机械设计螺旋千斤顶设计

机械设计螺旋千斤顶设计结构草图：载重：2t行程：230最大起重量F=20000N最大起升高度H=230mm工作原理图：1.螺杆的设计与计算1.1螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，千斤顶常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。因此选用的螺杆螺纹是牙形角α=30º的单线梯形螺纹1.2螺杆的材料的选择螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。在此选用的是45钢。1.3确定螺杆的直径按耐磨性条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距t及其它尺寸。计算过程：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]。p=QP𝜋𝜋2ℎ𝜋[𝜋]令φ=H/d2(H为螺母高度，且H=uP)，代入得𝜋2=√𝜋𝜋𝜋ℎ∅[𝜋]式中p──工作压强(MPa);Q──轴向工作载荷(N)；d2──螺纹中径(mm)；P──螺距h──螺纹工作高度(mm)，对矩形、梯形螺纹，h=0.5P；对锯齿形螺纹，h=0.75P；u──旋合螺纹圈数；[p]──螺旋副许用压强(MPa)。值选取：对整体式螺母，=1.2～2.5，对剖分式和兼做支承螺母，=2.5～3.5.此处取1.5。因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，所以两者的材料均选为钢-青铜需用应力取[p]=20MP。螺杆螺纹的中径：𝜋2≥0.8√𝜋∅[𝜋]=0.8∗√200001.5∗20=20.65根据求得的此螺纹中径，查表GB/T5796.2—2005和表GB/T5796.3—2005有：公称直径d=28,螺距P=5,中径d2=D2=25.50,螺杆小径d3=22.50,螺母小径D1=23.00，螺母大径D4=28.50，螺母高度H=Φd2=25.5*1.5=38.25,螺旋圈数μ=𝜋𝜋=365=7.65≈8≤10(圈)1.4自锁验算自锁条件：ψ≤ψv式中：ψv──螺纹副当量摩擦角，ψv=arctgfv=arctg(f/cosβ)ψ为螺纹升角摩擦系数f由查表可知，f=.11~0.17，由于千斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时区最大值0.17。牙侧角β=α/2=30/2=15°ψ=arctan𝜋𝜋𝜋𝜋2=arctan1×53.14×38.25=2.38°ψ≤ψv=arctanfcos15°=𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋0.17cos15°=9.98°ψ=2.38°≤ψv=9.98°符合自锁条件1.5螺杆强度校核σ𝜋𝜋=√𝜋2+3𝜋2=√(4𝜋𝜋𝜋12)2+3(16𝜋1𝜋𝜋13)2≤[𝜋]式中：[σ]─螺杆材料的许用应力(MPa)，有[σ]=σs/3～5。T1=𝜋𝜋𝜋𝜋(ψ+ψ𝜋)𝜋22查表可知σs=355[σ]=σ/3=118.3经计算的T1=41909.1σ𝜋𝜋=80.7≤[σ]=118.31.6螺杆的压杆稳定性计算𝜋𝜋𝜋=𝜋𝜋𝜋≥𝜋其中Qc由λs=μl/i(u=2)确定计算可得:Ssc=4.04≥3.51.7螺母螺纹牙强度校核剪切强度条件（危险截面为a~a）τ=QuπDb=Qπdbu≤[τ]𝜋𝜋=𝜋𝜋ℎ/2𝜋𝜋𝜋2/6=3𝜋ℎ𝜋𝜋𝜋2𝜋≤[σ𝜋]式中：b————螺纹牙根部的厚度，mm，梯形螺纹b=0.65P.；h_———弯曲力臂，mm,参看图l=(D−D2)/2；[σ𝜋]———螺母材料的许用弯曲应力[τ]————螺母材料的许用切应力计算可得τ=8.74≤[τ]=30𝜋𝜋=9.918≤[σ𝜋]=402.其他零部件的设计计算2.1螺母悬置段强度计算求螺母外径强度条件为：近似𝜋𝜋𝜋=(1.2~1.3)𝜋𝜋/4(𝜋32−𝜋2)由参考文献可知青铜𝜋𝜋=100Mpa，对于塑性材料[σ]=𝜋𝜋𝜋𝜋,一般𝜋𝜋=1.2~2.5.则[σ]=40𝜋𝜋𝜋带入计算得D3=39.34由经验公式D3=(1.6～1.8)D,取D3=45mm，D4=59mm2.2螺母凸缘的强度计算接触面挤压强度计算：𝜋𝜋𝜋=𝜋（𝜋4）(𝜋42−𝜋32)≤[𝜋𝜋][𝜋𝜋]-------螺母的许用挤压应力，Mpa，[𝜋𝜋]=（1.5～1.7）[𝜋𝜋]𝜋4-------螺母凸缘大经，mm，𝜋4=（1.3～1.4）𝜋3取D4=59mm,计算得𝜋𝜋𝜋=17.5MPa[𝜋𝜋]凸缘根部弯曲强度计算：𝜋𝜋𝜋=𝜋𝜋=𝜋(𝜋4−𝜋3)2𝜋𝜋3𝜋2≤[𝜋𝜋]a-------凸缘高度，mm，a=H/3带入计算得：𝜋𝜋𝜋=3.428[𝜋𝜋]所以螺母凸缘满足强度要求2.3手柄的设计计算材料：Q235钢手柄长度确定：取ƒc=0.1,p=200N计算得：T1=41909.1N·mmT2=33107.5N·mmLp=375.1mm手柄实际长度L=Lp+D13=423.1mm。取长度为425mm手柄直径确定：𝜋𝜋=𝜋𝜋=32𝜋Lπdp3≤[𝜋𝜋]将[𝜋𝜋]=158Mpa带入计算得：dp16.9mm取dp=20mm2.4托杯的设计材料：托杯用来承重可用Q235钢模锻制成D10=（2.4～2.5）d=58mmD11=(0.6～0.7)d=20mmD13=(1.7～1.9)d=48mmD12=D13-(2～4)=45mm取δ=8mmh=1.3δ=10.4mm为了避免过快磨损，托杯一方面需要润滑，另一方面还要验算接触面间的挤压强度.带入计算得：P=12.64MPa[p]=300MPa满足挤压强度要求2.5底座设计底座材料常用铸铁(HT100)，铸件的壁厚δ应取8～12mm，取δ=10mm。为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成1∶10的斜度H1=H+20=250mmD6=D3+5=50mmD7=D6+H15=100mm接地比压验算底座下垫物的许用挤压应力[𝜋𝜋]取2MPa，计算得D8=150.79取D8=200mm参考文献：[1]濮良贵陈国定吴立言机械设计高等教育出版社2013[2]柴国钟梁利华王效贵卢炎麟材料力学科学出版社2012[3]孙毅章巧芳舒欣图学原理与工程制图教程清华大学出版社2012[4]戴枝荣张远明工程材料2006