千斤頂設(shè)計計算說明

1、目錄第一章 設(shè)計題目及材料選擇 11.1 設(shè)計要求 11.2 主要零件的常用材料 11.3 千斤頂結(jié)構(gòu)示意圖 1第二章 螺桿的設(shè)計計算 22.1螺桿材料級牙型選擇 22.2耐磨性計算 22.3驗算螺紋的自鎖條件 32.4螺桿強度校核 32.5 穩(wěn)定性校核 42.5螺桿其他結(jié)構(gòu)設(shè)計 5第三章 螺母的設(shè)計計算 53.1確定螺母高度 H 及螺紋工作圈數(shù) u 53.2校核螺紋牙強度 63.3螺母的其他設(shè)計要求 6第四章 托杯的設(shè)計與計算 7第五章 手柄設(shè)計與計算 75.1手柄材料 75.2 手柄長度 Lp 75.3 手柄直徑 dp 85.4結(jié)構(gòu) 8第六章 底座設(shè)計 9第一章 設(shè)計題目及材料選擇1.1設(shè)

2、計要求設(shè)計簡單千斤頂?shù)穆輻U和螺母級其他結(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：Q 2351.3千斤頂結(jié)構(gòu)示意圖圖1 ：千斤頂示意圖第二章螺桿的設(shè)計計算2.1螺桿材料級牙型選擇=30°，梯選用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a 形螺紋的內(nèi)外螺

3、紋以錐面貼緊不易松動；它的基本牙形按GB5796.1 86的規(guī)定。2.2耐磨性計算滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(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度磨損。因此，滑動螺旋的耐磨性計算，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卩(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 A ( mm2),螺紋中徑為小(mm ),螺紋工作高度為 H ( mm ),螺紋螺距為 P(mm ),螺母高度為 D ( mm ),螺紋工件圈數(shù)為 u = H/P。則螺紋工作

4、面上的耐磨性條件為：F FAd2huFdzhH令H/d2，則Hd2代入上式得:對于梯形螺紋，h 0.5P，則:式中，p為材料得需用壓力，單位為MPa，取 p = 20 MPa2。代入計算得:d2 0.84000叮 25.30 2 20 10根據(jù)梯形螺紋國家標準(GE5796- 86) 2，以及螺桿穩(wěn)定性的初步估算，選取以下參數(shù)的梯形螺紋：公稱直徑 d=28螺距P= 8;螺紋小徑；d2 29 ;由此：螺母高度 H d22 29581濮良貴.機械設(shè)計.高等教育出版社.2006.第 97頁'.2譚建榮.圖學(xué)基礎(chǔ)教程.高等教育岀版社.1999.第323頁7.824.2 ;查閱有關(guān)技術(shù)手冊1知螺

5、桿退刀槽直徑d1d 7.8 32退刀槽寬度b 7.510，滿足設(shè)計要求。螺紋工作圈數(shù)u H 589.67P 62.3驗算螺紋的自鎖條件千斤頂有自鎖要求，自鎖條件為:v 其中arcta n d2arcta n cos式中:為螺紋升角;f為摩擦系數(shù);為牙側(cè)角。0.08 2 ,15代入計算得:arcta n d2arcta n3.14 293.77v，故滿足自鎖條件2.4螺桿強度校核arcta ncos丄0.08arctan cos154.73螺桿工作時承受軸向壓力F和扭矩T的作用。螺桿危險截面上既有壓縮應(yīng)力；又有切應(yīng)力。根據(jù)第四強度理論求出危險截面的計算應(yīng)力ca，其強度條件為:ca2F2 3 W-

6、J其中螺桿所受的扭矩 T F丑tan（2v) , Ngmm式中：A 螺桿螺紋段的危險截面面積;Ad12 （因為d1 d1，故退刀槽處為危險面）；4d1 退刀槽直徑，mmWT 螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù),Wta316A蟲,mm34螺桿材料的許用應(yīng)力，MPa強度校核:d2T Fta n(v)234 29 1034 10tan(3.77 4.73)286.68 N gm24TWT3.14 24；2 EV10886.682 1624.22 10 6102.39MPaca，因此滿足強度要求。3533117.67MPa2.5穩(wěn)定性校核對于長徑比大的受壓螺桿，當軸向壓力F大于某一臨界值時，螺桿就會突然發(fā)生側(cè)向

7、彎曲Fcr，則螺桿的而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力F必須小于臨界載荷穩(wěn)定性條件為FcrFSs式中：Ssc螺桿穩(wěn)定性的計算安全系數(shù);Ss 螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，對于傳力螺旋（如起重螺桿等），Ss=3.55.0Fcr 螺桿的臨界載荷;l卩=2 1 I為螺桿的工作長度,s 計算螺桿柔度：I ,此處，卩為螺桿的長度系數(shù)，設(shè)計時取l ; I為螺桿危險當螺桿一端以螺母支承時，則以螺母中部到另一端支點的距離，作為工作長度 截面的慣性半徑，I色；41濮良貴.機械設(shè)計.高等教育出版社.2006.第99頁螺桿上端用于支承托杯 10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

