千斤顶设计计算说明

目录

第一章设计题目及材料选择 (1)

1.1设计要求 (1)

1.2主要零件的常用材料 (1)

1.3千斤顶结构示意图 (1)

第二章螺杆的设计计算 (2)

2.1螺杆材料级牙型选择 (2)

2.2耐磨性计算 (2)

2.3验算螺纹的自锁条件 (3)

2.4螺杆强度校核 (3)

2.5稳定性校核 (4)

2.5螺杆其他结构设计 (5)

第三章螺母的设计计算 (5)

3.1确定螺母高度H及螺纹工作圈数u (5)

3.2校核螺纹牙强度 (6)

3.3螺母的其他设计要求 (6)

第四章托杯的设计与计算 (7)

第五章手柄设计与计算 (7)

5.1手柄材料 (7)

5.2手柄长度L p (7)

5.3手柄直径d p (8)

5.4结构 (8)

第六章底座设计 (9)

第一章设计题目及材料选择

1.1设计要求

设计简单千斤顶的螺杆和螺母级其他结构的主要尺寸。起重量为40000N，起重高度为200mm，材料自选.。传力螺旋传动要求以小的扭矩产生较大的轴向推力，一般为间歇性工作，每次的工作时间较短，工作速度也不高，通常有自锁能力，所以千斤顶设计采用此结构。

1.2主要零件的常用材料

螺杆：45# 钢，采用带有外螺纹的杆件

螺母：青铜，带有内螺纹的构件

底座：灰铸铁HT200 带1：10斜度

手柄：Ｑ235

1.3千斤顶结构示意图

图1：千斤顶示意图

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 （2

mm ），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：

[]22F F F

p p A d hu d hH

ππ=

==≤ 令2/H d φ=，则2H d φ=代入上式得：

2d ≥

对于梯形螺纹，0.5h P =，则：

2d ≥式中，[]p 为材料得需用压力，单位为MPa ，取[]p ＝20MPa

[]

1，2φ=。代入计算得：

225.30d ≥= 根据梯形螺纹国家标准（ＧＢ5796－86）

[]

2，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＝8；螺纹小径；229d =； 由此：螺母高度222958H d φ==⨯=

[1]濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第97页

查阅有关技术手册

[]

1知螺杆退刀槽直径1

7.8327.824.2d d '=-=-=； 退刀槽宽度7.5b = 螺纹工作圈数58

9.67106

H u P =

==<，满足设计要求。 2.3验算螺纹的自锁条件

千斤顶有自锁要求，自锁条件为：

v ψϕ≤ 其中2arctan

P d ψπ= arctan cos v f

ϕβ

= 式中：ψ为螺纹升角；f 为摩擦系数；β为牙侧角。 取0.08

f =[]

2，152

α

β=

=︒代入计算得：

26arctan

arctan 3.773.1429

P d ψπ===⨯ 0.08

arctan

arctan 4.73cos cos15v f ϕβ===︒

有v ψϕ≤，故满足自锁条件

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 σ，其强度条件为：

[]ca σσ=≤

其中螺杆所受的扭矩2

tan()2

v d T F

ψϕ=+，N mm g 式中：A — 螺杆螺纹段的危险截面面积； 214

A d π

'=

（因为11d d '<，故退刀槽处为危险面）；

1d '— 退刀槽直径，mm

T W —螺杆螺纹段的抗扭截面系数，3

11T W 164

d d A π''

==，3mm

[1]郭爱莲.新编机械工程技术手册.经济日报出版社.1992.第92页， [2]濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第97页

[]σ－螺杆材料的许用应力，MPa

强度校核：

2

34

tan()2

2910410tan(3.77 4.73)2

86.68v d T F

N m

ψϕ-=+⨯=⨯⨯+=g

102.39ca MPa

σ=== []353

117.673

3

s

MPa σσ=

=

= []ca σσ<，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cr F ，则螺杆的稳定性条件为 ：

cr

sc s F S S F

=

≥ 式中：sc S ——螺杆稳定性的计算安全系数；

s S －螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋（如起重螺杆等），s S =3.5～5.0 cr F ——螺杆的临界载荷；

计算螺杆柔度：

s l

i μλ=

，此处，μ为螺杆的长度系数，设计时取μ＝2[]1 l 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，14

d i '= ；

[1]濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第99页