F=30kN的螺旋千斤顶设计说明书

螺旋千斤顶设计说明书计算及说明结果1螺杆的设计与计算1.1螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，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。1.2选取螺杆材料考虑到千斤顶转速较低，单个作用面受力不大，螺杆材料常用Q235Q275、40、45、55等。1.3确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径2d。求出2d后，按标准选取相应公称直径d、螺距P及其他尺寸。根据规定，对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取5.3~5.2，此处取0.3。螺杆——螺母材料分别为钢——青铜，滑动速度为低速，得许用压力MPap25~18，此处取MPap20。（摩擦系数起动时取大值，校核是为安全起见，应以起动时为准，由f值0.08~0.1，应取f=0.1。代入F=30KN66.208.02pFdmm根据GB/T5796.3-2005,取mmd24,mmp5,mmdd1471,mmddD19322,2514dDmm,1861dDmm1.4自锁验算自锁条件是v:式中：为螺纹中径处升角；v为当量摩擦角（当量摩擦角cosarctanfv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩选梯形螺纹选45钢24dmmmmp5141dmm1922dDmm254Dmm181Dmm螺旋千斤顶设计说明书擦角小。1。vvffarctancosarctan查表取f=0.1，又因螺纹线数n=1，螺距p=6mm，中径2d33mm4073.4arctanarctan22dnpds梯形螺纹，所以152902.5cosarctanfv故902.414073.4v所以自锁性可以保证。1.5结构结构如上图：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。为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽4073.4902.5v螺旋千斤顶设计说明书的直径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。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。其中：退刀槽宽度为1.5p=7.5mmdD)9.1~7.1(13=43.2mmd)6.1~4.1(36mm螺栓外径0.25d=6mm1.6螺栓强度计算对受外力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺栓的强度。得23121222.0343dTdFca其中扭矩：MNdFTv28.782tan2式中：为螺纹中径处升角，v为当量摩擦角查手册表2-7GB/T699-1999,45钢的MPas355，由教材知S为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺杆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螺杆S4，此处取S=4，Ss88.75MPa由上得mmd231，故MPaca73.5588.75MPa所以满足强度要求。1.7稳定性计算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=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＝L+5P+(1.4~1.6)p,i螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=d12/4，则41dAIi(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)MNT28.78MPa75.88MPaca73.55螺旋千斤顶设计说明书当螺杆的柔度λs＜40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。1.7.1计算柔度（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i6441dI=810373.14m41dAIi=mm31075.5(2)求起重物后托杯底面导螺母中部的高度ldh6.1~4.11=mm36245.1H是螺母高度，L是最大升距l＝L+5P+(1.4~1.6)d=251mm（3）计算柔度螺杆的长度系数取2（一端固定，一端自由）螺杆材料的拉压弹性模量MPaE51006.2螺杆柔度ils87.3040s100，为中柔度压杆1.7.2稳定性计算（1）计算临界载荷crF其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得22lEIFcr=N510107.1（2）稳定性计算FFcr2.772.5~4所以稳定性满足要求2.螺母的设计与计算2.1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。2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数uI=810373.14mi=mm31075.5230.87sNFcr510107.1FFcr2.772.5~4选择青铜螺旋千斤顶设计说明书螺母高度2dH，螺纹工作圈数pHu，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。2.2.1求螺母高度H2dHmm5.645.2132.2.2螺纹工作圈数u9.12pHu4.145.1uuu应圆整，取152.2.3螺母实际高度HmmpuH755152.3校核螺纹牙强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。2.3.1螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：螺纹牙危险截面的剪切强度条件为DbuFmmH5.649.1215'mmH75'螺旋千斤顶设计说明书螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为buDbFl26（b-螺纹牙根的厚度，且b=0.65p;D-螺母的螺纹大径；l-弯曲力臂，22DDl)查教材，phpb5.0,65.0，查教材表5-13得取30~40MPa，b取40~60MPa,故buDF4=12.40MPaubDFl24657.44MPab2.4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（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。螺母的相关尺寸：D=d+1=37mm内螺纹小径mmD301dD5.1336mm344.1DDH75mmmmHa2533.托杯的设计托杯用来承托重物，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。4)(211212DDFp≤[p]式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。均满足要求mmD363mmH75'mma25螺旋千斤顶设计说明书托杯用材料Q235，查手册表2-6根据GB/T700-1988得apMP225杯apMP570杆所以取杯p=225MPammdhmmDDmmdDmmdDmmd6.45249.12~8.12.4032.434~22.43248.19.1~7.18.16247.08.0~6.06.57244.22.5~2.4D113121311104211212DDFp24.08MPa杯p托杯厚度mm12~8，取mm10；杯底厚度为mm13.31；沟纹宽度为mm15.51；沟纹深度为mm52；托杯高度为dd8.1.81~.51=43.2mm为保证托杯可以转动，螺杆顶端的垫片与托杯底部留有间隙，间隙值为mm4~3，因承受力不大，故取3mm。4.手柄设计与计算4.1手柄材料常用Q235和Q215。4.2手柄长度pL板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T2则KTTL21p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，所以MNT28.781T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2=(D12+D11)fF/4。查教材表5-12得摩擦系数f=0.06所以MNT572mmD6.5710mmD8.1611mmD2.4313mmD2.4012托杯厚10mm杯底厚15mm沟纹宽5mm沟纹深5mm托杯高43.2mmMNT28.781MNT572。2)tan(21dFTv螺旋千斤顶设计说明书KTTLp21mm2.6762005724.78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。所以手柄的实际长度为：mmKDLLpp8.7472134.3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，其强度条件为：3ppFd1.0KL≤F故dp≥3Fp][1.0KL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。31.0fppKLd23.2mm故mmdp29取4.4结构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。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。取mm10mmS18108.12~5.1)18~14(1LH190+16=206mmmmaH5520753D36mmmmLp8.747mmdp24mmS18mmH2061mmD565mmD456mmD867螺旋千斤顶设计说明书235DD36+20=56mmmmDD10~53636+9=45mm5167HDD45+41.2=86.2mm此处7D取86mm278D4FDp181.3mm此处8D取181mm参考文献：1.濮良贵，纪名刚，机械设计.第八版.北京：高等教育出版社，20092.吴宗泽，罗圣国，机械设计课程设计手册.第三版.北京：高等教育出版社mmD1818螺旋千斤顶设计说明书