千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明

1、目錄第一章設(shè)計(jì)題目及材料選擇21.1設(shè)計(jì)要求21.2主要零件的常用材料21.3千斤頂結(jié)構(gòu)示意圖2第二章螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算32.1 螺桿材料級(jí)牙型選擇32.2 耐磨性計(jì)算32.3 驗(yàn)算螺紋的自鎖條件42.4 螺桿強(qiáng)度校核42.5 穩(wěn)定性校核52.5 螺桿其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6第三章螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算73.1 確定螺母高度 H 及螺紋工作圈數(shù)u73.2 校核螺紋牙強(qiáng)度73.3 螺母的其他設(shè)計(jì)要求8第四章托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算8第五章手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算95.1 手柄材料95.2 手柄長(zhǎng)度 Lp9* *5.3 手柄直徑 d p105.4 結(jié)構(gòu)10第六章底座設(shè)計(jì)11* *第一章設(shè)計(jì)題目及材料選擇1.1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單千斤頂?shù)穆輻U

2、和螺母級(jí)其他結(jié)構(gòu)的主要尺寸。起重量為40000N ，起重高度為200mm，材料自選 .。傳力螺旋傳動(dòng)要求以小的扭矩產(chǎn)生較大的軸向推力，一般為間歇性工作，每次的工作時(shí)間較短，工作速度也不高，通常有自鎖能力，所以千斤頂設(shè)計(jì)采用此結(jié)構(gòu)。1.2主要零件的常用材料螺桿： 45#鋼，采用帶有外螺紋的桿件螺母：青銅，帶有內(nèi)螺紋的構(gòu)件底座：灰鑄鐵HT200帶 1 ：10 斜度手柄： 2351.3千斤頂結(jié)構(gòu)示意圖* *第二章螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1螺桿材料級(jí)牙型選擇選用 45 鋼，螺桿螺紋類型選擇梯形螺紋。梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角=30 0 ，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)；它的基本牙形按GB5796.

3、1 86 的規(guī)定。2.2耐磨性計(jì)算滑動(dòng)螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤(rùn)滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副間越容易形成過(guò)度磨損。因此，滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p ，使其小于材料的許用壓力p 。假設(shè)作用于螺桿的軸向力為（N ），螺紋的承壓面積（指螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積）為Ammmm ），螺紋工作高度為H（ mm ），螺紋螺距為P（2 ），螺紋中徑為?。?mm ），螺母高度為D（ mm ），螺紋工件圈數(shù)為u H/P 。則螺紋工作面上的耐磨性條件為：FFFpd2 hupAd2 hH令H / d

4、2 ，則 Hd2 代入上式得：d2FPhp對(duì)于梯形螺紋，h0.5P ，則：d20.8Fp* *式中， p 為材料得需用壓力，單位為MPa ，取p 20 MPa1 ，2 。代入計(jì)算得：d20.84000025.30201062根據(jù)梯形螺紋國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（2，以及螺桿穩(wěn)定性的初步估算，選取以下參數(shù)的梯5796 86 ）形螺紋：公稱直徑d=28螺距 8；螺紋小徑； d229 ；由此：螺母高度 Hd222958查閱有關(guān)技術(shù)手冊(cè)1知螺桿退刀槽直徑d1d7.8 32 7.824.2 ；1 濮良貴 .機(jī)械設(shè)計(jì) .高等教育出版社 .2006.第 97 頁(yè)2 譚退建刀榮槽.圖寬學(xué)度基礎(chǔ)b教程7.5高等教育出版社 .1

5、999.第 323 頁(yè)螺紋工作圈數(shù)H58u9.67 10，滿足設(shè)計(jì)要求。P 62.3 驗(yàn)算螺紋的自鎖條件千斤頂有自鎖要求，自鎖條件為：Pfv其中arctanvarctand2cos式中：為螺紋升角；f 為摩擦系數(shù)；為牙側(cè)角。取 f0.08 2 ，15代入計(jì)算得：2arctanParctan63.77d23.14 29varctanfarctan0.084.73coscos15有v ，故滿足自鎖條件2.4 螺桿強(qiáng)度校核螺桿工作時(shí)承受軸向壓力和扭矩T 的作用。螺桿危險(xiǎn)截面上既有壓縮應(yīng)力；又有切應(yīng)力。* *根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力ca ，其強(qiáng)度條件為：1T2caF 2 3AWT其中螺桿

