千斤頂課程設(shè)計(jì)方案

1、千斤頂設(shè)計(jì)說(shuō)明書院 系 班 級(jí)學(xué) 號(hào)設(shè)計(jì)人指導(dǎo)教師完成日期 螺旋千斤頂設(shè)計(jì)過(guò)程千斤頂一般由底座1，螺桿4、螺母5、托杯10,手柄7等零件所組成（見圖 1 1 ）。 螺桿在固定螺母中旋轉(zhuǎn)，并上下升降，把托杯上的重物舉起或放落。設(shè)計(jì)時(shí)某些零件的主要尺寸是通過(guò)理論計(jì)算確定的，其它結(jié)構(gòu)尺寸則是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或制造工藝決定的，必要時(shí)才進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。Lpj1】12螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)步驟如下： 計(jì)算項(xiàng)目|計(jì)算及說(shuō)明1.螺桿的設(shè)計(jì) 與計(jì)算1.1螺桿螺紋 類型的選擇螺紋有矩形、梯形與鋸齒形，千斤頂常用的是梯形螺紋。牙形角a =30。的梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角a =30。，梯形螺紋的內(nèi) 單線梯形螺紋外螺紋以錐面

2、貼緊不易松動(dòng)；它的基本牙形按GB/T5796.1 2005的規(guī)定。千斤頂?shù)淖枣i行能要好，所以用單線螺紋。因此選用的螺桿螺紋是牙形角a =30。的單線梯形螺紋。螺桿材料：55鋼12選取螺桿 螺桿材料常用 Q235、Q275、40、45、55等。的材料在此選用的是55鋼。1.3確定螺桿直徑按耐磨性條件確定螺桿中徑d2。求出d2后，按標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)公稱直徑d、螺距t及其它尺寸。計(jì)算過(guò)程：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。F FFPp = =< p（文獻(xiàn)：機(jī)械設(shè)計(jì)）A 二d2hu 二 d2hHH由于，所以有d2 -d2計(jì)）FP ；（文獻(xiàn)：機(jī)械設(shè),二

3、 h p對(duì)于等腰梯形螺紋，h=°.5P，有d2=08：p一般取1.23.5,所以此處 '取1.9因?yàn)榍Ы镯數(shù)穆輻U與螺母的相互運(yùn)動(dòng)是低速滑動(dòng)，所以兩者的材料均選為鋼，由查表可知，許用壓力p取為10MPa。=1.9p=10MPa1.4自鎖驗(yàn)算螺桿螺紋中徑小2_0.820000 ： 25.955mm ,2 Y 2.2如0根據(jù)求得的此螺紋中徑，查表GB/T5796.2 2005和表GB/T5796.3 2005 有：（文獻(xiàn)：機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）公稱直徑d =32mm，螺距P=10mm，螺桿小徑d1=d-11=21mm ， 螺 桿 中 徑D =d 1 = 32 1 = 33mm ,螺母小徑D

4、1 = d -10 =32 -10 =22 mm ,螺母中徑D2 二d2 = 27mm,螺母高度H = d2 =1.9 27 =51.3mm,旋合圈數(shù)d2 =d -5 =32 -5 =27mm _ 25.955mm，螺 母大徑u = H =5.13 ： 6（圈）乞10（圈）。P自鎖條件是-'v式中：為螺紋中徑處升角；幾為當(dāng)量摩擦角（當(dāng)量摩擦角:-v=arctan I，為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要 比當(dāng)量摩擦角小1°）。螺桿尺寸：P=10mmd = 32mmd1 = 21mmd2 二 27mm螺母尺寸：D = 33mmD1 = 22mmD2 = d2 二 27mmH = 5

5、1.3mmu = 6屮arctan=arctan怙（文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)）cos Pf :當(dāng)量摩擦系數(shù)；f :摩擦系數(shù)；1 :牙側(cè)角，-/15。摩擦系數(shù)f由查表可知，f =0.11 0.17，由于千斤頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)速度是很低的，所以摩擦系數(shù)按起動(dòng)時(shí)區(qū)最大值 0.17。屮 =arctan-uarctan1一=7.26°兀d23.14 江 25屮蘭®補(bǔ)=arcta n -= arcta n 010 = 9.98 °cos 戸0.97- /2 =15f 二 0.17叩=7.26.=9.98符合自鎖條件至少為8，所以有* =7.88 -=9.98，符合自鎖條件。1.5結(jié)構(gòu)(見圖1 2)

6、dv 二 30mmdk 二 26.8mmd4 二 20.6mm1.5P=15mmD = 45mm, H = 5mmM 6 16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的大小根據(jù)手柄直徑 dp決定，dk > dp十0.5mm。由后面的計(jì)算可知手柄的直徑 dp=25mm，所以 dk =260.8 = 26.8mm。為了便于切制螺紋，螺紋上端應(yīng)設(shè)有退刀槽。退刀槽 的直徑d4應(yīng)比螺桿小徑 di約小 0.20.5mm。 d4 = d1 -0.4 = 20.6mm。退刀槽的寬度可取為 1.5P=15mm。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d1的圓

