机械设计-千斤顶_设计计算说明书

1、一、传动方案的确定螺旋千斤顶由螺杆、底座、螺母、手柄和托杯等组成。通过转 动手柄使螺杆在固定的螺母中边旋转、边相对底座上升或下降，从 而能把托杯上的重物举起或放落。装在螺杆头部的托杯应能自由转 动，螺杆下端设置安全挡圈，以防止螺杆全部旋出。螺旋千斤顶应 具有可靠的自锁性能。二、主要设计参数主要设计参数为A5，即最大起重重量F=26kN，最大起重高度L=160mm。三、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸3.1螺纹牙型的选择选用梯形螺纹牙型梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好。所以选择梯形 螺纹牙型。螺杆螺母材料选择钢一青铜。3.2螺纹基本尺寸螺纹中径按螺母螺纹牙面的耐磨性计算，对于梯形螺纹，h =0

2、.5P，贝U有式中值一般取1.22.5，此处取1.2，许用压力Ip 1经查表得Ip -13 MPa。= 0.826 103 1.2 13 106:0.033m 二 33 mm。取螺杆标准中径d2 =33 mm查表可得螺距P=6mm，牙顶间隙a 0.5 mm螺杆大径 d 二 d2 0.5P =33 0.5 6 = 36 mm。螺杆小径 d3 二d -2h3二d -2 0.5p ac = 29mm。螺母的标准中径D2二d2 =33mm。螺母大径 D4 =d 2ac = 36 2 0.5 = 37 mm。d2 = 33 mmd = 36 mmd3 = 29 mmD2 = 33 mmD4 = 37 m

3、mDi = 30 mm螺母小径 D1 = d - P = 36 - 6 = 30 mm。四、螺杆的设计计算4.1材料螺杆的常用材料为Q235、Q275、35钢和45钢。此处考虑成本 与耐磨性要求，选用经正火或淬火处理的45钢。4.2螺杆结构螺杆上端需用于支承托杯和插装手柄，故此处需要加大直径。其结构如图1所示，图中L为最大起重高度，H为螺母高度，手柄孔径dK的大小应根据手柄直径dp决定，一般取dK dP 0.5 mm0螺杆选用45钢由3.2结论知螺杆小径 d3 =29mm，中径d2 =33mm，螺距P=6mm,为了便于切制螺纹，应设退刀槽，退刀槽处的直径dc要比螺纹小径d3小0.20.5mm，

4、这里取0.5mm。则 dc =d3-0.5 = 29 - 0.5 = 28.5 mm。dc = 28.5 mm退刀槽的宽度b_1.5P=1.5 6=9mm。故此处取b=9mm。 为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应制有倒角，如图1(a)所示1(b)所示。11或制成稍小于小径d3的短圆柱体，如图4.3自锁性校核 =3.3自锁性条件为 。螺纹升角屮 =arctan nP = arctan * 6 & 3.3nd2兀汉33经查表，摩擦因数f取0.08，螺纹牙侧角取15，当量摩擦角-V=arctanarctan: : 4.7。cos ：cos15V= 4.7由于影响摩擦因数f的因素很多，其值并不稳定，为保

5、证螺旋 起重器有可靠的自锁能力，可取 - V -1。由上述计算可得3.3乜4.7丄1 ,所以自锁性满足要求。4.4强度校核螺杆工作时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力，升至最高 位置时，载荷分布如图2所示。图2T = 60.3 103 N mm螺杆所受扭矩T=Fta 亠叫 ? =26 103 ta n 3.3 4.7 j 60.3 103 N m。危险剖面的强度-ca .；i4F23 16T3壯皿3丿 1闵3丿4x26x10=1 16x60.3x10算 x292二 293:45 MPa二 ca 二 45MPa查表得45钢的屈服强度可取二s =355 MPa,故螺杆材料的需用 许用应力1 s =

