簡單千斤頂設計說明書

姓名：瘋狂考拉

學院：機械與能源工程學院

專業：機械工程及其自動化

指導教師：顧大強

2008.10.07

目錄第一章設計題目及材料選擇 2

1.1　設計要求 2

1.2　主要零件的常用材料 2

1.3　千斤頂結構示意圖 2

第二章螺桿的設計計算 3

2.1螺桿材料級牙型選擇 3

2.2耐磨性計算 3

2.3驗算螺紋的自鎖條件 4

2.4螺桿強度校核 4

2.5穩定性校核 5

2.5螺桿其他結構設計 6

第三章螺母的設計計算 6

3.1確定螺母高度h及螺紋工作圈數u 6

3.2校核螺紋牙強度 7

3.3螺母的其他設計要求 7

第四章託杯的設計與計算 8

第五章手柄設計與計算 8

5.1手柄材料 8

5.2手柄長度lp 8

5.3手柄直徑dp 9

5.4結構 9

第六章底座設計 10

設計簡單千斤頂的螺桿和螺母級其他結構的主要尺寸。起重量為40000n，起重高度為200mm，材料自選.。傳力螺旋傳動要求以小的扭矩產生較大的軸向推力，一般為間歇性工作，每次的工作時間較短，工作速度也不高，通常有自鎖能力，所以千斤頂設計採用此結構。

螺桿：45# 鋼，採用帶有外螺紋的桿件

螺母：青銅，帶有內螺紋的構件

底座：灰鑄鐵 ht200 帶1：10斜度

手柄：ｑ235

選用45＃鋼，螺桿螺紋型別選擇梯形螺紋。梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角α=300，梯形螺紋的內外螺紋以錐面貼緊不易鬆動；它的基本牙形按gb5796.1—86的規定。

滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態等因素有關。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副間越容易形成過度磨損。因此，滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p，使其小於材料的許用壓力[p]。

假設作用於螺桿的軸向力為ｆ（n），螺紋的承壓面積（指螺紋工作表面投影到垂直於軸向力的平面上的面積）為a（），螺紋中徑為小（），螺紋工作高度為h（），螺紋螺距為 p（），螺母高度為 d（），螺紋工件圈數為 u＝h/p 。則螺紋工作面上的耐磨性條件為：

令，則代入上式得：

對於梯形螺紋，，則：

式中，為材料得需用壓力，單位為，取＝20，。代入計算得：

根據梯形螺紋國家標準（ｇｂ5796－86），以及螺桿穩定性的初步估算，選取以下引數的梯形螺紋：公稱直徑d=28螺距ｐ＝8；螺紋小徑；；

由此：螺母高度

查閱有關技術手冊知螺桿退刀槽直徑；

退刀槽寬度

螺紋工作圈數，滿足設計要求。

千斤頂有自鎖要求，自鎖條件為：

其中式中：為螺紋公升角；為摩擦係數；為牙側角。

取，代入計算得：

有，故滿足自鎖條件

螺桿工作時承受軸向壓力ｆ和扭矩t的作用。螺桿危險截面上既有壓縮應力；又有切應力。根據第四強度理論求出危險截面的計算應力，其強度條件為：

其中螺桿所受的扭矩，

式中：a — 螺桿螺紋段的危險截面面積；（因為，故退刀槽處為危險面）；

— 退刀槽直徑，

—螺桿螺紋段的抗扭截面係數，，

－螺桿材料的許用應力，

強度校核：

，因此滿足強度要求。

對於長徑比大的受壓螺桿，當軸向壓力ｆ大於某一臨界值時，螺桿就會突然發生側向彎曲而喪失其穩定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力ｆ必須小於臨界載荷，則螺桿的穩定性條件為：

式中：——螺桿穩定性的計算安全係數；

－螺桿穩定性安全係數，對於傳力螺旋（如起重螺桿等），=3.5～5.0

——螺桿的臨界載荷；

計算螺桿柔度：，此處，μ為螺桿的長度係數，設計時取μ＝2 為螺桿的工作長度，當螺桿一端以螺母支承時，則以螺母中部到另一端支點的距離，作為工作長度；為螺桿危險截面的慣性半徑，；

