机械设计千斤顶设计

机制081 胡凯雷 3080611009

5—11 设计简单千斤顶的螺纹和螺母的主要尺寸。起重量为20000N ，起重高度为150mm ，材料自选。

解：1.、螺杆的设计与计算

（1）选用材料。

螺杆材料选用45号钢， s σ=300MPa 。查表确定需用[p]=15MPa 。 （2）确定螺纹牙型。

梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，本设计采用梯形螺纹。

（3）按耐磨性计算初选螺纹的中径。

因选用梯形螺纹且螺母兼作支承,故取ϕ=2.5,根据教材式(5--43)得

218.5d ≥==mm (4)按螺杆抗压强度初选螺纹的径。

根据第四强度理论

,其强度条件为 []ca σσ=≤

但对中小尺寸的螺杆,可认为0.5τσ≈

,所以上式可简化为 1.31.3[]s ca Q

A S

σσσσ===

≤= 式中,A 为螺杆螺纹段的危险截面,A=

2

14

d mm π;S 为螺杆稳定性

安全系数,对于传力螺纹,S=3.5—5.0；对于传导螺旋,S=2.5—4.0;对于精密螺杆或水平,S>4.本千斤顶取值

S=5.故

123.5d ≥

==mm

(5) 综合考虑,确定螺杆直径.

比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果,可知本例螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准,按国家标准GB/T5796—1986选定螺杆尺寸参数:公称自径 d=24mm,螺纹外径124.5d mm =;螺纹径

218.5d mm =;螺纹中径021.5d mm =;螺纹线数n=1,螺距P=5mm.

(6) 校核螺旋的自锁能力。

对传力螺纹传动来说,一般应确保自锁性要求,以避免事故.本螺旋的材料为钢,螺母的材料为青铜,钢对青铜的摩擦系数f=0.09(查<<机械设计手册>>).因梯形螺纹牙型角α=30,152

α

β=

=,所以

27

arctan

arctan 393.1440.5

nP d ψπ⋅===⨯ 0.09

arctan arctan

arctan 519cos cos15

v v f f ρβ•==== 因v ψρ≤,可以满足自锁要求.

注意:若自锁型不足,可增大螺杆直径或减小螺距进行调整.

(7) 螺纹牙的强度计算.

由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度,因此只需要校核螺母螺纹的牙根强度.

(8)螺杆的稳定性计算.

当轴向压力大于某一临界值时,螺杆会发生测向弯曲,丧失稳定性.

取B=40mm, 则螺杆的工作长度 150********

H

l L B mm =++

=++=

螺杆危险截面的惯性半径 118.5 4.644

d i mm =

== 螺杆的长度系数:按一端自由,一端固定考虑,取 2μ= 螺杆的柔度: 2215

93.484.6

s l

i μλ⨯=

=

= 因此本例螺杆40

()()

234

2223.14 2.0610 3.1418.564613.292215c EI Q K l πμ⨯⨯⨯⨯===⨯

所以满足稳定性要求.

2、螺母的设计与计算

(1)选取螺母材料

螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其孔浇注青铜或巴氏合金,次选青铜。此螺母要兼作支撑，因选 2.5ϕ=,所以

2 2.521.553.8H d mm ϕ==⨯=

取为54mm.螺纹圈数计算: 54

10.85

H z P =

== 螺纹圈数最好不要超过10圈,因此宜作调整.

一般手段是在不影响自锁性要求的前提下,可适当增大螺距P,而本螺杆直径的选定以抗压强度计算结果为准,耐磨性已相当富裕,所

613.29

30.66 3.5 5.020

c c Q S Q =

==>-

以可适当减低螺母高度.

现取螺母高度H=50mm,则螺纹圈数z=10,满足要求.

(2) 螺纹牙的强度计算.

根据教材表5—13,对于青铜螺母[]τ=30—40MPa ，这里取

[]τ=30MPa ，由教材式(5--50)得螺纹牙危险截面得剪切应力为

[]20000

8.03.1424.50.65510

F MPa Dbu ττπ=

==≤⨯⨯⨯⨯ 满足要求.

螺母螺纹根部一般不会弯曲折断,通过可以不进行弯曲强度校核.

（3）安装要求

螺母压入底座上的孔，圆柱接触面问的配合常采用

78r H 或7

8n H

等配合。为了安装简便，需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm 。

螺母的相关尺寸计算 查手册D=d+1=25mm 螺纹小径D 1=d-7=17mm D 3= (1.6~1.8)D =1.7×25 D 4= (1.3~1.4)D 3 =1.3×43 H=54mm

a=H/3=54/3=18mm

3、托杯的设计与计算

托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用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。

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。

4

)

D D (2

11212-=

πF

p ≤[p ] （式1-1） 式中：[p ]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p ]的小者。 D 10=(2.4~2.5)d =2.45⨯24

D 11=(0.6~0.7）d=0.65⨯24 D 13=(1.7~1.9)d=1.8⨯24 D 12=D13-(2~4) 故 4

)

D D (2

11212-=

πF

p ≤[p ] =

()

22

20000

3.140.0400.0164

- 4、手柄设计与计算

.1、手柄材料