6、 355 =71MPa。按照第四强度理论，危险剖面的55强度按二cZ校核。这里45MPa乞71MPa。所以强度满足。4.5稳定性校核螺杆危险界面惯性半径i二d3二29 25 mm。由3.2知44d =36 mm，则螺杆头部高度取 B=1.5d=1.5 36 = 54 mm，螺杆最H54大工作长度I = L + B +=160+54+ = 241 mm,长度系数卩=2 ,22-12 241则柔度=fc66mm85mm，故Fcr2490兀 d31 0.0002 242490兀汉291 0.0002 6624172.97 103=173kN故Fcr J73，6.65_4，所以满足稳定性条件。F 26

7、五、螺母的设计计算5.1材料螺母和螺杆旋合工作时，应具有较高的耐磨性和较低的摩擦因 数，通常选用螺母材料比螺杆材料硬度低。耐磨性较好的螺母材料 有：铸锡青铜 ZCuSn10Pb1、铸锡锌铅青铜 ZCuSn5Pb5Zn5和铸铝 铁青铜ZCuAI10Fe3;当低速、轻载或不经常使用时，也可选用耐 磨铸铁或铸铁。这里我们选用铸铝铁青铜，即ZCuAI10Fe3。k .1-71 MPai = 7.25 mm d = 36 mmB = 54mmI = 241 mm - 66 mmFcr = 173 kN螺母选用铸铝铁 青铜ZCuAI10Fe35.2螺纹牙工作圈数z螺纹牙工作高度h=0.5P=0.5 6=3

8、mm,螺纹牙工作圈数6.43。考虑到螺纹牙工作圈数越ZAF_26X103 jrd2hp】兀 x33x3x13多，载荷分布越不均匀，故螺纹牙工作圈数不宜大于10,故6.43岂z乞10。取z=7.5。考虑到螺纹杆退刀槽的影响，螺母螺纹牙实际圈数应取z =z，1.5=95.3螺母的结构尺寸螺母的结构如图3所示，螺母的高度H =zp =9 6 =54 mm；螺母外径D -1.8D4 -1.8 37 =66.6 mm ；螺母的凸缘外径D! =1.4D =1.4 66.6 =93.24 mm ； 螺 母的凸 缘厚度H 54a18mm。33螺母装入底座孔内，配合选取 H8。为防止螺母转动，设置紧 r7h =

9、 3 mmz = 7.5z = 9H = 54 mmD = 66.6 mmD1 = 93.24 mma = 18 mm定螺钉，其直径取M6。5.4螺纹牙强度校核对于梯形螺纹，螺纹牙根部厚度b=0.65P=0.65 6= 3.9 mm；弯 曲力臂| = 4 - D2 = 37 33 = 2 mm。螺纹牙根部的弯曲应力2 23FIz 二 D4b23 26 103 27.5： 37 3.9211.76MPa，查表得螺母材料的许用弯曲应力 叽 匚40 MPa。由于11.76MPa乞40 MPa，故螺纹牙根部抗弯强度满足条件。螺纹牙根部的剪切应力FzD4b26 1037.5n“37 3.9:7.65MP

10、a，查表得螺母的许用剪切应力I l-30MPa。由于7.65MPa乞30MPa,故螺纹牙根部抗剪强度满足条件。5.5螺母悬置部分强度和螺母凸缘强度校核 螺母悬置部分横截面上的拉应力1.3F31.3 26 10兀 /22 vD -D446637214 MPa，查表得螺母材料的许用 拉应力 卜丨-0.83卜b丨-0.83 40 =33.2 MPa。 由 于14MPa乞33.2MPa,故螺母悬置部分横截面上的抗拉强度满足条件。 螺母凸缘支承面上的挤压应力4F6 =P 二 D；-D23二4 262 1 0 27.77 MPa，查表得螺母)江汉(93.242 66.62 )材料的许用挤压应力JpL 1.

