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5-11
1.3 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=1.2～2.5，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18～25MPa。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0.08～0.1，应取=0.1）。
带入F=50KN

d228.28 mm
得
据GB/T5796.3—2005,
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(200~220GPa)，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

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(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0.2～0.5mm。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=065P(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6～12mm。
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3～4mm，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8～12mm，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，2009
2. 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45钢

=6.00mm

=26mm
=58mm

1.5P=9mm

螺栓外径为

P=6mm
D=32mm
D=33.00mm

=25.00mm
=29.00mm
=29.00mm
=26.00mm

螺母材料选
青铜ZCuSn10Pl

螺纹工作圈数
u=12

;

合格
托杯厚度：
托底厚度为：
沟纹宽度：
沟纹深度为： ；
托杯高度为

手柄材料选用Q235