螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

1、螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書精04張為昭2010010591目錄一、基本結(jié)構(gòu)和使用方法3二、設(shè)計(jì)要求3三、基本材料選擇和尺寸計(jì)算 3（一）螺紋材料和尺寸3（二）手柄材料和尺寸8（三）底座尺寸 9四、主要部件基本尺寸及材料9五、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)9一、基本結(jié)構(gòu)及使用方法要求設(shè)計(jì)的螺旋千斤頂主要包括螺紋舉升結(jié)構(gòu)、手柄、外殼體、和托舉部件幾個部分，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：該螺旋千斤頂?shù)氖褂梅椒ㄊ牵簩⑶Ы镯斊椒€(wěn)放在木質(zhì)支承面上，調(diào)整千 斤頂托舉部件到被托舉重物合適的托舉作用點(diǎn)，然后插入并雙手或單手轉(zhuǎn)動 手柄，即可將重物舉起。設(shè)計(jì)要求（1）最大起重量：Fmax = 25kN ；（2）最大升距：hmax=200mm；（

2、3）可以自鎖；（4） 千斤頂工作時，下支承面為木材，其許用擠壓應(yīng)力：二p二3MPa ；（5） 操作時，人手最大可以提供的操作約為：200N。 基本部件材料選擇及尺寸計(jì)算（一）螺紋材料和尺寸考慮到螺旋千斤頂螺紋的傳力特性選擇的螺紋類型為梯形螺紋。（1）材料選擇千斤頂螺桿的工作場合是：經(jīng)常運(yùn)動，受力不太大，轉(zhuǎn)速較低，故材 料選用不熱處理的45號鋼。千斤頂螺母的工作場合是：低速、手動、 不重要，故材料選用耐磨鑄鐵 HT200。(2) 螺桿尺寸設(shè)計(jì)螺旋副受力如下圖所示：期紋劭更力1耐磨性設(shè)計(jì)由上圖螺旋副的受力分析可知，螺紋傳動在旋合接觸表面的 工作壓力為：FPFp xdzhH Zdzh其中，軸向載荷：

3、F=25kN。螺紋高：h，由選擇螺紋的公稱直 徑確定。為了方便滿足自鎖性要求，采用單頭螺旋，一般旋合圈數(shù)：Z0。為方便計(jì)算，設(shè)螺紋參數(shù)中間變量：高徑比d2耐磨性的要求是：P 乞p其中P為滿足耐磨性條件時螺紋副的許用壓力。對于鋼 -鑄鐵螺 紋螺母材料，由于千斤頂?shù)墓ぷ魉俣容^低，可認(rèn)為滑動速度不大 于3m/s。千斤頂中螺母為整體結(jié)構(gòu)，螺母磨損后不能調(diào)整，但螺 母兼作支承作用，故設(shè)計(jì)時可先認(rèn)為f =2.5，則可取此時的許用壓力p為17MPa由螺旋副接觸表面壓力公式及耐磨性公式得到耐磨性設(shè)計(jì)公 式：d2 -對梯形螺紋，詈0.5，代入上式求得:d2 3 19.352mm查國標(biāo)選梯形螺紋為公稱直徑 d為T

4、r36,導(dǎo)程P為10mm中徑d2=31mm滿足要求。代入高徑比計(jì)算公式：ZPd2= 2.5求得實(shí)際旋和圈數(shù)Z=7.75。故暫定螺紋尺寸是公稱直徑d為Tr36,導(dǎo)程P為10mm旋合 圈數(shù) Z=7.75。2、強(qiáng)度設(shè)計(jì)已知最大載荷為25kN,則在載荷最大時，螺桿受到扭矩：d2Tmax= Fmaxta 門© + 4)其中螺紋中徑：d2=31mm;np螺紋升角：g = arctan? 5.863° ；pd2當(dāng)量摩擦角：rn = arctanfn ；當(dāng)量摩擦系數(shù)：fn。cosa 2由于螺桿-螺母為鋼-鑄鐵材料，考慮到千斤頂既有穩(wěn)定自 鎖，又有上升運(yùn)動過程，故取摩擦系數(shù) f=0.14。又

