千斤顶的设计与计算.doc

1. 螺杆的设计与计算1.1 螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。矩形螺纹牙根强度低，锯齿形螺纹牙型为不等腰梯形，加工成本高。从实用性考虑，故选梯形螺纹，它的基本牙形按GB/T5796.1-2005的规定。1.2 选取螺杆材料考虑到千斤顶转速较低，单个作用面受力不大，螺杆常用Q235、Q275、40、45、55等。此处最常用45钢。教材表5-111.3 确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径。求出后，按标准选取相应公称直径、螺距P及其它尺寸。根据规定，对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，卫视受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取=1.22.5，此处取=2。螺杆-螺母材料分别为钢-青铜，滑动速度为低速，得需用压力P为1825MPa。取P=20MPa。（摩擦系数起动时取大值，校核是为安全起见，应以起动时为准，由值0.080.1，应取=0.1）。带入F=50KNd228.28 mm 得 据GB/T5796.32005, 由 ， 计算螺母高度: 计算旋和圈数:1.4 稳定性计算细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。螺杆的临界载荷与柔度有关，为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取,为螺杆危险截面的惯性半径，危险截面的面积为,(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)。当螺杆的柔度时，可不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。1.4.1 计算柔度(1) 计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i(2) 求起重后托杯底面到螺母中部的高度 (3) 计算柔度查教材P99，取2（一端固定，一端自由）查手册表1-6，碳钢E(200220GPa)，E取200GPa 所以需要校核。1.4.2 稳定性计算(1) 计算临界载荷 (2) 稳定性不满足要求。所以应取大一型号的螺纹，由GB/T5796.3 ， 1.4.3重新校核稳定性(1) 计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i(2) 求起重后托杯底面到螺母中部的高度 (3) 计算柔度 需要进行校核。(4) 计算临界载荷 (5) 满足要求。1.7.4 挡圈参数选择(1) 低端挡圈：根据GB/T 892，由d=36 得 59页(2) 根据GB/T 892，由 得 1.5 自锁验算自锁条件是，式中：为螺纹中径处升角；为当量摩擦角（当量摩擦角，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小。）查教材表 得,(收启动时的最大值)故所以自锁性可以保证。1.6 结构如右图一：螺杆上端用于支撑托杯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决定，+0.5mm为了便于切割螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径应比螺杆小径约小0.20.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5P。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于的圆柱体。为了防止工作时螺杆从螺母脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈（GB891-86），挡圈用紧定螺钉固定在螺杆端部。其中：退刀槽宽度为1.5P=9mm 图示 (由后面计算得) 螺栓外径为(此处设计所用的数据为后面校验后的数据)1.7 螺杆的强度计算对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。得其中扭矩式中：为螺纹中径处的升角，为当量摩擦角。查手册GB/T699-1999,45钢的，查教材表5-13，,安全系数3-5取3由上得，故满足要求。2 螺母设计与计算2.1 选取螺母材料螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。此处选用青铜ZCuSn10P-l。2.2 确定螺母高度及螺纹工作圈数螺母高度,螺纹的工作圈数，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数（应圆整）。考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故不宜大于10。2.2.1 求螺母理论高度2.2.2 螺纹工作圈数应圆整，取13。2.2.3 螺母实际高度2.3 校核螺纹牙强度一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。螺母的其它尺寸见图。必要时还应对螺母外径进行强度计算。2.3.1 螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：螺纹牙危险截面的剪切强度条件为螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为（b-螺纹牙根的厚度，且b=0.65P;D-螺母的螺纹大径；-弯曲力，）查表，b=0.65P(梯形螺纹)，h=0.5P取30-40MPa，取40-60MPa故，皆满足要求。2.4 安装要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合采用或等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图1-3）和底座孔上端（图1-7）作出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图1-1），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为612mm。2.4.1 螺母的相关尺寸已得：内螺纹小径;3.托杯的设计与计算3.1 托杯的尺寸计算托杯用来承托重物,可用铸钢铸成,也可用Q235钢模锻制成，取材料Q235。其结构尺寸见图。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。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，另一方面还要验算接触面间的压力强度。式中：-许用压强，应取托杯与螺杆材料的小者。 Q235：=225MPa；45钢：。 故托杯厚度，此处取托底厚度为；沟纹宽度沟纹深度为；托杯高度为为保证托杯可以转动，螺杆顶端的垫片与托杯底部留有间隙，间隙值为34mm，因承受力不大，故取值为3mm。3.2 挡圈确定：根据GB/T 892，由 得 4. 手柄设计与计算4.1手柄材料常用Q235和Q215。选择Q235。4.2 手柄长度扳动手柄的力矩：则式中-加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为，工作时间较长时为。考虑一般为间歇工作，工作时间较长机会不多，故取。(1) 螺旋副间的摩擦阻力矩，(2) 托杯与轴端支撑面的摩擦力矩，。（查手册取0.06）则手柄计算长度是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及人工握手距离，手柄实际长度还应加上。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。因此，手柄实际长度4.3 手柄直径把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径，在强度条件为故 式中：-手柄材料许用弯曲应力当材料为Q235时，。4.4 挡圈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圈，并用螺钉固定。手柄直径为30mm，由GB891-86查得 5. 底座设计底座材料常用铸铁HT150及HT200，选用HT150。铸件的壁厚不应小于812mm，取。为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其形成1：10的斜度。底座结构及尺寸如图参考文献1. 濮良贵，纪名刚，机械设计.第八版.北京：高等教育出版社，20092. 成大先，机械设计手册.单行本.北京：化学工业出版社，2004选梯形螺纹选4