千斤顶课程设计方案.docx

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千斤顶课程设计方案

千斤顶设计说明书

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班级

学号

设计人

指导教师

完成日期

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=30º，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=30º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]。

（文献：

机械设计）

由于

，所以有

；（文献：

机械设计）

对于等腰梯形螺纹，

，有

，

一般取1.2~3.5,所以此处

取1.9

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=30º的单线梯形螺纹

螺杆材料：

55钢

=1.9

[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—2005和表GB/T5796.3—2005有：

（文献：

机械设计手册）

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≤v

式中：

为螺纹中径处升角；v为当量摩擦角（当量摩擦角v=arctanv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°）。

（文献机械设计）

:

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=10mm

螺母尺寸：

符合自锁条件

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=15mm。

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=15mm

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

（文献机械设计）

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（

）；[]（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/F2.5~4。

螺杆的临界载荷Fcr与柔度λs有关，λs=l/i，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=d12/4，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，所以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

3.1托杯的设计与计算

3.2轴承的设计与计算

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。

根据转速和种类选取：

推力球轴承

根据

查表（GB/T301-1995）选取轴承代号为：

51207d=35D=62d1=37T=18

紧定螺钉：

托杯材料：

Q235

螺杆：

[p]=380MPa

托杯：

[p]=235MPa

，满足强度条件。

推力球轴承

d=35D=62

d1=37T=18

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Q235。

板动手柄的力矩：

K·Lp=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）fF/4

手柄材料：

Q235

计算项目

计算及说明

计算结果

4.3手柄直径dp

T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，。

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

≤[]F

或为dp≥

式中：

[]F——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，[]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。

[]F=120Mpa。

螺钉：

当环尺寸：

D=35mm，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