机械设计千斤顶设计

机制081 胡凯雷 3080611009 5—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

d20.8F2000018.5mm p2.515000000

(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

ca232[]

但对中小尺寸的螺杆,可认为0.5,所以上式可简化为

ca2321.31.3Q[]s AS4mm;S为螺杆稳定性

2d1 式中,A为螺杆螺纹段的危险截面,A=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,S>4.本千斤顶取值S=5.故

d141.3SQ41.352000023.5mm

s3.14300(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d124.5mm;螺纹内径d218.5mm;螺纹中径d021.5mm;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>).因梯形螺纹牙型角=30,arctannP7arctan39 d23.1440.5f0.09arctan519 coscos15215,所以

varctanfvarctan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

lLBH1504025215mm 2螺杆危险截面的惯性半径

i d118.54.6mm 44

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: sli221593.48 4.6

因此本例螺杆40

3.1422.061033.1418.542EI64Qc613.29KN 22l2215ScQc613.2930.663.55.0 Q20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

Hd22.521.553.8mm

取为54mm.螺纹圈数计算: zH5410.8 P5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.(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

F200008.0MPa Dbu3.1424.50.65510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

H8H或8等配合。为了安r7n7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=17mm D3= (1.6~1.8)D

=1.7×25 D4= (1.3~1.4)D

3=1.3×43 H=54mm a=H/3=54/3=18mm

3、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。

pF ≤[p]

（式1-1） 22(D12D11)4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24 D11=(0.6~0.7）d=0.6524 D13=(1.7~1.9)d=1.824 D12=D13-(2~4) 故 pF ≤[p] 22(D12D11)4= 20000 223.140.0400.016

44、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+T

2则Lp

式中：K——加于手柄臂力，间歇工作时，约为作时间较长时为100～T1——螺旋副间的摩擦阻力矩，

T1Ftan(v)d2。2T1T2

（式K1-2）

上一个工人的150～250N，工150N。

=20×103tan(5.32°+3.15°) ×18.5103 2T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，

T2 = (D12+D11) f F/4。 (f查手册取0.06)

=(40+16) ×0.06×20/4

T1T2 K27.5516.8

=

230则 Lp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D13+（50～150）mm。

2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Lp`=Lp+

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

72+55 2

FKLp0.1d3p ≤[]F

（式1-3）

KLp故 dp≥3 ≥30.1[]F

2301.186=28.33mm 60.112010

dp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= H0+（14～28）mm =150+20=170mm H-a=54-18=36mm D=d+1(查手册) =24+1

D6=D3+（5～10）mm =43+6 D7=D6+D8=

170H1=49+

554F2D7 π[]p=420000832 3.142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。

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