千斤顶设计计算说明

1、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 75.3 手柄直径 dp 85.4结构 8第六章 底座设计 9第一章 设计题目及材料选择1.1设

2、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。1.2 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：青铜，带有内螺纹的构件底座：灰铸铁 HT200带1 : 10斜度手柄：Q 2351.3千斤顶结构示意图图1 ：千斤顶示意图第二章螺杆的设计计算2.1螺杆材料级牙型选择=30°，梯选用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a 形螺纹的内外螺

3、纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB5796.1 86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卩(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 ( mm2),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 u = H/P。则螺纹工作

4、面上的耐磨性条件为：F FAd2huFdzhH令H/d2，则Hd2代入上式得:对于梯形螺纹，h 0.5P，则:式中，p为材料得需用压力，单位为MPa，取 p = 20 MPa2。代入计算得:d2 0.84000叮 25.30 2 20 10根据梯形螺纹国家标准(GE5796- 86) 2，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螺距P= 8;螺纹小径；d2 29 ;由此：螺母高度 H d22 29581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.高等教育岀版社.1999.第323页7.824.2 ;查阅有关技术手册1知螺

5、杆退刀槽直径d1d 7.8 32退刀槽宽度b 7.510，满足设计要求。螺纹工作圈数u H 589.67P 62.3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arcta n d2arcta n cos式中:为螺纹升角;f为摩擦系数;为牙侧角。0.08 2 ,15代入计算得:arcta n d2arcta n3.14 293.77v，故满足自锁条件2.4螺杆强度校核arcta ncos丄0.08arctan cos154.73螺杆工作时承受轴向压力F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:ca2F2 3 W-

6、J其中螺杆所受的扭矩 T F丑tan（2v) , Ngmm式中：A 螺杆螺纹段的危险截面面积;Ad12 （因为d1 d1，故退刀槽处为危险面）；4d1 退刀槽直径，mmWT 螺杆螺纹段的抗扭截面系数,Wta316A虫,mm34螺杆材料的许用应力，MPa强度校核:d2T Fta n(v)234 29 1034 10tan(3.77 4.73)286.68 N gm24TWT3.14 24；2 EV10886.682 1624.22 10 6102.39MPaca，因此满足强度要求。3533117.67MPa2.5稳定性校核对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力F大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向

7、弯曲Fcr，则螺杆的而丧失其稳定性。因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力F必须小于临界载荷稳定性条件为FcrFSs式中：Ssc螺杆稳定性的计算安全系数;Ss 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;l卩=2 1 I为螺杆的工作长度,s 计算螺杆柔度：I ,此处，卩为螺杆的长度系数，设计时取l ; I为螺杆危险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 截面的惯性半径，I色；41濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第99页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

8、据手柄直径dp决定，dk >dp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di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=48;第三章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确定螺母高度H及螺纹工作圈数uH螺母高度H= $ d2 （ H应圆整为整数）螺纹工作圈数 u，考虑到螺纹圈数 u越多，载荷分布越不均，故 u不宜大于10,否则应改选螺母材料或加大do3.2校核螺纹牙强度螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母

9、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 nD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，则螺纹牙危险截面a- a的剪切强度条件为FDbu螺纹牙危险截面 a-a的弯曲强度条件 为6FIDb2ub式中：b螺纹牙根部的厚度，mm,对于梯形螺纹，b= 0.65P, P为螺纹螺距；I弯曲力臂；mm参看图3 ,I=（D-D2）/2 ;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：F4 10410.24Dbu 3.14 33 0.65 6 9.6746Fl6 4 1

10、0 (33 29)/22231.50Db u 3.14 33 (0.65 6)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：H= 58; a=20; D3 54 ； D4 72 ；3.3螺母的其他设计要求H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7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M10。第四章 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

11、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：Dio 78 ； D1254 ； Dii 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。(D122Dii)/4wp式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料 的小者。校核：FP 2(Dl22 Dfl)/44 1043.14 (542 222)/4 20.95MPa1铸铁的许用压强p = 55MP a ;故p<p,满足压力强度要求。p第五章手柄设计与计算5.1手柄

12、材料选用Q235为材料5.2手柄长度LpU13Dio-% (Q.6HK 7)d图5:托杯的结构板动手柄的力矩F Lp=T 1+T2则LpT1T2F150250N，工作时间较长式中：F 加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为 时为100150N。1濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第98页Ti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Ti 86.68Ngm;1 f F Dl2Di'3 fcF00.05 4 104542232F40.25MPa取 F = 200 N,则：口 86.68 40.25 634亦200p F手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点

13、的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手 柄实际长度还应加上 D13 + （50150） mm。手柄的实际尺寸I 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。5.3手柄直径dp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，手柄弯曲应力式中：FLpvF 0.1dpF故 dp> 3 LpF21.95mm；0.1 fF 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 26mm5.4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。第六章底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200 ）（图6）,铸件的壁厚3不应小于 812mm,取为10 mm,为了增加底座的稳定性