7、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(GB/T891-1986) D 45mm, H 5mm，擋 圈用緊定螺釘(GB7T68-2000)M 廠6固定在螺桿端部。1.6螺桿強(qiáng)度 計(jì)算對(duì)受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論校核螺桿的強(qiáng)度。強(qiáng)度計(jì)算方法參閱教材公式(6.23)，其中扭矩d 2T = F ta)丄，式中t為螺紋中徑處升角，.2為當(dāng)量摩擦角。對(duì)受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論交合螺桿強(qiáng)度：%a =匚 3 = j£)2+3(/)2 蘭舊或1 - 2 4T 2二ca F3() 一 二(文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì))A .d!2F(N)螺桿所受的軸向壓；A( mm)：螺桿螺紋

8、的 危險(xiǎn)截面面積；WT( mm2)：螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù)；d1 (mm)螺桿螺紋小徑；T( N *mm)； o(MPa)：螺桿材料的許用應(yīng)力，由前面可知螺桿的材料是 55號(hào)鋼，查表得其屈服強(qiáng)度6= 900MPa，所以其許用應(yīng) 力 二=900 MPa二，由于千斤頂?shù)妮d荷是穩(wěn)定的，許用應(yīng)力取3 5二=300MPa最大值有； 900 二 300MPa。33計(jì)算：T = F tan化 +®d2 = 2OOOOxtan(7.26T9.98)>< 鄉(xiāng)=83785.57N «mmtjca206.802MPa二ca : 206.802MPa 乞二=300MPa，符合強(qiáng)度計(jì)；

9、ca十，符合強(qiáng)度計(jì)算的條件。算的條件。1.7穩(wěn)定性計(jì) 算細(xì)長(zhǎng)的螺桿工作時(shí)受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn),為此應(yīng)按穩(wěn)定性條件驗(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性。Fcr / F - 2.54。螺桿的臨界載荷Fcr與柔度入S有關(guān)，入S=l/i,為螺桿的 長(zhǎng)度系數(shù)，與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有關(guān)，I為舉起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取1 = H+5P+（1.41.6）d , i為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑，若危險(xiǎn)截面面積A二二d/4,則i = “二d1 （I為螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩），當(dāng)螺桿的 A 4柔度入s< 40時(shí)，可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。計(jì)算時(shí)應(yīng)注 意正確確定。jr 2 EI臨界載荷Fcr = 2 , E （ MP

10、a）:螺桿材料的拉壓岸+l）2545彈性模量，E =2.06x10 MPa；i( mm )：螺桿危險(xiǎn)截E= 2.0610 MPa面的慣性矩，I二d1。64該千斤頂一螺母座位支承時(shí)，作不完全固定支承，另一端有徑向和軸向約束，為固定支承，所以端部職稱情況是一端固定，一端不完全固定。因此二0.60。' - 0.60"H (551505 32 5 10 "48mm l/mmF cr3.142 2.06 105 214/64(0.6 248)2= 278751.9146NF.廣 278751.9146NSsc =牛先13.9 2.5 4 = Ss,所以經(jīng)過(guò)計(jì)算螺桿穩(wěn)定。Ssc

11、 - Ss ,所以螺桿穩(wěn)定。2.螺母設(shè)計(jì)與 計(jì)算2.1選取螺母材料螺母材料一般可選用青銅，對(duì)于尺寸較大的螺母可采 用鋼或鑄鐵制造，其內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金。該千斤頂螺母材料采用45號(hào)鋼。螺母材料：45鋼計(jì)算項(xiàng)目2.2確定螺母高度H及螺 紋工作圈數(shù)uH *螺母高度 H = $ d2，螺紋工作圈數(shù)u，考慮退P刀槽的影響，實(shí)際螺紋圈數(shù)u上u+1.5（u應(yīng)圓整）?？紤]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d。螺母高度由下式計(jì)算：H =u toH = d2 =2.5 27 = 67.5mm,H 67 5u6.75（圈），實(shí)際螺紋圈數(shù)P 10u 1.5 =6.75 -

12、 1.5 =8.25、9（圈），實(shí)際螺母高度H 二 67.5mmu =6.75（圈） u =9 （圈）H =uP=9 10 = 90mm。H = 90mm2.3校核螺紋牙強(qiáng)度一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。螺母的其它尺寸見圖1 3。必要時(shí)還應(yīng)對(duì)螺母外徑D3進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。 如圖有：D3F6WD/.7 33 V6mmD3"6mmD4 =（1.3 1.4心=1.35 56.1 =75.735 ： 76mmD4 = 76mma =H '/3=90/3=30mma 二 30mm螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，所以只需校核螺母的螺紋牙強(qiáng)度。假

13、設(shè)螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為 F ,并作用u再螺紋中徑為直徑的圓周上，則螺紋牙危險(xiǎn)截面的剪切強(qiáng)度條件為卩一 .，螺紋牙危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度兀DbuG匚I條件為= 蘭%。式中：b （ mm）:螺紋牙根兀Db ub = 6.5mm部的厚度，對(duì)于梯形螺紋 b=0.65P = 0.65 10 = 6.5mm;l = 3mml（mm）:彎曲力臂，ID2 = 33-27 = 3mm ；2 2（MPa）螺母材料的許用切應(yīng)力，螺母材料為45號(hào)鋼,查表可匚 s = 355MPa.=70.998MPaFT =二 Dbu4.516Mpa 乞，符3.14 31 6.5 7. .，符合剪切強(qiáng) 度條件。.=0.6匚=0

