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1、1简单千斤顶设计说明书姓名：学号： 学院：班级：2011.11.252目录目录第一章 概述及设计要求.3第二章 螺杆的设计及计算.42.1 螺杆的材料及牙型的选择.42.2 耐磨性的计算.42.3 验算螺纹自锁条件.52.4 螺杆强度校核.62.5 稳定性校核.72.6 螺杆其他结构设计.8第三章 螺母的材料及设计计算93.1 确定螺母高度 H 及螺纹工作圈数 u.93.2 校核螺纹牙强度93.3 螺母的其它设计要求.10第四章 托杯的设计及计算.11第五章 手柄的设计与计算.125.1 手柄材料125.2 手柄长度125.3 手柄直径.125.4 结构13第六章 底座设计143第一章第一章
2、概述及设计要求概述及设计要求概述概述千斤顶是一种起重高度小(小于 1m)的最简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种，由于起重量小，操作费力，一般只用于机械维修工作，在修桥过程中不适用。其缺点是起重高度有限，起升速度慢。在此，设计的是螺旋式千斤顶，它采用螺杆或由螺杆推动的升降套筒作为刚性顶举件的千斤顶。设计要求设计要求1、选择梯形齿，单线，材料自选；2、螺杆长度:螺杆最底端不要顶地面；3、螺杆画出退刀槽尺寸,螺母内孔应有倒角；4、铸件壁厚8mm；5、人的推力 150250N，选择手柄长度。6、起重量为 20KN，起重高度为 150mm4第二章第二章 螺杆的设计
3、及计算螺杆的设计及计算2.1 螺杆材料及牙型的选择螺杆材料及牙型的选择选用 45 号钢，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 =300，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 GB5796.286、GB5796.386 的规定。2.2 耐磨性的计算耐磨性的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（N） ，螺纹的承压面积（指螺纹工作表面
4、投影到垂直于轴向力的平面上的面积） 为 A（） ，螺纹中径为 d2（） ，螺纹工作高度为 h（） ，螺纹螺距2mmmmmm为 P（） ，螺母高度为 H（） ，螺纹工件圈数为 uH/P 。则mmmm螺纹工作面上的耐磨性条件为： 22FFFppAd hud hH令，则代入上式得：2/H d2Hd 2FPdhp 对于梯形螺纹，则：0.5hP 20.8Fdp5式中，为材料得需用压1力，单位为，取25， pMPa pMPa1。代入计算得：226200000.816.002 25 10d 根据梯形螺纹国家标准（5796.286），以及螺杆稳定性的初 2步估算，选取以下参数的梯形螺纹：公称直径 d=22 螺
5、距5；螺纹中径：d2=19.5;螺纹小径 d1=16.5由此：螺母高度 H= d22=38对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜超过 10 圈，故。1.2 2.5螺纹工作圈数满足设计要求。 106 . 7538PH2.3 验算螺纹自锁条件验算螺纹自锁条件千斤顶有自锁要求，自锁条件为：其中 v2arctanP darctancosvf式中：为螺纹升角；为摩擦系数；为牙侧角。f取，代入计算得：0.10f 315273. 35 .1914. 34arctanarctan2dP 0.10arctanarctan5.91coscos15vf有，故满足自锁条件。v1 1濮
6、良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第 97 页，表 5-122谭建荣.图学基础教程.高等教育出版社.2006.第 360 页，附 B 表 23濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第 97 页，表 5-1262.4 螺杆强度校核螺杆强度校核螺杆工作时承受轴向压力和扭矩 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，其强度条件为：ca 22 3ca TFT AW式中：F 螺杆所受的轴向压力（或拉力） ，NA 螺杆螺纹段的危险截面面积，mm2；214Add1 螺杆的螺纹小径，mm;螺杆螺纹段的抗扭截面系数，TW3 11 TW164ddA3
7、mm螺杆材料的许用应力， MPa强度校核：222 172.2135 .16414. 34mmdA313 158.88145 .16213416mmdAdWTmNdFTv12.33)91. 573. 3tan(2105 .19102)tan(23 42MPaWT AFTca58.93)58.88112.33(3)72.213102()(3)(22422而MPas3 .1183355 3所以：，因此满足强度要求。 ca72.5 稳定性校核稳定性校核对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力大于某一临界值时，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，螺杆承受的轴向力必须小于临界载荷（单位为
8、 N） ，则螺杆的crF稳定性条件为 ：cr scsFSSF式中：螺杆稳定性的计算安全系数； scS螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋（如起重螺杆等） ，sS=3.55.0sS螺杆的临界载荷，N；crF计算螺杆柔度：，此处， 为螺杆的长度系数，设计时取sl i2 , 为螺杆的工作长度，当螺杆一端以螺母支承时，则以螺母1l中部到另一端支点的距离，作为工作长度2； 为螺杆危险截面的惯li性半径， ；1 4di 所以，4056.7045 .19)22150(2ils故应用欧拉公式计算临界载荷：crF22()crEIFl 式中：E螺杆材料的拉压弹性模量，； 5E=2.06 10 MPa2 1濮良贵.机械