11、5人 1=1.5 40 =60MPa。由于7.77MPa乞60MPa,故螺母凸缘支承面上的挤压强度满足条件。 螺母凸缘根部的弯曲应力严叮5 26 10393.2466.615.33MPa， Da2二66.618 10”b = 3.9mmI = 2 mm6 =11.76 MPa.二 7.65 MPa厂-14MPa二 p 二 7.77 MPa匚 b = 15.33 MPa表得螺母材料的需用弯曲应力= 40 MPa。由于15.33MPa空40MPa,故螺母凸缘根部弯曲强度满足条件。 螺母凸缘根部的剪切应力F二 Da326 10二 66.6 18:6.9 MPa,查表得!. 1-30 MPa。= 6.

12、9 MPa6.9MPa辽30MPa，故螺母凸缘根部的剪切强度满足条件。六、托杯的设计计算托杯用以承托重物的，可选用铸铁、铸钢或Q235,此处我们选用Q235。具体结构如图4所示。为防止托杯与重物相对滑动， 托杯上表面应制有切口和沟纹。为防止托杯从螺杆端部脱落，螺杆 端部应装有挡圈。为防止接触面过快磨损，应校验接触面的压力，首先托杯的尺寸 D7 =D6 -2 =1.7d - 2 =1.7 36 - 2 = 59.2 mm；D0 =0.6d0.5 =0.6 36 0.5 = 22.1mm。接触面的压力_ 4F _426灯03P 一二 D72-D。2 一二 59.22 -22.1210.98 MPa

13、2图4托杯选用Q235AD7 = 59.2 mmD0 = 22.1 mmp =10.98 MPa查表得许用压力pl = 13MPa。由于10.98MPa乞13MPa,所以接触面间的压力满足条件。七、手柄的设计计算7.1材料手柄材料选用Q235A手柄材料选用Q235A7.2手柄长度螺旋副的摩擦阻力距T1 二 F taV ?二 26 tan 3.3 4.7 j 60.3kN mm。螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩T2 = 1 fF333D7 - D 2 1D7 - D。=0.0263*59.23 -22.132259.2 -22.12T| = 60.3 kN m mT2 = 45.21 kN mm：

14、45.21kN mm手柄长度LpT1 T2Fp60.3 45.21150 10=703.4mmLp = 703.4 mm手柄的计算长度Lp是螺杆中心至人手施力点间的距离。考虑到 螺杆头部尺寸及手握的距离，手柄的实际长度应为ILp = 784mmLp =Lp +理+50 =703.4 十1+50 = 784mm p 2 2为减小千斤顶的存放空间，一般取实际手柄长度Lp不大于千斤 顶的高度。当举重量较大的时候，可在手柄上套一长套管，以增大 力臂达到省力的目的。7.3手柄直径把手柄看成一个悬臂梁，按抗弯强度设计，即dpFpLp15703.4:20.79 mmdp =20.797.4手柄结构为防止手柄

15、从螺杆中滑出，在手柄两端应设有挡圈，如图5所示，并用螺钉固定或铆合。八、底座的设计计算8.1材料底座选用HT150底座材料常选用铸铁 HT150、HT200，当起重量大时可选用铸 钢。此处我们选用HT150。8.2底座结构底座铸件的厚度不应小于810mm；为增加底座的稳定性， 故需将外形制成1： 10的斜度，如图6所示，图中6Hi 二L 15=160 15 = 175mm；H2 = H -a = 54 -18 = 36 mm;= D 5 = 66.6 5 = 71.6 mm;D9 =D8 +2汉巴=71.6+2 汉175 = 106.6mm;10 1034 26 10取 D10 =167 mm。二 2 106+ (106.6x10, 2:167 mm;H 1 = 175 mmH 2 = 36 mmD8 = 71.6 mmD9 = 106.6 mmD10 =167 mm九、螺旋起重器效率计算 当螺旋转过一圈后，效率为FS2662 二 150 703.4 10:0.235 =23.5% 乞 30%=23.5%符合千斤顶的一般要求。十、设计小结经过紧张而辛苦的几周