千斤顶设计.doc

螺旋千斤顶设计

专业：机械设计制造及其自动化
班级：C08机械（1）班
学号：081309108
姓名：贺建波
指导老师：章海

2010年10月

目录
第一章 设计题目及材料选择 2
1.1设计要求 2
1.2主要零件的常用材料 2
1.3千斤顶示意图 2
第二章 螺杆的设计计算 3
2.1螺杆材料及牙型选择 3
2.2耐磨度的计算 3
2.3验证螺纹的自锁条件 4
2.4螺杆强度的校核 4
2.5稳定性计算 5
2.6螺杆其他结构设计 6
第三章 螺母的设计计算 7
3.1确定螺母高度H及螺纹工作圈数u 7
3.2校核螺纹牙强度 7
3.3螺母的其他设计要求 8
第四章 托杯的设计与计算 9
第五章 手柄的设计和计算 10
5.1手柄的材料 10
5.2手柄的长度 10
5.3手柄直径d手柄 10
5.4手柄结构 11
第六章 底座的设计 11
6.1底座的材料 11
6.2底座数据计算 11
参考文献： 11

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40000N，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
（1）螺杆材料选择：45号钢，采用带有外螺纹的杆件
（2） 螺母材料选择：青铜，带有内螺纹的构件
（3）底座材料选择：灰铸铁 HT200，带1：10斜度
（4）托杯材料选择：灰铸铁 HT200
（5）手柄材料选择：Ｑ235
1.3千斤顶示意图

第二章 螺杆的设计计算
2.1螺杆材料及牙型选择
选用45号钢，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α=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GB5796.1—86的规定。
2.2耐磨度的计算
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Ｆ（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 u＝H/P 。则螺纹工作面上的耐磨性条件为：
（书本541）
令，则代入上式得： （书本5-42）
对于梯形螺纹，，则： （书本5-43）
取，对钢-青铜螺旋副，,
代入数据得：，
根据梯形螺纹国家标准摘自（B/T 5796.3-1986）选取螺纹为Tr367,其基本参数为：
，, , , ，
计算螺母的螺纹圈数，并求出高度=
螺纹工作圈数，取=7<10, 满足设计要求

2.3验证螺纹的自锁条件
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:
;
因为，故满足自锁条件
2.4螺杆强度的校核
螺杆工作时承受轴向压力Ｆ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：
或（书本5-47）
其中螺杆所受的扭矩，
式中：A — 螺杆螺纹段的危险截面面积； ； —   螺杆螺纹小径，
—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Fcr与柔度λs有关，λs=m l/i，m为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取l＝H+5t+(1.4~1.6)d，i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=pd12/4，则(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)
当螺杆的柔度λs＜40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。
2.5.1计算柔度
（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i

（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l

(3) 计算柔度
查教材，μ=2(一端固定，一端自由)

2.5.2稳定性计算
（1）计算临界载荷Fcr

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，dk≥dp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。

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=φd2（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5-44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πD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a－a的剪切强度条件为

螺纹牙危险截面a－a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，b＝0.65P, P为螺纹螺距；
——弯曲力臂；mm参看图5-44 , 

——螺母材料的许用切应力，MPa
——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：

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钉固定，根据举重量选取紧定螺钉直径常为Ｍ10。

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：

托杯高度，
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]

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[p]＝55ＭＰa；
故p<[p],满足压力强度要求。

第五章 手柄的设计和计算
5.1手柄的材料
选用Q215为材料
5.2手柄的长度
板动手柄的力矩 则
式中：——加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150～250N，工作时间较长时为100～150N。
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＝220Ｎ，

5.3手柄直径d手柄
把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径d手柄，其强度条件为

式中：——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215时，
，故

5.4手柄结构
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 底座的设计
6.1底座的材料
图6：底座设计示意图
底座材料常用灰铸铁（HT100）
铸件的壁厚δ不应小于12～15mm，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成1∶10的斜度，取厚度为。
6.2底座数据计算

mm

式中：[σ]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。

参考文献：
[1] 机械设计手册(新编软件版)2008.
[2] 马兰。机械制图。机械工业出版社。2006.05
[3] 龚桂义。机械设计课程设计图册。2009.02

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