机械设计-千斤顶_设计计算说明书

1、计算及说明主要结果一、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

2、梯形螺纹，h =0.5P，则有1计算及说明主要结果#计算及说明主要结果式中值一般取1.22.5，此处取1.2，许用压力pl经查表得Ip -13 MPa。= 0.826 10311.2 13 106:0.033m 二 33 mm。#计算及说明主要结果#计算及说明主要结果取螺杆标准中径d2 =33 mm查表可得螺距P=6mm，牙顶间隙ac= 0.5mm螺杆大径 d =d2 0.5P =33 0.5 6 =36mm。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

3、 = 33 mm d = 36 mmd3 = 29 mmD2 = 33 mmD4 = 37 mmD<| = 30 mm螺母小径 D；二 d - P = 36 -6 = 30 mm。四、螺杆的设计计算4.1材料螺杆选用45钢螺杆的常用材料为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 mm。由3.2结论知螺杆小径 d3 =29mm，中径d2 =33mm

4、，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，这里取0.5mm。贝U dc =d3 0.5 = 29 -0.5 = 28.5mm。dc = 28.5mm退刀槽的宽度b 31.5P=1.5x：6=9mm。故此处取b = 9mm。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。或制成稍小于小径d3的短圆柱体，如图1(b)所示。图14.3自锁性校核' =3.3自锁性条件为-：岂-V 。螺纹升角屮 =arctan P = arctan * 6 止 3.3兀d2n x 33经查表，摩擦因数f取0.08，螺纹牙侧角取15

5、，当量摩擦角-V=arctanarctan: ； 4.7。cos ：cos15V= 4.73计算及说明主要结果#计算及说明主要结果由于影响摩擦因数f的因素很多，其值并不稳定，为保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乞4.7 -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2螺杆所受扭矩T=Fta： J J =26 103 tan 3.34.73360.3 103 N mT 二 60.3 103 N mm危险剖面的强度a二4F2叭闵3丿4x26x10 "16工

6、60.3"03 "认e29:45 MPa二 293查表得45钢的屈服强度可取二s =355MPa,故螺杆材料的需用 许用应力1355 71 MPa。按照第四强度理论，危险剖面的55强度按二ca乞t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 = 29 = 7.25 mm。由3.2知44d =36 mm，则螺杆头部高度取 B =1.5d =1.5 36 =54 mm，螺杆最大工作长度l =L B H =160 54 丁 = 241mm,长度系数.二-2，、 T 2 ： 241贝U柔度”66mm<85mm，故i 7.25Fc

7、r2490 兀d3210.0002 4490兀汉29210.000266243172.97 10=173kN故Fcr J73 ,6.65 4，所以满足稳定性条件。F 26五、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ZCuAl10Fe3。二 ca 二 45MPak- .1-71 MPai = 7.25 mm d

8、 = 36 mmB = 54 mml 二 241 mm = 66 mmFcr =173kN螺母选用铸铝铁 青铜ZCuAI10Fe3m。5.2螺纹牙工作圈数z螺纹牙工作高度h=0.5P=0.5 6= 3mm,螺纹牙工作圈数26 103z> 一 厂尸 一26'10 & 6.43。考虑到螺纹牙工作圈数越 Jid2hlp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乞z空10。取z=：7.5。考虑到螺纹杆退刀槽的影响，螺母螺纹牙h = 3 mmz = 7.5-9实际圈数应取z =z，1.5=9 o5.3螺母的结构尺寸二 54 mm=66.6 m

9、m螺母的结构如图3所示，螺母的高度H二zP=9 6 =54mm；螺母外径D =1.8D4 =1.8 37 =66.6 mm ；螺母的凸缘外径D1 =1.4D =1.4 66.6 =93.24 mm; 螺母的凸缘厚度D 93.24 mm5计算及说明主要结果#计算及说明主要结果a = 18 mm螺母装入底座孔内，配合选取H8。为防止螺母转动，设置紧r7a : H =54 =18mm033#计算及说明主要结果定螺钉，其直径取M6 o#计算及说明主要结果7计算及说明主要结果#计算及说明主要结果#计算及说明主要结果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 =3.9mm

10、；弯 曲力臂| = D4 - D2 = 37 -33 = 2 mm。螺纹牙根部的弯曲应力2 23FI 3 26 103 2z二D4b7.5： 37 3.911.76 MPa，查表得螺母材料的许用弯曲应力4b40MPa。由于11.76MPa乞40MPa,故螺纹牙根部抗弯强度满足条件。螺纹牙根部的剪切应力F _26 103z D4b 75： ： 37 3.9:7.65 MPa，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1.3F二 D-D/431.3 26 10466

11、-37214 MPa，查表得螺母材料的许用拉应力-0.83卜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4F二 D12 -D234 26 10二93.242 -66.62:7.77 MPa查表得螺母材料的许用挤压应力 t/-1.7/-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俯 D1；D5 26 103 93.24一66.6 15.33MPa， 兀Da兀 x66.6(110 )b = 3.9 mmI = 2 mm6 =1

12、1.76MPai; =7.65 MPa厂-14 MPa二 p =7.77 MPa匚 b =15.33MPa表得螺母材料的需用弯曲应力 =丄40MPa。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9计算及说明主要结果#计算及说明主要结果F二 Da326 10二 66.6 18:6.9 MPa,查 表得！.丨-30 MPa。= 6.9MPa6.9MPa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

13、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 =59.2mm；D0 =0.6d 0.5 = 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 一22.1210.98MPa图4托杯选用Q235AD7 = 59.2 mmD0 = 22.1 mmp =10.98 MPa11计算及说明主要结果手柄材料选用Q235A二 1 0.08 263T)= 60.3 kN m mT2 = 45.21 kN mm手柄长

14、度Lp卡60.3 45.21150 10=703.4 mmLp = 703.4 mm查表得许用压力p】 = 13MPa。由于10.98MPa叮3MPa,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。7.2手柄长度 螺旋副的摩擦阻力距T1 F tan； ! : ：V ? =26 tan 3.3 4.7 3 60.3kN mm。螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩59.23 一22.1359.22 -22.1245.21kN mm图6#计算及说明主要结果图6#计算及说明主要结果手柄的计算长度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

15、长度应为ILp = 784mmD61.7dLp =Lp+50 =703.4 +50 = 784mm2 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dP150 703.40.12352:20.79 mmdp =20.797.4手柄结构为防止手柄从螺杆中滑出，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。

16、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 =L 15=160 15 =175mm；H2 = H -a =54 -18 = 36 mm；D8 = D 5 = 66.6 5 = 71.6 mm;D9 =D8 2 H1 =71.6 2 175=106.6mm;10 10D1034 26 10,7：2 106+ (106.6x10, J:167 mm;H1 = 175mmH 2 = 36 mmD8 = 71.6 mmD9 = 106.6 mmD10 =167 mm取 D10 =167mm。九、螺旋起重器效率计算当螺旋转过一圈后，效率为FS2660.235=23.5% 乞 30%=23.5%2 ：FpLp 2 二 150 703.4 10符合千斤顶的一般要求。十、设计小结经过紧张而辛