千斤顶设计计算说明

1、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2第二章 螺杆的设计计算32.1螺杆材料级牙型选择32.2耐磨性计算32.3验算螺纹的自锁条件42.4螺杆强度校核42.5稳定性校核52.5螺杆其他结构设计6第三章 螺母的设计计算63.1确定螺母高度H及螺纹工作圈数u63.2校核螺纹牙强度73.3螺母的其他设计要求7第四章 托杯的设计与计算8第五章手柄设计与计算85.1手柄材料85.2手柄长度Lp85.3手柄直径dp95.4结构9第六章 底座设计10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的螺杆和螺母级其他结构的主要尺寸。起重量为40

2、000N，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：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

3、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：对于梯形螺纹，则：式中，为材料得需用压力，单位为，取20，。代入计算得：根据梯形螺纹国家标准（579686），

4、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8；螺纹小径；1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；退刀槽宽度螺纹工作圈数，满足设计要求。2.3验算螺纹的自锁条件千斤顶有自锁要求，自锁条件为：其中 式中：为螺纹升角；为摩擦系数；为牙侧角。取，代入计算得：有，故满足自锁条件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

5、杆螺纹段的危险截面面积； （因为，故退刀槽处为危险面）；   退刀槽直径，1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濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第97页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

6、力螺旋（如起重螺杆等），=3.55.0    螺杆的临界载荷；1濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第99页计算螺杆柔度：，此处，为螺杆的长度系数，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。2.5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

7、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

8、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

9、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

10、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 1濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第98页式中：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