千斤顶设计计算说明

1、目录目录第一章 设计题目及材料选择 . 11.1设计要求 . 11.2主要零件的常用材料 . 11.3千斤顶结构示意图 . 1第二章 螺杆的设计计算 . 22.1 螺杆材料级牙型选择 . 22.2 耐磨性计算 . 22.3 验算螺纹的自锁条件 . 32.4 螺杆强度校核 . 32.5 稳定性校核 . 42.5 螺杆其他结构设计 . 5第三章 螺母的设计计算 . 53.1 确定螺母高度 h 及螺纹工作圈数 u . 53.2 校核螺纹牙强度 . 63.3 螺母的其他设计要求 . 6第四章 托杯的设计与计算 . 7第五章手柄设计与计算 . 75.1 手柄材料 . 75.2 手柄长度 lp . 75.

2、3 手柄直径 dp. 85.4 结构 . 8第六章 底座设计 . 9.第一章第一章 设计题目及材料选择设计题目及材料选择1.11.1设计要求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。起重量为40000n，起重高度为200mm，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。1.21.2主要零件的常用材料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：青铜，带有内螺纹的构件底座：灰铸铁 ht200 带 1：10 斜度手柄：2351.31.3千斤顶结构示意图千斤顶结

3、构示意图图 1：千斤顶示意图.第二章第二章 螺杆的设计计算螺杆的设计计算2.12.1 螺杆材料级牙型选择螺杆材料级牙型选择选用 45钢，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gb5796.186 的规定。2.22.2 耐磨性计算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

4、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（mm） ，螺纹中径为小（mm） ，螺纹工作高度为 h（mm） ，螺纹螺距为 p（mm） ，螺母高度为 d（mm） ，螺纹工件圈数为 uh/p 。则螺纹工作面上的耐磨性条件为：2p fffpad2hud2hh令 h /d2，则h d2代入上式得：d2对于梯形螺纹，h 0.5p，则：fphpd2 0.8fp1式中，p为材料得需用压力，单位为mpa，取p20mpa， 2。代入计算得：d2 0.8根据梯形螺纹国家标准（579686）40000 25.306220102，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=28

5、 螺距8；螺纹小径；d2 29；由此：螺母高度h d2 229 581濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第 97 页. 2谭建荣.图学基础教程.高等教育出版社.1999.第 323 页.查阅有关技术手册1 d 7.8 327.8 24.2；知螺杆退刀槽直径d1退刀槽宽度b 7.5螺纹工作圈数u h58 9.67 10，满足设计要求。p62.32.3 验算螺纹的自锁条件验算螺纹的自锁条件千斤顶有自锁要求，自锁条件为：v其中 arctanpfv arctand2cos式中：为螺纹升角； f 为摩擦系数；为牙侧角。取f 0.082，215代入计算得： arctanp6 arctan 3.7

6、7d23.1429v arctan有v，故满足自锁条件f0.08 arctan 4.73coscos152.42.4 螺杆强度校核螺杆强度校核螺杆工作时承受轴向压力和扭矩t 的作用。螺杆危险截面上既有压缩应力；又有切应力。根据第四强度理论求出危险截面的计算应力ca，其强度条件为： t 1caf23awt其中螺杆所受的扭矩t f2d2tan(v)，ngmm2式中：a 螺杆螺纹段的危险截面面积；a 4d12（因为d1 d1，故退刀槽处为危险面） ；d1退刀槽直径，mmd1wt螺杆螺纹段的抗扭截面系数，wt a，mm31641郭爱莲.新编机械工程技术手册.经济日报出版社.1992.第 92 页，2濮

7、良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第 97 页.d13.螺杆材料的许用应力，mpa强度校核：t fd2tan(v)2291034 410 tan(3.774.73)286.68ngm 4t 1caf23awt2486.68216284 10 33.1424.2210624.22106102.39mpas3353117.67mpa3ca，因此满足强度要求。2.52.5 稳定性校核稳定性校核对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力必须小于临界载荷fcr，则螺杆的稳定性条件为 ：ssc式中：ssc螺杆稳定

