螺旋千斤顶设计过程

1、(一) 设计题目及材料选择1.1设计要求设计简单千斤顶的螺杆和螺母级其他结构的主要尺寸。起重量F = 60 KN；，起重高度为230mm，材料自选.。传力螺旋传动要求以小的扭矩产生较大的轴向推力，一般为间歇性工作，每次的工作时间较短，工作速度也不高，通常有自锁能力，所以千斤顶设计采用此结构。本设计在满足要求的情况下，本着尽量节省材料的原则，够用即可，不留太多的余量。图1：千斤顶示意图1.2主要零件的常用材料螺杆：45# 钢，采用带有外螺纹的杆件螺母：铸铝青铜，带有内螺纹的构件底座：灰铸铁 HT200 带1：10斜度手柄：2351.3千斤顶结构示意图（二） 螺杆的设计计算2.1螺杆材料及牙型选择

2、选用45钢6.8级，螺杆螺纹类型选择梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角=300，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GB5796.12005的规定。2.2耐磨性计算滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。因此，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力p，使其小于材料的许用压力p。假设作用于螺杆的轴向力为（N），螺纹的承压面积（指螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积）为A（），螺纹中径为d2（mm），螺母旋合长度为H（mm），螺纹螺距为 p（m

3、m），螺母大径为 D（mm），螺纹工件圈数为 zH /p 。则螺纹工作面上的耐磨性条件为：P=F/d2hz=Fp/d2h H令=H/d2，则H=d2代入上式得：d2对于梯形螺纹，h=0.5p，则：式中，为材料得需用压力，单位为，按照低速取值，取20，取。代入计算得：d2=40.00根据梯形螺纹国家标准（5796.22005），以及螺杆稳定性的初步估算，选取以下参数的梯形螺纹：公称直径d=44,螺距p7；螺纹中径；螺纹工作圈数z= H /p=7.940，图2：螺杆结构示意图故应用欧拉公式计算临界载荷：=2EI/（l）2式中：E螺杆材料的拉压弹性模量，； I螺杆危险截面的惯性矩，I =d34/64

4、代入数据计算得：=2EI/l=3.4/ =N所以：Ssc=/F=6.44，满足稳定性要求。2.6螺杆其他结构设计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。手柄孔径的大小根据手柄直径dp决定，dkdp十0.5mm。为了便于切制螺纹，螺纹上端设有退刀槽。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1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，挡圈用螺钉固定在螺杆端部。图2中各参数的具体设计数值为：D13=1.8d=79.2；（三） 螺母的设计计算螺母材料一般可选用青铜，耐磨性较好。3.1确定螺母旋合长度H及螺纹工作圈数z螺母旋合长度H =d2（

5、H应圆整为整数）螺纹工作圈数z= H /p，实际螺纹圈数z = 7.9+1.5=8.4，圆整为9。考虑到螺纹圈数z越多，载荷分布越不均，故z不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d。H= z p=63mm。3.2校核螺纹牙强度螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。如图3所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开，则可看作宽度为D的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为F/，并作用在以螺纹中径D2为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面aa的剪切强度条件为 图3：螺母螺纹圈的受力分析=螺纹牙危险截面aa的弯曲强度条件为=式中： 实际螺纹圈数8.4； D螺母螺纹大径44mm；t螺纹牙底宽

6、度，对于梯形螺纹，t0.5p, t=3.5mm； h螺纹工作宽度；参看图3 ,h=0.5p=3.5mm螺母材料的许用切应力，3040(Mpa)， 螺母材料的许用弯曲应力，4060(Mpa)，其余符号意义同前。代入数据计算得： =10.4图4：螺母结构 =30.8满足设计要求:螺母的其它尺寸根据图中经验设计尺寸确定，具体尺寸数据如下：H63；a=21；D3=1.8D=81；D4=1.4 D3=113.4；3.3螺母的其他设计要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用配合。为了安装简便，需在螺母下端（图4）和底座孔上端（图6）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，底座与螺母用紧钉螺钉固定，根

7、据举重量选取紧定螺钉直径常为6。（四） 托杯的设计与计算托杯用来承托重物，选用用Q235钢模锻制成，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。其经验设计结构尺寸见图5，具体设计计算尺寸如下：D10=107.8；D12=76.2; D11=28.6;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。图5：托杯的结构p式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者，此处许用压强p取为23a。校核：代入数据，得：MPa故p40=NSsc=/F=6.44D13=1.8d=79.2z = 7.9+1.5=8.4取为9H= z p=63mm=10.4=30.8H63；a=21；D3=1.8D=81