5、由于采用梯形 螺紋，故牙型角a =30°。聯(lián)立以上各式解得螺桿受到的最大扭矩：Tmax ? 97.408N m已知小徑：d! = 25mm，則由第四強(qiáng)度理論，危險截面應(yīng)力:Sca l(4FmF)2 + 3CmaXa)2 ? 74.220MPa.pdi0.2di已知45號鋼屈服強(qiáng)度為355MPa載荷穩(wěn)定故取許用當(dāng)量應(yīng)力：S sS = - = 88.75MPa4則有：Sca<S，即已選定螺紋可以達(dá)到強(qiáng)度條件。3、自鎖性設(shè)計(jì)千斤頂由于其用途，要求具有自鎖功能。由于自鎖是針對停止?fàn)顟B(tài)所說，故摩擦系數(shù)f可取較大值0.14，由強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的計(jì)算結(jié)果，此時當(dāng)量摩擦角：rn ? 8.247

6、76;大于螺旋升角：nPg = arctan ? 5.863° °所以自鎖性條件可以滿足。 pd24、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)穩(wěn)定性條件：&=$3目F max由于千斤頂為傳力螺旋，故取安全系數(shù)S =3.5。由千斤頂結(jié)構(gòu)，螺桿端部結(jié)構(gòu)為一端固定，一自由式支承，長度 系數(shù)m為2.0。要求最大升距gax為200mm由裝配圖測量得到此 時從支承螺母中心到千斤頂頂部的等效長度L為325mm螺桿的柔度：4Ld1= 104已知使用45號鋼且不做熱處理，則臨界載荷：F廠占-（此）2 64Sc : 3.58 3.5十乩化切=89.585kN故穩(wěn)定性條件可以滿足。綜上所述，螺桿選擇Tr36,導(dǎo)程P=

7、10mm即可滿足設(shè)計(jì)條件。(3) 螺母尺寸設(shè)計(jì)由螺桿中的設(shè)計(jì)，將旋和圈數(shù) Z定為7.75。一般來說螺母只需 校核螺紋牙即可，而且由于螺母材料為鑄鐵，強(qiáng)度小于螺桿材料，故 只需要校核螺母螺紋牙的剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和抗擠壓強(qiáng)度即可，螺 桿上的螺紋牙強(qiáng)度則不用校核。螺母螺紋牙受力如下圖所示：攥母螺紋牙受力1、剪切強(qiáng)度校核剪切強(qiáng)度條件其中旋合圈數(shù)：Z為7.75 ;螺紋公稱直徑：d = 36mm;螺紋牙根部厚度：b=0.65 P=6.5 mm耐磨鑄鐵許用剪切應(yīng)力取為：t = 40MPa代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)得上述剪切強(qiáng)度不等式成立，即剪切強(qiáng)度滿足要求2、彎曲強(qiáng)度校核彎曲強(qiáng)度條件：3FmaxZpdb2£s

8、 b其中牙高：h=5.5mm耐磨鑄鐵許用彎曲應(yīng)力取為：s b = 50MPa代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)得上述彎曲強(qiáng)度不等式成立，即彎曲強(qiáng)度滿足要求3、抗擠壓強(qiáng)度校核由螺母螺紋牙受力圖可得平均擠壓應(yīng)力：Fmax / COSfZpdm/cosjZpd?6.023已知螺母許用擠壓應(yīng)力：sp?1.5sb=75MPa，顯然滿足Sp vSp的抗擠壓強(qiáng)度準(zhǔn)則。4、螺母外部尺寸設(shè)計(jì)由基本結(jié)構(gòu)圖可以看到，螺母的外部形狀可以看作是兩個半 徑不同的同心圓柱連接在一起，這樣設(shè)計(jì)的目的是保證螺母的定 位。為了保證千斤頂?shù)恼９ぷ鳎枰O(shè)計(jì)這兩個圓柱的尺寸以 使其在工作中不會失效。由前述計(jì)算已知的螺母尺寸為：H=ZP=77.5mm圓整

9、后高度H=78mm內(nèi)螺紋大徑D4=37mm。設(shè)螺母外部形狀：小圓柱外徑為D1 =60mm，大圓柱外徑為D2及小圓柱的高度為H1未知待求為防止大圓柱和千斤頂殼體的接觸面被壓壞，需要滿足:Fmaxp-p（D；- D；）/4£Sp對耐磨鑄鐵HT200，許用的抗壓應(yīng)力s p = 15魚=100MPa,最后3設(shè)計(jì)大圓柱外徑為：D2 =80mm為了防止大圓柱突出部分被剪斷，需要滿足:和pDi(H- Hi)Fmax對耐磨鑄鐵許用剪切應(yīng)力為40MPa最后設(shè)計(jì)小圓柱高度為:H1 = 60mm綜上所述，螺旋千斤頂?shù)穆菁y選為公稱直徑 d為Tr36,導(dǎo)程P=10mm此 時螺母高度H=78mm螺母外部小圓柱外