6、所受的扭矩 T F d2 tan(v) ， N mm2式中： A 螺桿螺紋段的危險(xiǎn)截面面積；Ad12 （因?yàn)?d1d1 ，故退刀槽處為危險(xiǎn)面） ；4d1 退刀槽直徑， mmWT 螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù)，WTd 3d31A1， mm164螺桿材料的許用應(yīng)力，MPa1 郭愛(ài)蓮 . 新編機(jī)械工程技術(shù)手冊(cè) . 經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)出版社 .1992.第 92 頁(yè)，2 濮良貴 . 機(jī)械設(shè)計(jì) .高等教育出版社 .2006.第 97 頁(yè)強(qiáng)度校核：TF d2tan(v )2410 42910 3tan(3.774.73)286.68 N m14T2caF 23AWT3.14410 642108386.6821624.2

7、 224.2210 6102.39MPas353117.67MPa33ca，因此滿足強(qiáng)度要求。2.5 穩(wěn)定性校核對(duì)于長(zhǎng)徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向壓力大于某一臨界值時(shí)，螺桿就會(huì)突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力必須小于臨界載荷Fcr ，則螺桿的* *穩(wěn)定性條件為：FcrSscSsF式中： Ssc 螺桿穩(wěn)定性的計(jì)算安全系數(shù)；Ss 螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，對(duì)于傳力螺旋（如起重螺桿等）， Ss =3.5 5.0Fcr 螺桿的臨界載荷；sl計(jì)算螺桿柔度：i ，此處，為螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)取21l 為螺桿的工作長(zhǎng)度，當(dāng)螺桿一端以螺母支承時(shí)，則以螺母中部到另一端支點(diǎn)的距離，作為

8、工作長(zhǎng)度l ； i 為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑，id1；4l2(200 29) 103所以 s75.7 40 ，1 濮良貴 .機(jī)i械設(shè)計(jì) .高等教24育出.2版/社4 .2006.第 99 頁(yè)故應(yīng)用歐拉公式計(jì)算臨界載荷Fcr ：2 EI Fcr ( l )2式中： E螺桿材料的拉壓彈性模量，E=2.06105MPa ；I螺桿危險(xiǎn)截面的慣性矩，Id1464代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：Fcr2 EI 3.143 2.0610524.2 416.29104(l ) 264 42292Fcr16.294.07 ，滿足穩(wěn)定性要求。所以： Ssc4F2.5 螺桿其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 2：螺桿結(jié)構(gòu)示意圖螺桿上端用于支承托杯 1

9、0 并在其中插裝手柄 7，因此需要加大直徑。 手柄孔徑 dk 的大小根據(jù)手柄直徑 dp 決定， d k dp 十 0.5mm 。為了便于切制螺紋，螺紋上端設(shè)有退刀槽。為了便于* *螺桿旋入螺母，螺桿下端應(yīng)有倒角或制成稍小于d 1 的圓柱體。為了防止工作時(shí)螺桿從螺母中脫出，在螺桿下端必須安置鋼制擋圈，擋圈用螺釘固定在螺桿端部。圖 2 中各參數(shù)的具體設(shè)計(jì)數(shù)值為：D1358 ； h=48;第三章螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算螺母材料一般可選用青銅，耐磨性較好。3.1 確定螺母高度 H 及螺紋工作圈數(shù)u螺母高度2H，考慮到螺紋圈數(shù)u 越多，載荷H= d （ H 應(yīng)圓整為整數(shù)）螺紋工作圈數(shù)ut分布越不均，故u 不宜大于