所以，故應用尤拉公式計算臨界載荷：

式中：e——螺桿材料的拉壓彈性模量，；

i——螺桿危險截面的慣性矩，

代入資料計算得：

所以：，滿足穩定性要求。

螺桿上端用於支承託杯10並在其中插裝手柄7，因此需要加大直徑。手柄孔徑的大小根據手柄直徑dp決定，dk≥dp十0.5mm。

為了便於切製螺紋，螺紋上端設有退刀槽。為了便於螺桿旋入螺母，螺桿下端應有倒角或製成稍小於d1的圓柱體。為了防止工作時螺桿從螺母中脫出，在螺桿下端必須安置鋼製擋圈，擋圈用螺釘固定在螺桿端部。

圖2中各引數的具體設計數值為：；h=48;

螺母材料一般可選用青銅，耐磨性較好。

螺母高度h=φd2（h應圓整為整數）螺紋工作圈數，考慮到螺紋圈數u越多，載荷分布越不均，故u不宜大於10，否則應改選螺母材料或加大d。

螺母的材料強度低於螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強度。

如圖3所示，如果將一圈螺紋沿螺母的螺紋大徑d處展開，則可看作寬度為πd的懸臂梁。假設螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為，並作用在以螺紋中徑為直徑的圓周上，則螺紋牙危險截面a－a的剪下強度條件為

螺紋牙危險截面a－a的彎曲強度條件為

式中：b——螺紋牙根部的厚度， mm，對於梯形螺紋，b＝0.65p, p為螺紋螺距；

——彎曲力臂；mm參看圖3 ,

； ——螺母材料的許用切應力，mpa，

——螺母材料的許用彎曲應力，mpa，

其餘符號意義同前。代入資料計算得：

滿足設計要求:

螺母的其它尺寸根據圖中經驗設計尺寸確定，具體尺寸資料如下：

ｈ＝58；；；；

螺母壓入底座上的孔內，圓柱接觸面間的配合常採用配合。為了安裝簡便，需在螺母下端（圖4）和底座孔上端（圖6）做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉動，底座與螺母用緊釘螺釘固定，根據舉重量選取緊定螺釘直徑常為ｍ10。

託杯用來承托重物，選用用q235鋼模鍛製成，為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現相對滑動，在託杯上表面制有切口的溝紋。為了防止託杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應裝有擋板。其經驗設計結構尺寸見圖5，具體設計計算尺寸如下：

；;;;

當螺桿轉動時，託杯和重物都不作相對轉動。因此在起重時，託杯底部與螺桿和接觸面間有相對滑動，為了避免過快磨損，一方面需要潤滑，另一方面還需要驗算接觸面間的壓力強度。

≤[p]

式中：[p]——許用壓強，應取託杯與螺桿材料[p]的小者。

校核：鑄鐵的許用壓強[p]＝55ｍｐa；

故p<[p],滿足壓力強度要求。

選用q235為材料

板動手柄的力矩 f·lp=t1+t2 則

式中：——加於手柄上乙個工人的臂力，間歇工作時，約為150～250n，工作時間較長時為100～150n。

t1——螺旋副間的摩擦阻力矩

t2——託杯與軸端支承面的摩擦力矩

由前面計算知t1；

取＝200ｎ，

則：手柄計算長度lp是螺桿中心到人手施力點的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實際長度還應加上+（50～150）mm。手柄的實際尺寸，手柄實際長度不應超過千斤頂，使用時在手柄上另加套管。

把手柄看成乙個懸臂梁按彎曲強度確定其直徑dp，按彎曲強度條件，手柄彎曲應力

故dp≥

式中：——手柄材料許用彎曲應力，當手柄材料為q215和q235時， =120mpa

取；故手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應加上擋環，並用螺釘或鉚合固定。

底座材料常用鑄鐵（ht150及ht200）（圖6），鑄件的壁厚δ不應小於8～12mm，取為10ｍｍ，為了增加底座的穩定性，底部尺寸應大些，因此將其外形製成1∶10的斜度。

圖中 =+（14～28）mm

d6=d3+（5～10）mm

d7=d6+

d8式中：[σ]p——底座下枕墊物的許用擠壓應力。

具體數值為：；；；，取

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