千斤顶详细设计

千斤顶 <设计计算说明书> 学院 机电与能源工程分院 姓名 学号 班级 螺旋千斤顶设计过程 千斤顶一般由底座1，螺杆4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1―1）。螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。 设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。 设计的原始数据是：最大起重量F=20KN和最大提升高度H=150mm。 螺旋千斤顶的设计步骤如下： 计算项目 计算及说明 计算结果 1.螺杆的设计与计算 1.1螺杆螺纹类型的选择 1.2选取螺杆的材料 1.3确定螺杆直径 螺纹有矩形、梯形与锯齿形，千斤顶常用的是梯形螺纹。 梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30，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GB/T5796.1—2005的规定。千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。 因此选用的螺杆螺纹是牙形角α=30的单线梯形螺纹。 螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。 在此选用的是55钢。 按耐磨性条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距t及其它尺寸。 计算过程： 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]。 F(KN):作用域螺杆的轴向力 A()螺纹承压面积 （）螺纹的中径 h（）螺纹的高度 P（）螺纹的螺距 H（）螺母的高度 由于，所以有； 对于等腰梯形螺纹，，有，一般取1.2~3.5,所以此处取2.5 因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，所以两者的材料均选为钢，由查表可知，许用压力[p]取为10MPa。 牙形角α=30的单线梯形螺纹 螺杆材料：55钢 =2.5 [p]=10MPa 计算项目 计算及说明 计算结果 1.4自锁验算 螺杆螺纹中径，根据求得的此螺纹中径，查表GB/T5796.2—1986和表GB/T5796.3—1986有： 公称直径，螺距，螺杆小径，螺杆中径，螺母大径，螺母小径，螺母中径，螺母高度，旋合圈数。 自锁条件是y≤jv 式中：y为螺纹中径处升角；rv为当量摩擦角（当量摩擦角rv=arctanmv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1）。 :当量摩擦系数；：摩擦系数；：牙侧角，。 摩擦系数由查表可知，，由于千斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时区最大值0..17。 至少为，所以有，符合自锁条件。 螺杆尺寸： P=8mm 螺母尺寸： 符合自锁条件 计算项目 计算及说明 计算结果 1.5结构（见图1―2） 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dk的大小根据手柄直径dp决定，dk≥dp十0.5mm。由后面的计算可知手柄的直径=25mm，所以。 为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径d4应比螺杆小径d1约小0.2~0.5mm。。 退刀槽的宽度可取为1.5P=12mm。 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(GB/T891-1986)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。 1.5P=12mm 计算项目 计算及说明 计算结果 1.6螺杆强度计算 对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。强度计算方法参阅教材公式(6.23)，其中扭矩，式中为螺纹中径处升角，为当量摩擦角。 对受力较大的螺杆应根据第四强度理论交合螺杆强度： 或 F（N）螺杆所受的轴向压；A（）：螺杆螺纹的危险截面面积； （）：螺杆螺纹段的抗扭截面系数；（mm）螺杆螺纹小径；T（）；[s](MPa)：螺杆材料的许用应力，由前面可知螺杆的材料是55号钢，查表得其屈服强度，所以其许用应力，由于千斤顶的载荷是稳定的，许用应力取最大值有。 计算： 则有： ，符合强度计算的条件。 ，符合强度计算的条件。 计算项目 计算及说明 计算结果 1.7稳定性计算 2. 螺母设计与计算 2.1选取螺母材料 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。Fcr / F 2.5 ~ 4。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+5P+(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。 临界载荷，E（MPa）：螺杆材料的拉压弹性模量，;I（）：螺杆危险截面的惯性矩，。 该千斤顶一螺母座位支承时，作不完全固定支承，另一端有径向和轴向约束，为固定支承，所以端部职称情况是一端固定，一端不完全固定。因此。 ； ， ，所以经过计算螺杆稳定。 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。该千斤顶螺母材料采用45号钢。 ，所以螺杆稳定。 螺母材料：45钢 计算项目 计算及说明 计算结果 2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u 2.3校核螺纹牙强度 螺母高度H=φd2，螺纹工作圈数，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u = u+1.5(u应圆整)。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。