8、性的计算安全系数；fcr ssfss螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋（如起重螺杆等） ，ss=3.55.0fcr螺杆的临界载荷；计算螺杆柔度：sli，此处， 为螺杆的长度系数，设计时取21l为螺杆的工作长度，当螺杆一端以螺母支承时，则以螺母中部到另一端支点的距离，作为工作长度l；i为螺杆危险d1截面的惯性半径，i ；41濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第 99 页.2(200 29)103 75.7 40，所以si24.2/4l故应用欧拉公式计算临界载荷fcr：2eifcr2(l)式中：e螺杆材料的拉压弹性模量，e=2.0610 mpa；i螺杆危险截面的惯性矩，i 代入数据计算得：

9、54d1642ei3.1432.0610524.24fcr16.2910422(l)644229所以：sscfcr16.29 4.07，满足稳定性要求。f42.52.5 螺杆其他结构设计螺杆其他结构设计图 2：螺杆结构示意图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dk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 58；h

10、=48;第三章第三章 螺母的设计计算螺母的设计计算螺母材料一般可选用青铜，耐磨性较好。3.13.1 确定螺母高度确定螺母高度 h h 及螺纹工作圈数及螺纹工作圈数 u uh，考虑到螺纹圈数 u 越多，载荷t分布越不均，故 u 不宜大于 10，否则应改选螺母材料或加大d。螺母高度 h=d2（h 应圆整为整数）螺纹工作圈数u .3.23.2 校核螺纹牙强度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 /u，并作用在以螺纹中径d2为直径的圆周上，则螺纹牙危险

11、截面 aa 的剪切强度条件为为fdbu螺纹牙危险截面 aa 的弯曲强度条件6flbdb2u式中：b螺纹牙根部的厚度， mm，对于梯形螺纹，b0.65p, p为螺纹螺距；l弯曲力臂；mm 参看图 3 ,l=(d-d2)/2；图 3： 螺母螺纹圈的受力分析螺母材料的许用切应力，mpa，b螺母材料的许用弯曲应力，mpa，其余符号意义同前。代入数据计算得：f410410.24 dbu3.14330.6569.676fl64104(3329)/2 31.50 b22db u3.1433(0.656) 9.67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：58；a=20；d3 5

12、4；d4 72；3.33.3 螺母的其他设计要求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图 4： 螺母结构h8配合。为了安装简便，需在螺母下r7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，根据举重量选取紧定螺钉直径常为10。.第四章第四章 托杯的设计与计算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 78；d12 54;

13、d11 22;10;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 fp22(d12 d11)/4式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料 p的小者。校核：p f22(d12d11)/441043.14(542222)/4 20.95mpa铸铁的许用压强p55a1；故 pp,满足压力强度要求。第五章第五章手柄设计与计算手柄设计与计算5.15.1 手柄材料手柄材料选用 q235 为材料图 5：托杯的结构5.25.2 手柄长度手柄长度 l lp p板动手柄的力矩flp=t1+t2则lp

14、t1t2f式中：f加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150250n，工作时间较长时为 100150n。1濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第 98 页.t1螺旋副间的摩擦阻力矩t2托杯与轴端支承面的摩擦力矩由前面计算知 t186.68ngm；33d12 d111t2fcf0223d12 d11331454 220.054103542222 40.25mpa取f200，则：lp手柄计算长度 lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手t1t286.68 40.25634.65 mmf200d13+（50150）mm。手柄的实际尺寸l 720mm，手柄实际长度不应超2过千斤顶，使用时在手柄上另加套管。柄实际长度还应加上5.35.3 手柄直径手柄直径 d dp p把手柄看成一个悬臂梁按弯曲强度确定其直径dp，按弯曲强度条件，手柄弯曲应力fflp0.1d3pf故 dp3lpf 21.95mm0.1f式中：f手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为q215 和 q235 时，f=120mpa取dp 25mm；故dk 26mm5.45.4 结构结构手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面应加上挡环，并用螺钉或铆合固定。.第六章第六章 底座设计底座设计底座材料常用铸铁（ht150 及 ht20