机械设计千斤顶设计说明书(共14页)

1、千斤顶设计说明书姓名: 学号：学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：A09机械2班指导老师：章海 时间：2011年10月31日目录第一章 设计题目及材料选择21.1设计要求21.2主要零件的常用材料21.3千斤顶结构示意图4第二章 螺杆的设计计算52.1螺杆材料级牙型选择62.2耐磨性计算62.3验算螺纹的自锁条件62.4螺杆强度校核62.5稳定性校核72.6螺杆其他结构设计8第三章 螺母的设计计算93.1确定螺母高度H及螺纹工作圈数u93.2校核螺纹牙强度93.3螺母的其他设计要求10第四章 托杯的设计与计算10第五章手柄设计与计算115.1手柄材料115.2手柄长度Lp115

2、.3手柄直径dp115.4结构12第六章 底座设计13第一章 设计题目及材料选择1.1设计要求设计简单千斤顶（参见教材书图541）的螺杆和螺母级其他结构的主要尺寸。起重量为45000N，起重高度为250mm，材料自选.。1.2主要零件的常用材料千斤顶：梯形螺纹螺旋传动。螺杆：45# 钢，采用带有外螺纹的杆件螺母：青铜ZcuSn10P1，带有内螺纹的构件底座：灰铸铁 HT200 带1：10斜度手柄：235，b=125 MPa1.3千斤顶结构示意图 图1-1如图1-1所示，手动螺旋千斤顶主要零件有：1）螺母、2）螺杆、3）底座、4）手柄、5）托杯、等零件及其附件组成。其中螺杆、螺母等主要尺寸要通过

3、理论计算确定，其他尺寸可以由经验数据、结构需要和工艺要求来确定，必要时还需要经过相关验算。千斤顶最大起重量是其最主要的性能指标之一。千斤顶在工作过程中，传动螺纹副承受主要的工作载荷，螺纹副工作寿命决定千斤顶使用寿命，故传动螺纹副的设计最为关键，其设计与最大起重量、螺纹副材料、螺纹牙型以及螺纹头数等都有关系。第二章 螺杆的设计计算2.1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。2.2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

4、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（），螺纹中径为小（），螺纹工作高度为H（），螺纹螺距为 P（），螺母高度为 D（），螺纹工件圈数为 uH/P 。则螺纹工作面上的耐磨性条件为：令，则代入上式得：d2对于梯形螺纹，则：d20.8式中，为材料得需用压力，单位为，取20，。代入计算得：d20.8根据梯形螺纹国家标准（579686），以及螺杆稳定性的初步估算，选取以下参

5、数的梯形螺纹：公称直径d=28螺距6；螺纹小径；由此：螺母高度查阅有关技术手册知螺杆退刀槽直径；退刀槽宽度b=7.5螺纹工作圈数，满足设计要求。2.3验算螺纹的自锁条件在考虑众多因素后，实际应满足的自锁条件为： 由 n=1，p=7.5mm，=32.375mm得tan=0.07373 当量摩擦角=arctan ，在有润滑油情况下=0.1，得=4.574验证结束，左边小于右边，达到自锁条件。2.4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，其强度条件为：其中螺杆所受的扭矩， 式中：A 螺杆螺纹段的危险截面面积；（

6、因为，故退刀槽处为危险面）；   退刀槽直径，螺杆螺纹段的抗扭截面系数，螺杆材料的许用应力，强度校核：，因此满足强度要求。2.5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，则螺杆的稳定性条件为 ：式中：螺杆稳定性的计算安全系数；       螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋（如起重螺杆等），=3.55.0    螺杆的临界载荷；计算螺杆柔度：，此处，为螺杆的长度系数，对本千斤

7、顶，看做一端固定、一端自有，设计时取2 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；为螺杆危险截面的惯性半径， ；图2：螺杆结构示意图所以，故应用欧拉公式计算临界载荷：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， 代入数据计算得：所以：，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

8、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：；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u螺母高度H=d2（H应圆整为整数）螺纹工作圈数，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d。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，并作用在以螺纹中径为直径的圆周上，则螺纹牙

9、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：b螺纹牙根部的厚度， mm，对于梯形螺纹，b0.65P, P为螺纹螺距； 弯曲力臂；mm参看图3 , ； 螺母材料的许用切应力，MPa， 图4：螺母结构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： 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；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

10、钉固定，根据举重量选取紧定螺钉直径常为10。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：；;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图5：托杯的结构式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者。校核：铸铁的许用压强p55a；故p<p,满足压力强度要求。第五章手柄设计与

11、计算5.1手柄材料选用Q235为材料5.2手柄长度Lp板动手柄的力矩 F·Lp=T1+T2 则 式中：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。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T1； 取200， 则：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，手柄实际长度还应加上+（50150）mm。手柄的实际尺寸，手柄实际长度不应超过千斤顶，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 故dp式中：手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，=120Mpa取；故5.4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），铸件的壁厚不应小于812mm，取为10，为了增加底座的稳定性，