螺旋千斤顶设计计算说明书

螺旋千斤顶设计计算说明书

一、 设计条件：

1、最大起重量 Fmax=30 kN

2、最大起升距离 hmax=180 mm

二、 螺纹的设计与计算

1. 选择螺纹类型

梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺性好，牙根强度高，对中性好，所以选择梯形螺纹，其牙形为等腰梯形，牙型角α=30° 2. 选取螺杆和螺母材料

螺杆材料选择常用的45号钢，查询可知σs =355 MPa ，σb = 600 MPa ；螺母选择青铜（ZCuAl10Fe3），查询可知σs =180 MPa ，σb = 490 MPa ；查询可知滑动螺旋副钢-青铜的许用压力[p]=15 MPa 。 3. 确定螺杆直径

由耐磨性条件，螺杆中径

d 2≥0.8√F

φ[p]

由于螺母为整体结构，且磨损后不能调整，选取φ =2.0，又F=Fmax=30 kN 代入数据可得d 2≥0.8√30000

2.0×15=25.3 mm

按GB/T 5796.2-2005选取公称直径d=28mm 的螺纹，螺距P=5mm ，线数n=1，螺旋副的摩擦系数f=0.09，螺旋角β=15°，查询可知其中径d 2=25.5mm ，满足要求。

4. 自锁性校核

螺旋升角γ=arctan nP πd 2

=3.57°；当量摩擦角ρv =arctan f

cosβ=5.32°

故ρv >γ，满足自锁性条件。 5. 螺杆强度校核

螺杆所受扭矩T =F

d 22

tan (γ+ρv )=59.8 N ∙m

螺杆危险截面上既受拉压应力又受扭转切应力，应用第四强度理论，有：

σca=√σ+3τ=√(4F

πd12)

2

+3(

T

0.2d13

)<[σ]

查询可知，螺纹小径d1=22.5 mm,代入数据可得σca=75.5 MPa;

查询可知，取安全系数S=4，许用应力[σ]=σs

4=355

4

=89 MPa;

故σca<[σ],满足强度要求。

6.稳定性计算

螺杆柔度λ=4μl

d1

,其中长度系数μ=2，根据经验公式有效长度取

l=hmax+1.5d+H

2

=247 mm，

则λ=4×2×247

22.5

=87.8>80

查表可知螺杆临界载荷F cr=π2EI a

(μl)2 ,其中惯性半径I a=πd12

64

,查询可知45号

钢E=210GPa，代入数据可得F cr=243.4 kN

由稳定性校核公式：S C=F cr

F

≥[S]

取[S]=2.5-4,则S C=243.4

30

=8.11>[S],满足稳定性要求。

7.确定螺母的高度和旋合圈数

由φ=H

d2=2.0,可得H=φ∙d2=51 mm，则旋合圈数Z=H

P

=51

5

=10.2圈，

满足要求。

8.确定螺杆与螺母结构

螺杆上端用于支承托杯并在其中插装手柄，需要加大直径；手柄孔径dk的大小根据手柄直径dp决定；为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽，退刀槽的直径应比螺杆小径d1约小0.2~0.5mm；为了便于旋入螺母，螺杆下端应设置倒角；为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆上下端必须安置45号钢轴端挡圈，挡圈用紧定螺钉(GB/T65—2016 M10×20)固定在螺杆端部。

螺母压入底座上的孔内，采用过渡配合，如H8

r7

；为了便于安装，在螺母下端和底座孔上端做倒角；为了防止螺母转动，使用开槽沉头螺钉(GB/T 68—2016 M5×20),使螺母与底座固定。

三、托杯的设计与计算

上端的托杯用来支承重物，选用牌号为HT150的灰口铸铁，抗拉强度极限σb =145MPa ,托杯整体形状为倒置中空的圆台。

查询相关资料后，选取小端外径D 11=1.8d =1.8×28≈50mm ，内径D 12=0.7d ≈20mm,大端直径D 12=2.5d =2.5×28≈70mm ，整体高度h=50mm ，厚度δ=10m 。

应用压力强度校核公式： p =

F

π(D 112−D 122)4

<[p]

代入数据可得p =

F

π(D 112−D 122)

4

=18.2 MPa

由经验公式可得[p ]≈0.4σb =0.4×145=58 MPa 故p <[p ]，托杯设计满足强度要求。

四、 手柄设计与计算

1. 选择材料类型

手柄材料选用Q235钢 2. 确定手柄长度

手柄扳动应有：F 手∙L P =T 1

其中F 手为人手操作力，L P 为手柄长度，T 1为螺旋副间的摩擦阻力矩，托杯与螺杆间使用推力圆柱滚子轴承GB/T 4663-2017 ，型号为81206，可忽略扭矩。

有 T 1=F tan(φ+ρv )⋅

d 22

=59.8 N ∙m ,

代入可得L P =29.9 cm ，实际还应考虑螺杆头部尺寸及工人手握距离等，可可取L P =35 cm 。 3. 确定手柄直径

把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径d p ，其强度条件为 ：

σp =

F 手L p

0.1d p

3

≤[σ]p

查表可知[σ]p =120 Mpa ，代入可得dp ≥√F 手Lp

0.1[σ]

p

3

=√200×350

0.1×1203

=18mm

故可取dp =18 mm