10、10 ，否則應(yīng)改選螺母材料或加大d 。3.2 校核螺紋牙強(qiáng)度螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。如圖 3 所示，如果將一圈螺紋沿螺母的螺紋大徑D 處展開(kāi)，則可看作寬度為D 的懸臂梁。假設(shè)螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為F / u ，并作用在以螺紋中徑D2 為直徑的圓周上，則螺紋牙危險(xiǎn)截面a a 的剪切強(qiáng)度條件為FDbu螺紋牙危險(xiǎn)截面a a 的彎曲強(qiáng)度條件為6FlDb 2ub式中：b 螺紋牙根部的厚度，mm ，對(duì)圖 3：螺母螺紋圈的受力分析于梯形螺紋，b 0.65P, P 為螺紋螺距；l 彎曲力臂；mm 參看圖 3 ,* *l =(D-D 2 )/2 ；螺母材料的許用切應(yīng)力，MPa

11、，b螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa ，其余符號(hào)意義同前。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：F410410.24Dbu3.14330.6569.676Fl64104 (3329)/231.50Db 2 u3.1433(0.656) 2 9.67b滿足設(shè)計(jì)要求:螺母的其它尺寸根據(jù)圖中經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)尺寸確定，具體尺寸數(shù)據(jù)如下：圖 4：螺母結(jié)構(gòu) 58 ； a=20 ； D354； D472 ；3.3 螺母的其他設(shè)計(jì)要求螺母壓入底座上的孔內(nèi)，圓柱接觸面間的配合常采用H 8 配合。為了安裝簡(jiǎn)便， 需在螺母下r7端（圖 4 ）和底座孔上端（圖6 ）做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，底座與螺母用緊釘螺釘固定，根據(jù)舉重量選取緊定螺釘

12、直徑常為10 。第四章托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算托杯用來(lái)承托重物，選用用Q235鋼模鍛制成，為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應(yīng)裝有擋板。其經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖5 ，具體設(shè)計(jì)計(jì)算尺寸如下：D1078 ； D1254 ; D1122;10 ;當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，托杯和重物都不作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此在起重時(shí)，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對(duì)滑動(dòng)，為了避免過(guò)快磨損，一方面需要潤(rùn)滑，另一方面還需要驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度。* *pFpD112(D122) / 4式中： p 許用壓強(qiáng)，應(yīng)取托杯與螺桿材料p的小者。校核：pFD112) / 4(D1

13、2241043.14 (542222)/420.95MPa鑄鐵的許用壓強(qiáng) p 55 a1 ；故 p<p, 滿足壓力強(qiáng)度要求。第五章手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算5.1 手柄材料圖 5：托杯的結(jié)構(gòu)選用 Q235為材料5.2 手柄長(zhǎng)度 Lp板動(dòng)手柄的力矩F·Lp=T 1+T 2則T1T2LpF式中： F 加于手柄上一個(gè)工人的臂力，間歇工作時(shí)，約為150 250N ，工作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)為 100 150N 。T1 螺旋副間的摩擦阻力矩1 濮良貴 . 機(jī)械設(shè)計(jì) .高等教育出版社.2006.第 98 頁(yè)T2 托杯與軸端支承面的摩擦力矩由前面計(jì)算知T186.68N m ；T21 f cF0D123D1133D

14、122D11210.054104543223354222240.25MPa* *取 F 200 ，T1T286.68 40.25則： Lp634.65mmF200手柄計(jì)算長(zhǎng)度Lp 是螺桿中心到人手施力點(diǎn)的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實(shí)際長(zhǎng)度還應(yīng)加上D13 + （ 50 150 ）mm 。手柄的實(shí)際尺寸l720mm，手柄實(shí)際長(zhǎng)度不應(yīng)2超過(guò)千斤頂，使用時(shí)在手柄上另加套管。5.3 手柄直徑 d p把手柄看成一個(gè)懸臂梁按彎曲強(qiáng)度確定其直徑d p ，按彎曲強(qiáng)度條件，手柄彎曲應(yīng)力FF ·Lp F0.1d p3Lp·F故 d p 321.95mm0.1 F式中：F手柄材料許用彎曲應(yīng)力，當(dāng)手柄材料為Q215 和 Q235時(shí)， F =120Mpa取 d p25mm ；故 dk26mm5.4 結(jié)構(gòu)手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應(yīng)加上擋環(huán)，并用螺釘或鉚合固定。* *第六章底座設(shè)計(jì)底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200）（圖6 ），鑄件的壁厚不應(yīng)小于8 12mm，取為10 ，