螺母高度由下式计算：H= ut。 ，，实际螺纹圈数，实际螺母高度。 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1―3。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。 如图有： 螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度 低于螺杆，股只需校核螺母的螺纹牙强度。 假设螺母每圈螺纹 所承受的平均压力为，并作用 再螺纹中径为直径的圆周上，则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。式中：b（mm）：螺纹牙根部 的厚度，对于梯形螺纹; l(mm):弯曲力臂，； （MPa）螺母材料的许用切应力，螺母材料为45号钢， 计算项目 计算及说明 计算结果 查表可知：；（MPa）：螺母材料的许用弯曲应力，查表可知：。 计算：，符合剪切强度条件； ，符合弯曲强度条件。 ，符合剪切强度条件。 ，符合弯曲强度条件。 计算项目 计算及说明 计算结果 2.4螺母与底座孔配合 3. 托杯的设计与计算 螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用或等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图1―3）和底座孔上端（图1―7）做出倒角。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。 紧定螺钉选择的是（GB/T71—1985）. 托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图1―4。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，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。 ≤[p] 如图计算各尺寸： 厚度； [p]为许用压强，取托杯和螺杆材料[p]中较小的一个，螺杆[p]=380MPa，托杯[p]=235MPa； 根据结构， 所以进行强度计算有： 满足强度条件。 紧定螺钉： 托杯材料：Q235 螺杆：[p]=380MPa 托杯：[p]=235MPa ，满足强度条件。 计算项目 计算及说明 计算结果 4. 手柄设计与计算 4.1手柄材料 4.2手柄长度Lp 常用Q235和Q215。该千斤顶采用的是Q215。 板动手柄的力矩：KLp=T1+T2，则式中：K——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， T2 = (D12+D11) f F/4。 手柄材料：Q215 计算项目 计算及说明 计算结果 4.3手柄直径dp 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， T2 = (D12+D11) f F/4。 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+（50～150）mm。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。 手柄的实际长度是 把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为 计算项目 计算及说明 计算结果 4.4结构 ≤[s]F 或为 dp≥ 式中：[s]F——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，[s]F=120Mpa。 计算： 所以手柄的直径。 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（图1―6），并用螺钉或铆合固定。因为手柄的精度要求不高，如图计算选用的螺钉为（GB/T68-2000）,而挡环尺寸为D=38mm，厚H=5mm。 [s]F=120Mpa。 螺钉： 当环尺寸：D=38mm，厚H=5mm。 计算项目 计算及说明 计算结果 5. 底座设计 底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1―7），铸件的壁厚δ不应小于8～12mm，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。 图中： （为底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取） 计算： 关于螺旋千斤顶结构设计等的补充说明： （1） 螺母与底座的配合常用或等； （2） 为防止螺母转动，应设紧定螺钉，直径常取M6~M12，根据起重大小决定； （3） 为防止托杯脱落和螺杆旋出螺母，在螺杆上下两端安装安全挡圈； （4） 连接螺钉，挡圈，挡环的规格尺寸按结构需要选取或设计； （5） 为减少摩擦、磨损及托杯工作时不转动，螺旋副及托杯与螺杆的接触面均需润滑； （6） 装配图尺寸标注应包括特性尺寸（如最大起落高度）、安装尺寸、外形尺寸（总厂、总宽、总高）和派和尺寸等； （7） 图面应注明技术特性及技术要求； （8） 图纸规格应符合之徒规定，绘图要按国家标准，标题栏和明细表的格式应符合要求，详见课程设计教材，或采用学生用标题栏及明细表格式； （9） 设计计算说明书应在全部计算及图纸完成后进行整理编写。 参考资料 [1]杨 玲.螺旋千斤顶作业指导书.西南大学工程技术学院,2009. [2]濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.高等教育出版社,2006. [3]郭爱莲.新编机械工程技术手册.经济日报出版社,1992. [4]邱宣怀.机械设计（第四版）.高等教育出版社,1997. [5]吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册(第三版). 高等教育出版社,2006. [6]简单千斤顶设计说明书.浙江大学,2008. [7]大连理工大学工程画教研室.机械制图. 高等教育出版社,2003.8. - 18 -