8、據(jù)手柄直徑dp決定，dk >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di的圓柱體。為了防止工作時螺桿從螺母中脫出，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)計數(shù)值為：D13 58 ； h=48;第三章螺母的設(shè)計計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)uH螺母高度H= $ d2 （ H應(yīng)圓整為整數(shù)）螺紋工作圈數(shù) u，考慮到螺紋圈數(shù) u越多，載荷分布越不均，故 u不宜大于10,否則應(yīng)改選螺母材料或加大do3.2校核螺紋牙強度螺母的材料強度低于螺桿，故只校核螺母

9、螺紋牙的強度。如圖3所示，如果將一圈螺紋沿螺母的螺紋大徑D處展開，則可看作寬度為 nD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，則螺紋牙危險截面a- a的剪切強度條件為FDbu螺紋牙危險截面 a-a的彎曲強度條件 為6FIDb2ub式中：b螺紋牙根部的厚度，mm,對于梯形螺紋，b= 0.65P, P為螺紋螺距；I彎曲力臂；mm參看圖3 ,I=（D-D2）/2 ;螺母材料的許用切應(yīng)力，MPa,b 螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa,其余符號意義同前。代入數(shù)據(jù)計算得：F4 10410.24Dbu 3.14 33 0.65 6 9.6746Fl6 4 1

10、0 (33 29)/22231.50Db u 3.14 33 (0.65 6)9.67滿足設(shè)計要求：螺母的其它尺寸根據(jù)圖中經(jīng)驗設(shè)計尺寸確定，具體尺寸數(shù) 據(jù)如下：H= 58; a=20; D3 54 ； D4 72 ；3.3螺母的其他設(shè)計要求H螺母壓入底座上的孔內(nèi)，圓柱接觸面間的配合常采用配合。為了安裝簡便，需在螺母下7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，底座與螺母用緊釘螺 釘固定，根據(jù)舉重量選取緊定螺釘直徑常為M10。第四章 托杯的設(shè)計與計算托杯用來承托重物，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)相對滑動，在托杯上表面制有切口的溝

11、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)驗設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸見圖5，具體設(shè)計計算尺寸如下：Dio 78 ； D1254 ； Dii 22;10 ；當螺桿轉(zhuǎn)動時，托杯和重物都不作相對轉(zhuǎn)動。因此在起重時，托杯底部與螺桿和接觸面間 有相對滑動，為了避免過快磨損，一方面需要潤滑，另一方面還需要驗算接觸面間的壓力強度。(D122Dii)/4wp式中：p許用壓強，應(yīng)取托杯與螺桿材料 的小者。校核：FP 2(Dl22 Dfl)/44 1043.14 (542 222)/4 20.95MPa1鑄鐵的許用壓強p = 55MP a ;故p<p,滿足壓力強度要求。p第五章手柄設(shè)計與計算5.1手柄

12、材料選用Q235為材料5.2手柄長度LpU13Dio-% (Q.6HK 7)d圖5:托杯的結(jié)構(gòu)板動手柄的力矩F Lp=T 1+T2則LpT1T2F150250N，工作時間較長式中：F 加于手柄上一個工人的臂力，間歇工作時，約為 時為100150N。1濮良貴.機械設(shè)計.高等教育出版社.2006.第98頁Ti螺旋副間的摩擦阻力矩T2托杯與軸端支承面的摩擦力矩由前面計算知Ti 86.68Ngm;1 f F Dl2Di'3 fcF00.05 4 104542232F40.25MPa取 F = 200 N,則：口 86.68 40.25 634亦200p F手柄計算長度Lp是螺桿中心到人手施力點

13、的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手 柄實際長度還應(yīng)加上 D13 + （50150） mm。手柄的實際尺寸I 720mm ,手柄實際長度不應(yīng)超2過千斤頂，使用時在手柄上另加套管。5.3手柄直徑dp把手柄看成一個懸臂梁按彎曲強度確定其直徑dp,按彎曲強度條件，手柄彎曲應(yīng)力式中：FLpvF 0.1dpF故 dp> 3 LpF21.95mm；0.1 fF 手柄材料許用彎曲應(yīng)力，當手柄材料為Q215和Q235時，F(xiàn) =120Mpa取 dp 25mm ；故 dk 26mm5.4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)計底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200 ）（圖6）,鑄件的壁厚3不應(yīng)小于 812mm,取為10 mm,為了增加底座的穩(wěn)定性