螺纹千斤顶设计计算说明书

螺纹千斤顶设计计算说明书
螺纹千斤顶设计计算说明书
1. 设计任务书
1.1 设计题目：设计螺旋千斤顶
1.2 原始数据
最大起重量： F = 50 kN
最大升程： H = 200 mm
1.3 设计工作量
1.3.1 绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表。

1.3.2 编写设计计算说明书一份(包括封面、目录、设计任务书、计算内容和设计步骤、参考资料等)。

1. 计算内容和设计步骤
2.1螺杆的设计与计算
2.1.1 螺杆螺纹类型的选择
选择梯形螺纹，牙型角α=30˚,梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。

2.1.2选取螺杆材料
选择45钢。

2.1.3确定螺杆直径
按耐磨性条件确定中径2d
对于梯形螺纹，其设计公式为： ][/8.02p F d φ≥
对于整体式螺母，为使受力分布均匀,螺纹工作圈数不宜过多，宜取=Φ 1.2～2.5;
此处取 5.1=Φ,许用压力Mpa P 20=
从滑动螺旋传动的许用压强表中查得：
人力驱动时，[]P 可提高20%
故[]()Mpa P 242012000=+⨯=
带入设计公式，得
mm d 8.292≥
按国家标准选择公称直径和螺距为：
mm P mm
d d mm
d d mm
d D 62773133412==-==-===
2.1.4自锁验算
自锁验算条件是v ρψ≤
()
()
o o v f 73.415cos /08.0arctan cos /arctan ===βρ
()
()︒
===64.330/6tan c /arctan 2ππψar d np
v ρψ≤
且螺纹中径处升角满足比当量摩擦角小1°，符合自锁条件。

2.1.5结构设计
根据图1-2进行螺母的结构设计
（1）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d k 的大小根据手柄直径d p 决定，d k ≥d p 十0.5mm 。

（2）为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。

退刀槽的直径d 4应比螺杆小径d 1约小0.2~0.5mm 。

退刀槽的宽度可取为 1.5P ，取
mm d 345.0d 14=-=。

（3）为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d 1的圆柱体。

（4）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。

2.1.6螺杆强度计算
螺杆受力较大，应根据第四强度理论校核螺杆的强度
强度计算公式为： ()()[]στσσ≤+=+=222
2
/3/3W T A F ca
其中T 为扭矩
()2/tan 2d F T v ⨯+=ψρ
查表可得MPa s 360=σ
[]MPa s 1203/==∴σσ
已知F = 50 kN ，又
()3
3
12
2127.386416/156.5724/103.1142/tan mm d W mm d A m
N d F T v ====⋅=⨯+=ππψρ
代入校核公式，得
[]σσσ≤
=ca ca MPa
2.101
满足强度要求。

2.1.7稳定性计算
细长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。

4~5.2/≥F F cr
螺杆的临界载荷cr F 与柔度s λ有关
其中i l s /μλ=
取2=μ
mm mm d A I i mm
mm d t H l 75.64/274/1/256)345.115200(5.151=====⨯+⨯+=++=
其中I 为螺杆危险截面的轴惯性矩。

将以上数据代入柔度计算公式，得
4085.7575.62562≥=÷⨯=s λ
需进行稳定性校核。

实际应力的计算公式为
()2
2/l EI F cr μπ= 其中44
1
mm 05.2608764==d I π
Pa E M 1006.25⨯=
将上述数据代入公式得
kN F cr 15.202326=
4~5.2/≥F F cr
螺杆满足稳定性要求
2.2螺母设计计算
2.2.1选取螺母材料
选择青铜
2.2.2确定螺母高度'H 及工作圈数'u
mm d H 5.46315.1'2=⨯==φ
mm t H u 75.765.46/'=÷==
考虑退刀槽的影响，取实际工作圈数为
mm 25.95.175.75.1'=+=+=u u
'μ应当圆整，又考虑到螺纹圈数u 越多，载荷分布越不均，故u 不宜大于10，故取
10'=μ
mm t u H 60610''=⨯=⋅=
2.2.3校核螺纹牙强度
螺母的其它尺寸见图1―3，螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。

由于螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。

（1）剪切强度校核
已知mm d D 34== mm d D 3122==
剪切强度条件为：
μ
πτDb F =≤[τ] 查表得：MPa 40~30][=τ，mm mm P b 9.3665.065.0=⨯==
则剪切强度为
MPa 01.1210
9.33450000=⨯⨯⨯=πτ ][ττ<
符合剪切强度条件；
（2）弯曲条件校核
弯曲强度条件为：
][Fl 62b Db σμ
πσ≤= 查表得MPa b 60~40][=σ，mm 5.12/)3134(2/D D l 2=-=-=
）（ 则弯曲强度为
Mpa 71.2710
9.3345.15000062=⨯⨯⨯⨯⨯=πσ ][b σσ≤
符合弯曲强度条件。

2.2.4配合
（1）采用7
8r H 配合。

（2）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。

（3）为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，查表选择紧定螺钉198571/-T GB 126⨯M 。

2.3托环的设计与计算
2.3.1托杯材料的选择
选择托环材料为235Q 钢。

2.3.2结构设计
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，应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。

2.3.3接触面强度校核
查表得Q235钢的许用压强为[]MPa P 225=
为避免工作时过度磨损，接触面间的压强应满足 []P D D F
P ≤-=4
)
(211212π
根据图1-4，取相关尺寸为：
mm
mm D D mm D mm mm
mm 584mm 62348.1d 8.1mm
85345.2d 5.2D 21346.0d 6.0D 1312131011=-==⨯===⨯===⨯==
[]P MPa P ≤=-=∴8.214
)2158(50
22π
接触面压强满足要求，选材合理。

2.4手柄的设计计算
2.4.1手柄材料的选择
选择手柄材料为Q235钢
2.4.2计算手柄长度L p
扳动手柄的力矩：21T T L K p +=⋅，则
K
T T L p 21+= 取N K 200=
又 m N d F T v ⋅=⋅+=03.1142
)tan(21ρψ m N fF D D T ⋅=⨯⨯+=+=96.814/50083.0)2158(4
/)(11122
mm 980980.0200
96.8103.11421==+=+=∴m m K T T L P 手柄实际长度为：
mm L p 11111002
62980=++= 由于手柄长度不超过千斤顶，因此取mm L p 350=，使用时在手柄上另加套筒。

2.4.3手柄直径p d 的确定
把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径p D ，强度条
件为
][1.03
F p p
F d KL σσ≤=
得设计公式为
3][1.0F p
p KL d σ≥
已知MPa F 120][=σ
mm mm d p 46.26120
1.011112003=⨯⨯≥∴ 取mm d p 30=
2.4.4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，并用螺钉固定，选择开槽沉头螺钉67/T GB 168⨯M
2.5底座设计
2.5.1选择底座材料
选择底座材料为200HT ，其[]MPa p 2=σ
2.5.2结构设计
由图1-7可得底座的相应尺寸： [
]mm mm D F D mm mm H D D mm
mm mm D D mm mm mm H H p 11111025044110)5
22066(566)858()8(220)20200()20(2278167361=+⨯=+==+=+
==+=+==+=+=πσπ 取mm 10=δ，则有
mm mm H 42)1860(2~5.1'=-=-δ）（。