9、设计.高等教育出版社.2006.第 99 页，表 5-148I螺杆危险截面的惯性矩，4 1 64dI代入数据计算得：4 24522 103 .12)22150(4645 .191006. 214. 3)(lEIFcr所以：，满足稳定性要求。15. 623 .12FFScr sc2.6 螺杆其他结构设计螺杆其他结构设计螺杆上端用于支承托杯并在其中插装手柄，因此需要加大直径。 手柄孔径的大小根据手柄直径 dp 决定，dkdp 十 0.5mm。为了便kd 于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于 d1的圆柱体。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， 挡圈用螺钉固定在螺杆端
10、部。 图中各参数的具体设计数值为：；h=33;4013D图 2：螺杆结构示意图9图 3：螺母螺纹圈的受力分 析第三章第三章 螺母的材料及设计计算螺母的材料及设计计算螺母材料一般可选用青铜，耐磨性较好。3.1 确定螺母高度确定螺母高度 H 及螺纹工作圈数及螺纹工作圈数 u螺母高度 H=d2（H 应圆整为整数）螺纹工作圈数，考HuP虑到螺纹圈数 u 越多，载荷分布越不均，故 u 不宜大于 10，否则应改选螺母材料或加大 d。由第二章中已求得 H=38，u=7.6。并由螺杆梯形螺纹查得螺母的螺纹大径 D=22.50mm，螺纹中径D2=d2=19.5mm 。13.2 校核螺纹牙强度校核螺纹牙强度螺母的
11、材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。如图 3 所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺3纹大径 D 处展开，则可看作宽度为 D 的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为，并/F u 作用在以螺纹中径为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面 aa 的剪2D 切强度条件为 F Dbu螺纹牙危险截面 aa 的弯曲强度条件为 26bFl Db u式中：b螺纹牙根部的厚度， mm，对于梯形螺纹，b0.65P, P 为螺纹螺距； 弯曲力臂；mm 参看图 3 , l3 1谭建荣.图学基础教程.高等教育出版社.2006.第 360 页，附 B 表 210图 4：螺母结 构； 2=(D-D )/2l螺母材料的许用切应
12、力，MPa， 螺母材料的许用弯曲应力，MPa， b取=30 MPa、=40 MPa b1其余符号意义同前。代入数据计算得：3 .146 . 7465. 05 .2214. 31024 DbuF59.496 . 7)465. 0(5 .2214. 32/ )5 .195 .22(10266242buDbFI满足设计要求。螺母的其它尺寸根据图中经验设计尺寸确定，具体尺寸数据如下：；67.123Ha25.385 .227 . 1)5 . 0()8 . 16 . 1 (3dD；431.31.449DD3.3 螺母的其他设计要求螺母的其他设计要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用配合。78
13、rH为了安装简便，需在螺母下端（图 4）和底座孔上端（图 6）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，底座与螺母用紧钉螺钉固定，根据举重量选取紧定螺钉直径常为10。11图 5：托杯的结构第四章第四章 托杯的设计与计算托杯的设计与计算托杯用来承托重物，选用用 Q235 钢模锻制成，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，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。 其经验设计结构尺寸见图 5，具体设计计算尺寸如下：；;55225 . 210D1239336D4 .15227 . 011D10当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此在起重时， 托杯
14、底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方 面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。p22 1211()/4FpDD4式中：p许用压强，应取托杯 与螺杆材料p的小者。 校核：06.244/ )4 .1536(14. 31024/ )(2242 112 12DDFp铸铁的许用压强p4555a ；1故 pp,满足压力强度要求。4 1濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第 98 页12第五章第五章 手柄设计与计算手柄设计与计算5.1 手柄材料手柄材料选用 Q235 为材料5.2 手柄长度手柄长度 Lp 板动手柄的力矩 FLp=T1+T2 则12 pTTLF 式中：加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为F150250N。 T1螺旋副间的摩擦阻力矩 T2
