千斤顶设计手册

千斤顶设计计算

机械23班李雨佳2012010470 设计要求：

设计螺旋千斤顶，并绘制装配图和螺母零件图

最大起重量F max=30KN

最大起升距离h max=160mm

根据最大起升重量选择材料和螺纹尺寸，要求满

足耐磨性、强度条件、稳定性条件、自锁条件。

包括螺旋传动的材料选择，工作能力计算和自锁

性计算，其它结构的工作能力计算；（螺母许用

挤压应力[σp] ≈1.5 [σ b] ）

地面承压能力计算，确定下支承面尺寸；(木材许用挤压应力[σ p] =3MPa)

人手的操作能力计算，确定手柄的直径和长度；（人手最大操作力≈200N）

思考题：

1. 怎样设计可以省力

2. 怎样设计可以节省操作空间

一、螺旋传动设计

1. 材料和类型选择

载荷较重，螺杆选择40Cr，螺母选择ZCuAl10Fe3

梯形螺纹承受较大载荷，单线上升慢，更稳定，因此选择梯形螺纹

2. 耐磨性计算

耐磨性设计公式为

d≥

2

其中：

由于螺母为一整体，φ=1.2—2.5，取φ=2.0

[p]=18—25 MPa，由于φ<2.5，提高20%为21.6—30 MPa，取[p]=23 MPa F=30 KN

梯形螺纹h=0.5 P

算得d2≥20.38 mm

查手册中GB/T 5796.3—2005，选择第一系列的d=32 mm的螺纹，其他参数如下：

d2=29 mm>20.38 mm，d1=25 mm，P=6 mm，D1=26 mm，D4=33 mm 3. 强度校核

(1) 螺杆的强度校核

ca

σ==

其中：

取f v=1

F=30 KN，d1=25mm，ρv=arctan（f v）=5.71°，γ=arctan(P

πd2

)=3.76°

T=F×d2

2

×tan（γ+ρv）=72.55 N∙m

计算得σca=73.16 MPa

查课本得

40Cr调质处理，500

s

MPa

σ=

对于钢[]166.7

3~5

s MPa

σ

σ==（载荷稳定时，许用应力取最大值，故分母取3）

所以[]

ca

σσ

<，螺杆强度满足

(2) 螺母的强度校验

根部剪切强度条件：[]

F

Z bd

ττ

π

=≤，

其中：

F=30 KN，Z=H

P

≈10，b=0.65 P=3.9 mm，d=32 mm

计算得τ=7.65 MPa

齿根的弯曲强度条件：

2

3

[]

b b

Fh

Z db

σσ

π

=≤

其中，h=0.5P=3 mm 计算得 σb =17.65 MPa

查课本得青铜螺母[]30~40MPa τ=；[]40~60b MPa σ= 所以[]ττ<，剪切强度满足要求；[]b b σσ≤，弯曲强度满足 4. 受压杆稳定性计算 稳定性计算公式：[]cr

c F S S F

=

≥， 螺杆为一端固定，一端自由，所以长度系数 2.0μ= l max =H+h max =208 mm 柔度λ=

4μl d1

=66.56

因此Fcr=

340

1+0。00013λ^2

∙

πd1^24

=105.9 KN

Sc=3.53，满足稳定性条件 5．自锁性检验

ρv =arctan （f v ）=5.71°，γ=arctan (

P

πd2

)=3.76°

v

γρ<，满足自锁条件

6．螺旋传动效率

η=tanγ

tan （γ+ρv ）

=39.4%

二、 螺母外部尺寸的确定

1．螺母下部外径的确定

螺母下部既受拉又受扭，所以按第四强度理论计算，（将F 增加0.3倍，简化计算）：()2

24

1.3[]50'4

b F

MPa D D σσπ

=

≤=-

算得 D ’≥48.27 mm ，取D ’=50 mm 2. 螺母上部外径的确定

上部外径与下部外径主要取决于其受压强度，()2

2

[]'''4

p p F

D D σσπ

=

<-，

[] 1.5[]75p b MPa σσ==

计算得 D ”>56 mm ，取D ”=60 mm

三、 地面接触内外圆尺寸计算

千斤顶的重量大约为10kg ，F ’≈F=30 KN ，()

2

2

[]d 4

p p F

D σσπ

=

<-，由已知

给出：[]3p MPa σ=，取内径d 0=100 mm ，计算得：外径D 0=151 mm

四、 手柄尺寸设计

1. 手柄长度 螺旋传动的扭矩： T=F ×

d22

×tan （γ+ρv ）=72.55 N ∙m

支撑面的扭矩：在螺杆与支撑碗之间加一个推力轴承，所以该扭矩很小