10、徑60mnp高60mm大圓柱外徑80mm 小圓柱表面和外殼體之間有基軸制配合關(guān)系，故選其公差帶為h7。查標(biāo)準(zhǔn)得：所選螺紋配合為中等旋合長度。由于千斤頂為中等精度機(jī)械設(shè)備，故查 標(biāo)準(zhǔn)得內(nèi)螺紋公差帶為6H,外螺紋公差帶為6g。螺母外部小圓柱裝配時對 精度要求不高，圓柱度公差取為9。螺母外部小圓柱和內(nèi)部螺孔需要有一定 同軸度以保證千斤頂工作正常，但形位度要求不高，取同軸度公差為9。螺母外部小圓柱軸線和大圓柱和外殼體的接觸面還有垂直度的要求，也取公差為9。整個螺母接觸面都較重要，表面粗糙度 Ra值選為3.2，未接觸面Ra 可選為12.5以降低加工成本。（二）手柄材料及尺寸（1）材料選擇綜合考慮成本和強(qiáng)

11、度，手柄的材料選用普通未經(jīng)熱處理的 45號鋼。（2）長度設(shè)計(jì)由螺桿的強(qiáng)度設(shè)計(jì)可知，手柄需要提供最大97.408Nm的扭矩，則手柄的有效作用長度應(yīng)為：200N488mm在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于手柄還要滿足插入螺桿上部接頭的要求，同時考慮到千斤頂本身運(yùn)動部件具有摩擦力，因此實(shí)際設(shè)計(jì)長度還要在此長度上加上一部分，最終應(yīng)設(shè)計(jì)長度為 520mm（3）直徑設(shè)計(jì)手柄在操作時會受到剪力和彎矩的作用，最大操作力為200N,最大扭矩為97.408 Nm則力的分布圖如下所示：剪力圖200/V彎矩圖可見，危險截面在手柄和螺桿接頭處。手柄的材料選為未經(jīng)熱處理的 45號鋼，設(shè)計(jì)手柄直徑為D,則 危險截面最大剪應(yīng)力：t =危險截

12、面最大彎曲正應(yīng)力:4 200N3pD2/497.408N >mS =30.1D3由第四強(qiáng)度理論，要使手柄正常工作，需要滿足條件:Sca = .S2 + 3t2 £s當(dāng)安全系數(shù)為2時，許用應(yīng)力S = = 600MPa = 300MPa ,代入第 s 2四強(qiáng)度理論計(jì)算式，并聯(lián)立剪應(yīng)力、切應(yīng)力計(jì)算公式，求得手柄直徑：D=15mm綜上所述，手柄長520mm直徑15mm(三)底座尺寸千斤頂使用時的下支承面為木材，許用擠壓應(yīng)力為3MPa則由抗擊壓強(qiáng)度準(zhǔn)則：Sp=Fm £Sp = 3MPaS其中S為下支承面尺寸，解上述不等式，得 S3 8334mm2，為滿足易于組裝及各方向受力均勻

13、的要求，選擇下支承面為環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑尺寸為100mm可以 滿足準(zhǔn)則要求，綜合考慮到千斤頂本身具有的重量、 體積和使用時的穩(wěn)定性，將 外徑尺寸設(shè)計(jì)為180mm綜上所述，下支承面設(shè)計(jì)為環(huán)形，內(nèi)徑 100mm外徑180mm四、主要部件基本尺寸及材料(1) 螺桿螺紋：Tr36'10-6g，45號鋼；(2) 螺母螺紋：Tr36'10-6H，HT200耐磨鑄鐵；(3) 手柄：長度500mm直徑15mm 45號鋼；(4) 底座：外徑180mm內(nèi)徑100mm HT200灰鑄鐵。五、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)(1)手柄加上橡膠手柄球而非普通塑料手柄球，既節(jié)約成本，又易于拆卸，減少千斤頂存放的體積；2) 為了攜帶方便，給