≥ 0.8
60 kn = 28.3mm ，查附表試取公稱直徑 d=36mm, 2 × 24 mpa
螺距 p=6mm, 中徑 d2=33mm, 小徑 d1=29mm, 內螺紋大徑
d=37mm。 那麼螺母高度 h = φ ? d 2 = 2.0 * 33 = 66 mm ， 螺紋圈數
z=h 66 = = 11 。 p 6
3.驗算自鎖條件： 驗算自鎖條件： 驗算自鎖條件自鎖條件是ψ ≤ ?v ，式中：ψ為螺紋中徑處公升角；
v 為當量摩角（當量摩擦角 ?v = arctan
f ，為保證自鎖，螺紋中徑 cos β f = arctan f v ， cos β
處公升角至少要比當量摩擦角小 1°。ψ ≤ ?v = arctan
查表 5-12 得 f = 0.10 ( 取啟動時計算用的最大值 ) ，
ψ = arctan
1× 6 s np = arctan = arctan = 3.3o πd 2 πd 2 π × 33
ψ = 3.3o ? v = 5.91o
滿足自鎖條件
v = arctan
f 0.10 = arctan = 5.91° cos β cos15°
o o o o o
故，ψ = 2.8 < ? v ? 1 = 5.91 ? 1 = 4.91 ，所以自鎖性可以保證。
4.螺桿的強度計算： 螺桿的強度計算： 螺桿的強度計算千斤頂螺桿危險截面受軸向力 f 和扭轉力矩 t
的作用，這裡的扭轉力矩是螺紋副的摩擦轉矩 t。根據第四強度理論， 螺桿危險截面的強度條件為: σ ca =
f 4t ( ) 2 + 3( ) 2危險截 a d1
面面積 a =
π4d12 ， t = f tan(ψ + ? v )
d2 = 161n/m 2
σ ca = 90.9 mpa110 mpa
滿足螺桿強度要求
f 4t 代入資料， σ ca = ( ) 2 + 3( ) 2 = 90 .9 mpa110 mpa a d1
而選擇 d1=25mm,滿足螺桿強度要求。
5.螺母螺紋牙的強度計算螺紋牙強度校核螺母螺紋牙的強度計算螺紋牙強度校核螺母螺紋牙的強度計算
因為螺母材料強度低於螺桿 ， 所以螺紋牙的剪下和彎曲破壞大多發生在螺母上，故可只校核螺母螺紋牙強度。螺母螺紋牙根部剪下強度條件為：
τ=f 60 τ mpa = 12 .03 mpa30 mpa = 12 .03 mpa = πdbz π × 37 × 0.
006 × 0.65 × 1130 mpa 滿足剪下強度。 螺母螺紋牙根部危險截面的彎曲強度條件為：
滿足剪下強度
σb =
d ? d 2 37 ? 33 3 fl = = 2mm ， ≤ [σ b ] ， l = 2 zπdb 2 2
σb =
3 × 60000 × 2 = 18.5mpa ≤ [σ b ] = 40 mpa 11× π × 37 × (0.65 × 0.006) 2
滿足彎曲強度
σ b = 18.5mpa ≤ [σ b ] = 40 mpa
滿足彎曲強度
6.螺母的引數計算螺母的引數計算
根據圖冊 p93 進行螺母的引數設定。 螺母頂部寬 b = (0.2 ~ 0.
3) h = 13.2 ~ 19.8mm ，取 b=16mm， 外部直徑 d3 ≈ 1.
5d = 1.5 × 36mm = 54mm ， 頂部直徑 d4 ≈ 1.4 d3 = 1.
4 × 54mm = 75.6mm ， 螺母螺紋內徑：公稱直徑 d，小徑 d1 中徑 d2
d = 37 mm, d1 = 29mm, d 2 = 33mm
b=16mm
d3 = 54mm d4 = 75.6mm d1 = 29mm d 2 = 33mm
7.手柄設計計算手柄設計計算
手柄材料選擇 q235 號鋼， 計算手柄的總廠度： 加在手柄上的力需要克服螺紋副之間的摩擦阻力矩 t1 和託杯支撐面間的摩擦力矩 t2。設加在手柄上的力 fp =200n，手柄長度為 lp ，則有 fp × lp = t1 + t2 。
對於 t1 和 t2，有
q235
t1 = f tan(ψ + ?v )
d2 33 = 60000 × tan(3.3 + 5.91) × = 160522n*m t1 = 160522 n ? mm 2 2
d5 = 60mm
mff [ d5 ? ( 2 ~ 4)]3 ? ( d6 + 2) 3 t2 = ? ， 3 [ d5 ? ( 2 ~ 4)]2 ? ( d6 + 2) 2
其中：手柄穿過的柱體直徑為：
d5 = (1.6 ~ 1.8)d = 57.6 ~ 64.8mm ，取 60mm
d6 = 25mm
螺桿頂端的螺紋直徑為：
d6 = (0.6 ~ 0.8)d = 21.6 ~ 28.8mm ，取 25mm
剛對剛，摩擦係數 f=0.11-0.17，取 0.12 帶入計算 t2 = 得 lp =
0.12 × 60000 603 ? 253 = 161647 n ? mm 3 60 2 ? 252
t2 = 161647 n ? mm
160522 + 161647 = 802.6mm 200 l1 = 200mm
總長： lc = lp + d 2 = 802.6 + 37 / 2 = 821.2mm 取 lc = 850mm ，
固結長度設計為： l1 = 200mm 套筒長度為： l2 = 650mm
l2 = 650mm
設手柄所受最大彎曲應力為σ ，則手柄直徑 dx 應滿足
σ=t1 + t2 32(t1 + t2b ] ，轉化為： wz πd x 3
32(t1 + t2 ) 32 × (160522 + 161647 ) = 27.9mm π × 150
d x = 28mm
dx ≥ 3
π [σ b ]
=3取手柄直徑。
8.螺桿的穩定性計算螺桿的穩定性計算
螺桿的最大工作長度：手柄直徑為 d x = 28mm 由尺寸經驗公式 h1 = (1.8 ~ 2) d x = (1.
8 ~ 2) * 28 = 50 .4 ~ 56 mm ， h1 = 53mm ， 取則
l = 326mm fc 160967 = = 2.68 ≥ f 60000
故千斤頂螺桿滿足穩定性要求
千斤頂設計
1螺桿螺母的材料選擇 考慮到此設計的千斤頂最大承重10kn，以及耐磨性，所以選用45 調質鋼，它的特點是具有一定的耐磨性，可用於用於載荷較大而工作不頻繁的公升降螺桿。根據參考文獻 1 表10.2查得抗拉強度，螺母選用青銅材料，由機械設計手冊可以查到其許用彎曲應力 bp 40 60mpa，許用切應力 ...
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