14、.6 s_ -0.6355 : 70.998MPa ；3 53Tb ( MPa):螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，查表可知：gb =144.367MPa二b二(1.0 1.2)二=1.2 s 144.367MPa。3 5合剪切強(qiáng)度條件;6FI2 二 Db u6 20000 323.14 31 6.57= 12.505MPa _；b二十b，符合彎曲強(qiáng)度條件。，符合彎曲強(qiáng)度條件。嘰Da- (L6-1.B)DD<=(K>1.4)D3 H73計(jì)算項(xiàng)目2.4螺母與底 座孔配合螺母壓入底座上的孔內(nèi)， 圓柱接觸面問(wèn)的配合常采用H8H或 巴等配合。為了安裝簡(jiǎn)便，需在螺母下端(圖 1 3)門7和底座孔上端(

15、圖 1 7 )做出倒角。為了更可靠地防止 螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，還應(yīng)裝置緊定螺釘(圖1 1)，緊定螺釘直徑常根據(jù)舉重量選取，一般為 612mm。緊定螺釘選擇的是(GB/T71 1985) M6 10.3.1托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算托杯用來(lái)承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，其結(jié)構(gòu)尺寸見圖1 4。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。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。緊定螺釘：M6

16、10托杯材料：Q235F2 2 二(D12 - Dii)wp如圖計(jì)算各尺寸：厚度、=10mm ；p為許用壓強(qiáng)，取托杯和螺桿材料p中較小的一個(gè)，螺桿p=380MPa，托杯p=235MPa ;=(0.6 0.7)d =0.6 32 =19.2 ： 19mm根據(jù)結(jié)構(gòu)D12 =50mm ,所以進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算有:4 20000F2 23.14 (50 -18 )4=11.71MPa _ p =235Mpa滿足強(qiáng)度條件。3.2軸承的設(shè) 計(jì)與計(jì)算根據(jù)轉(zhuǎn)速和種類選?。和屏η蜉S承根據(jù)D12 =50mm 查表(GB/T301-1995 )選取軸承代號(hào)為：51207d=35D=62d1=37T=18=10mm螺桿：p

17、=380MPa托杯：p=235MPa= 19mmD12 = 50 mmp乞p,滿足強(qiáng)度條件。推力球軸承d=35D=62d1=37T=181*5占D1 3Dio* (2-4-2. 5)dD13- (2*4)HDDu* (0.6-0,7)d4.手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1手柄材料4.2手柄長(zhǎng)度Lp常用Q235和Q215。該千斤頂采用的是 Q235。手柄材料:Q235板動(dòng)手柄的力矩：K lp=Ti+T2,則Lp = 丁1 +丁2式中:p KK加于手柄上一個(gè)工人的臂力，間歇工作時(shí)，約為150250N，工作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)為 100150N。Ti螺旋副間的摩擦阻力矩，T1 =Ftan(7) ?T2托杯與軸端支承面的摩

18、擦力矩，T2 = (D12+D11) fF/4T2托杯與軸端支承面的摩擦力矩,Ti 二 F tan(Lj ；2 二20000 tan(7.269.98 ) 27. =83785.564N2T2 = (D12 D11) fF / 4 =(50 19) 0.17 20000/4 =58650 NLp'3785*594 58650 "2.178 ： 712mm200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T1 二83785.594N * mmT2 二58650 N * mmLp 二 712mm上D13+ （50150） mm

19、。手柄實(shí)際長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)千斤頂,2使用時(shí)可在手柄上另加套管。手柄的實(shí)際長(zhǎng)度是'D13Lp =Lp ；3(50 150)=50 4712.178100 =837.378mm2Lp = 837.378mmRJ t 54.3手柄直徑dp把手柄看成一個(gè)懸臂梁， 按彎曲強(qiáng)度確定手柄直徑 dp,其 強(qiáng)度條件為KLp0.1d3w ；f或?yàn)镵Lp0下門 F=120Mpa。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。計(jì)算:dp. KLp 200837.3780.1二F0.1 120二 24.08mmd p = 25mm4.4結(jié)構(gòu)螺釘：M8 44當(dāng)環(huán)尺寸：D=35mm， 厚 H=5mm 。所以手柄的直徑dp = 25mm。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)(圖1 6)，并用螺釘或鉚合固定。因?yàn)槭直木纫蟛桓撸鐖D計(jì)算選用的螺釘為(GB/T68-2000) M 8 44,而擋環(huán)尺寸為 D=38mm，厚H=5mm。計(jì)算項(xiàng)目5.座計(jì)底座材料常用鑄鐵 (HT150及HT200 )(圖1 7),鑄件的壁厚 不應(yīng)小于812mm，為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應(yīng)大些， 因此將其外形制成1 : 10的斜度。圖中：H1=H (14 28)