机械设计千斤顶设计

机制081胡凯雷30806110095—11设计简单千斤顶的螺纹和螺母的主要尺寸。起重量为20000N，起重高度为150mm，材料自选。解：1.、螺杆的设计与计算（1）选用材料。螺杆材料选用45号钢，s=300MPa。查表确定需用[p]=15MPa。（2）确定螺纹牙型。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，本设计采用梯形螺纹。（3）按耐磨性计算初选螺纹的中径。因选用梯形螺纹且螺母兼作支承,故取=2.5,根据教材式(5--43)得2200000.818.52.515000000Fdpmm(4)按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。根据第四强度理论,其强度条件为223[]ca但对中小尺寸的螺杆,可认为0.5,所以上式可简化为221.331.3[]scaQAS式中,A为螺杆螺纹段的危险截面,A=214dmm;S为螺杆稳定性安全系数,对于传力螺纹,S=3.5—5.0；对于传导螺旋,S=2.5—4.0;对于精密螺杆或水平,S4.本千斤顶取值S=5.故141.341.352000023.53.14300sSQdmm(5)综合考虑,确定螺杆直径.比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果,可知本例螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准,按国家标准GB/T5796—1986选定螺杆尺寸参数:公称自径d=24mm,螺纹外径124.5dmm;螺纹内径218.5dmm;螺纹中径021.5dmm;螺纹线数n=1,螺距P=5mm.(6)校核螺旋的自锁能力。对传力螺纹传动来说,一般应确保自锁性要求,以避免事故.本螺旋的材料为钢,螺母的材料为青铜,钢对青铜的摩擦系数f=0.09(查机械设计手册).因梯形螺纹牙型角=30,152,所以27arctanarctan393.1440.5nPd0.09arctanarctanarctan519coscos15vvff因v,可以满足自锁要求.注意:若自锁型不足,可增大螺杆直径或减小螺距进行调整.(7)螺纹牙的强度计算.由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度,因此只需要校核螺母螺纹的牙根强度.(8)螺杆的稳定性计算.当轴向压力大于某一临界值时,螺杆会发生测向弯曲,丧失稳定性.取B=40mm,则螺杆的工作长度15040252152HlLBmm螺杆危险截面的惯性半径118.54.644dimm螺杆的长度系数:按一端自由,一端固定考虑,取2螺杆的柔度:221593.484.6sli因此本例螺杆40s100,为中柔度压杆,其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得2342223.142.06103.1418.564613.292215cEIQKNl所以满足稳定性要求.2、螺母的设计与计算(1)选取螺母材料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,次选青铜。此螺母要兼作支撑，因选2.5,所以22.521.553.8Hdmm取为54mm.螺纹圈数计算:5410.85HzP螺纹圈数最好不要超过10圈,因此宜作调整.一般手段是在不影响自锁性要求的前提下,可适当增大螺距P,而本螺杆直径的选定以抗压强度计算结果为准,耐磨性已相当富裕,所以可适当减低螺母高度.现取螺母高度H=50mm,则螺纹圈数z=10,满足要求.613.2930.663.55.020ccQSQ(2)螺纹牙的强度计算.根据教材表5—13,对于青铜螺母[]30—40MPa，这里取[]=30MPa，由教材式(5--50)得螺纹牙危险截面得剪切应力为200008.03.1424.50.65510FMPaDbu满足要求.螺母螺纹根部一般不会弯曲折断,通过可以不进行弯曲强度校核.（3）安装要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用78rH或78nH等配合。为了安装简便，需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm。螺母的相关尺寸计算查手册D=d+1=25mm内螺纹小径D1=d-7=17mmD3=(1.6~1.8)D=1.7×25D4=(1.3~1.4)D3=1.3×43H=54mma=H/3=54/3=18mm3、托杯的设计与计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用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。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。4)DD(211212Fp≤[p]（式1-1）式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。D10=(2.4~2.5)d=2.4524D11=(0.6~0.7）d=0.6524D13=(1.7~1.9)d=1.824D12=D13-(2~4)故4)DD(211212Fp≤[p]=22200003.140.0400.01644、手柄设计与计算.1、手柄材料常用Q235和Q215。2、手柄长度Lp板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T21-2）则KTTL21p（式式中：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，=20×103tan(5.32°+3.15°)×318.5102T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2=(D12+D11)fF/4。(f查手册取0.06)=(40+16)×0.06×20/4则KTTL21p=27.5516.8230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2D13+（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。因此，手柄实际长度`pL=pL+272+553、手柄直径dp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。2)tan(21dFTv件为3ppFd1.0KL≤[]F（式1-3）故dp≥3Fp][1.0KL≥36101201.0186.1230=28.33mmdp取30mm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。5.底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200），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。底座结构及尺寸如图1―7图中H1=0H+（14～28）mm=150+20=170mmH-a=54-18=36mmD=d+1(查手册)=24+1D6=D3+（5～10）mm=43+6D7=D6+51H=49+1705D8=27pD][π4F=2420000833.142式中：[]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取[]p=2~2.5MPa。参考文献[1]邱宣怀.机械设计[M].北京:高等教育出版社,1997.[2]孙维连,魏凤兰.工程材料[M].北京:中国农业大学出版社,2006.[3]于惠力.机械设计[M].科学出版社,2007.[4]吴宗泽.机械设计课程设计手册[M].北京:高等教育出版社,2006[5]濮良贵，机械设计第八版，高等教育出版社。