机械设计千斤顶设计说明书

千斤顶设计说明书姓名:学号：学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：A09机械2班指导老师：章海时间：2011年10月31日1目录第一章设计题目及材料选择.....................................................................................21.1设计要求.......................................................................................................21.2主要零件的常用材料...................................................................................21.3千斤顶结构示意图.......................................................................................4第二章螺杆的设计计算.............................................................................................52.1螺杆材料级牙型选择......................................................................................62.2耐磨性计算......................................................................................................62.3验算螺纹的自锁条件......................................................................................62.4螺杆强度校核..................................................................................................62.5稳定性校核......................................................................................................72.6螺杆其他结构设计..........................................................................................8第三章螺母的设计计算.............................................................................................93.1确定螺母高度H及螺纹工作圈数u..............................................................93.2校核螺纹牙强度..............................................................................................93.3螺母的其他设计要求....................................................................................10第四章托杯的设计与计算.......................................................................................10第五章手柄设计与计算.........................................................................................115.1手柄材料........................................................................................................115.2手柄长度Lp...................................................................................................115.3手柄直径dp....................................................................................................115.4结构................................................................................................................12第六章底座设计.......................................................................................................132第一章设计题目及材料选择1.1设计要求设计简单千斤顶（参见教材书图5—41）的螺杆和螺母级其他结构的主要尺寸。起重量为45000N，起重高度为250mm，材料自选.。1.2主要零件的常用材料千斤顶：梯形螺纹螺旋传动。螺杆：45#钢，采用带有外螺纹的杆件螺母：青铜ZcuSn10P1，带有内螺纹的构件底座：灰铸铁HT200带1：10斜度手柄：Ｑ235，[σb]=125MPa31.3千斤顶结构示意图图1-1如图1-1所示，手动螺旋千斤顶主要零件有：1）螺母、2）螺杆、3）底座、4）手柄、5）托杯、等零件及其附件组成。其中螺杆、螺母等主要尺寸要通过理论计算4确定，其他尺寸可以由经验数据、结构需要和工艺要求来确定，必要时还需要经过相关验算。千斤顶最大起重量是其最主要的性能指标之一。千斤顶在工作过程中，传动螺纹副承受主要的工作载荷，螺纹副工作寿命决定千斤顶使用寿命，故传动螺纹副的设计最为关键，其设计与最大起重量、螺纹副材料、螺纹牙型以及螺纹头数等都有关系。5第二章螺杆的设计计算2.1螺杆材料级牙型选择选用45＃钢，螺杆螺纹类型选择梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=300，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GB5796.1—86的规定。2.2耐磨性计算滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。因此，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]。假设作用于螺杆的轴向力为Ｆ（N），螺纹的承压面积（指螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积）为A（2mm），螺纹中径为小（mm），螺纹工作高度为H（mm），螺纹螺距为P（mm），螺母高度为D（mm），螺纹工件圈数为u＝H/P。则螺纹工作面上的耐磨性条件为：22FFFppAdhudhH令2/Hd，则2Hd代入上式得：d2≥phFp对于梯形螺纹，0.5hP，则：d2≥0.8pFp式中，p为材料得需用压力，单位为MPa，取p＝20MPa，2。代入计算得：6d2≥0.88.2661020245000根据梯形螺纹国家标准（ＧＢ5796－86），以及螺杆稳定性的初步估算，选取以下参数的梯形螺纹：公称直径d=28螺距Ｐ＝6；螺纹小径；229d；由此：螺母高度查阅有关技术手册知螺杆退刀槽直径127d；退刀槽宽度b=7.5螺纹工作圈数589.67106HuP，满足设计要求。2.3验算螺纹的自锁条件在考虑众多因素后，实际应满足的自锁条件为：1由)(/nptand2n=1，p=7.5mm，d2=275.35.3022h2d1=32.375mm得tan=0.07373当量摩擦角=arctan，在有润滑油情况下=0.1，得1=4.574验证结束，左边小于右边，达到自锁条件。2.4螺杆强度校核螺杆工作时承受轴向压力Ｆ和扭矩T的作用。螺杆危险截面上既有压缩应力；又有切应力。根据第四强度理论求出危险截面的计算应力ca，其强度条件为：2213caTTFAW其中螺杆所受的扭矩2tan()2vdTF，7式中：A—螺杆螺纹段的危险截面面积；214Ad（因为11dd，故退刀槽处为危险面）；1d—退刀槽直径，mmTW—螺杆螺纹段的抗扭截面系数，311TW164ddA，3mm－螺杆材料的许用应力，MPa强度校核：222282626143497.52164.51033.142710271092.5caTTFAWMPa353117.6733sMPaca，因此满足强度要求。2.5稳定性校核对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力Ｆ大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力Ｆ必须小于临界载荷crF，则螺杆的稳定性条件为：crscsFSSF式中：scS——螺杆稳定性的计算安全系数；sS－螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋（如起重螺杆等），sS=3.5～5.0crF——螺杆的临界载荷；8计算螺杆柔度：sli，此处，μ为螺杆的长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，设计时取μ＝2l为螺杆的工作长度，当螺杆一端以螺母支承时，则以螺母中部到另一端支点的距离，作为工作长度l；i为螺杆危险截面的惯性半径，14di；所以3s2(25029)1082.74027/4li，故应用欧拉公式计算临界载荷crF：22()crEIFl＝式中：E——螺杆材料的拉压弹性模量，5E=2.0610MPa；I——螺杆危险截面的惯性矩，4164dI代入数据计算得：23544223.142.06102717.0010()644279crEIFl＝所以：17.003.84.5crscFSF，满足稳定性要求。2.6螺杆其他结构设计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kd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，螺纹上端设有退刀槽。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，挡圈用螺钉固定在螺杆端部。图2中各参数的具体设计数值为：1358D；h=48;图2：螺杆结构示意图9图3：螺母螺纹圈的受力分析图4：螺母结构第三章螺母的设计计算螺母材料一般可选用青铜，耐磨性较好。3.1确定螺母高度H及螺纹工作圈数u螺母高度H=φd2（H应圆整为整数）螺纹工作圈数tHu，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。3.2校核螺纹牙强度螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。如图3所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开，则可看作宽度为πD的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为/Fu，并作用在以螺纹中径2D为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面a－a的剪切强度条件为FDbu螺纹牙危险截面a－a的弯曲强度条件为26