第四章千斤顶的设计已知轴向载荷F=15000N,最小高度271 ,最大高度为391mm即最大举升高度4.1螺杆的设计计算4.1.1. 选择材料前面已做分析，此次设计选用梯形螺纹，基本牙型按 GB/T5796.1-2005的规定。考虑 到千斤顶转速较低，单个作用面受力不大，螺杆材料常用 Q235 275, 40，45，55等，此 处螺杆选常用的45钢。由手册查c =360Mpa为了提高耐磨性，螺母选较软的材料锡青铜为ZCuSn10P-1,由上表知钢对青铜低速时，对人力驱动p可提高20%,即p= (18 25) 120% 21.6 30MPa，p=25MPa，螺母为整体螺母由于磨损后不能调整间隙，可视受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故1-2 2-5，此处取24.1.2. 确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径 d2,求出d2后，按标准选取相应的公称直径 d2,螺距p 及其他尺寸。根据规定对整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，可视受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取 1.2 2.5，此处取2。螺杆一一螺母材料分别取为钢一一青铜，查表3.2滑动速度为低速，对人力驱动p可提高20%，即p= (18 25) 120% 216 30MPa，p=25MPa,(摩擦系数起动时取大值，校核是为安全起见，应以起动时为准。由f值0.08-0.1, 应取f=0.1,代入F=40KN梯形螺纹，h=05p,已知取 2，则计算d2d20.8-0.81500013.856mm(式 4.1)、.2 25根据GB/T5796.3-,2005查得取标准公称直径d=20mmp取标准值p=4mm小径 D3=15.5mm中径 d2=D2=18mm大径 D4=20.5mm牙顶和牙底宽=0.336p=1.344mm4.1.3. 螺纹副自锁性验算:自锁条件是arcta n fvarctancos式中： 为螺纹中径处升角;fv为当量摩擦系数。（fv sn而，式中 为螺纹工作面的牙形斜角）；cosv为当量摩擦角（为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小10.）查教材表得f0.10 （取起动时计算用最大值）arcta nd2丄 np丄14, coarcta narcta n4.048d23.14 18v arcta n cosarctan0.1 05.910cos15故， 4.048v 104.910所以自锁性可保证。4.1.4. 螺杆强度校核受力较大的螺杆需进行强度计算。螺杆工作时承受轴向力F及转矩T的作用。螺杆危 险截面上既有压缩应力，又有切应力。因此，校核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出 螺杆危险截面的计算应力 ca，强度校核公式为：Ca:AWt（式 4.13）式中：f螺杆所受的轴向压力，N；A螺杆危险截面的面积；A d；,mm2 ；4WT-螺杆螺纹段的抗扭截面系数,WT器 Ad1,mm3 ；4d1为螺杆螺纹的小径（mm）;-为螺杆材料的许用应力（Mpa）;T为螺杆所受转矩（N.mm）； 其中扭矩d18T Ftanv 2 15 103N tan 4.408 5.912 2式中： 为螺纹中径处螺纹升角；v为当量摩擦角。查手册 GBT699-1999.45 钢的 s 355Mpa ,教材表5-13，如下表安全系数3-5,取3。故有：I22生3 TCa. d123 0.2d：所以得到强度校核满足设计要求4.1.5.螺杆稳定性校核(1)计算柔度丫 =一lis 355128.33Mpa334 15 1033.14 15.523 224.577 1030.2 15.5394.972Mpa128.33Mpa表滑动螺旋副材料的许用应力项目许用应力/Mpa钢制螺杆s/3 5 ,s为材料的屈服极限/Mpa螺母材料许用弯曲应力 b许用切应力T青铜40-6030-40耐磨铸铁50-6040铸铁45-5540钢(1.0-1.2)0.6注：静载荷许用应力取大值。螺杆一端固定，一端自由，长度系数卩=2;螺杆最大受力长度L由起重高度11、螺母高H铰支头高及螺杆轴向预留余量12决定，其中l21.5d因此，螺杆的工作长度|i H 120 36 156mm，螺杆危险截面惯性半径di i= 1844.5mm 。L 2 156丫十右69.33 40（式 4.24 ）所以需要校核。(2) 计算临界载荷：查手册表1-6，E取200GP因此:Fc=41=2=空2EIl2643 418 10643.142 200 109FC 104.343 103F 15 103840.515093 10 M0.515093 102 148.75 106.9562 S=4（式 4.25 ）104.343KN （式 4.26 ）螺纹工作圈数z:z节36 9（式 4.3）稳定性满足设计要求。4.2螺母的设计计算选取螺母材料螺母选较软的材料锡青铜由上表3.1选取材料为ZCuSn10P-1确定螺母高度H 及螺纹工作圈数U（式 4.2 ）螺母高 H :H d22 18 36mm考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数 u u 1.5=10.5 ( u应圆整)考虑到螺纹圈数越多载荷分布越不均匀，故u不宜取大，此次设计u取11所以螺母的实际高度H U P 11 4 44mm校核螺纹牙强度由上表查得青铜螺母螺纹牙许用弯曲应力许用剪切应力30 40Mpa ；梯形螺纹螺纹牙根宽度b 0.65p 0.65 4 梯形螺纹螺纹牙工作高度h 0.5p0.5 4 弯曲强度校核：3Fh3 15000 2D4zb23.14 20.5 11 2.62 剪切强度校核：F15000z D4b211 3.14 20.5 2.6240 60MPa,；2.6 mm2mm。则:18.803Mpa,合格 （式 4.5）3.134MPa，合格（式 4.6）式中：D4 螺母螺纹大径，mm.Z螺母螺纹工作圈数。螺母外部尺寸计算(1)计算确定D3螺母悬置部分受拉伸和扭转联合作用，为计算简单，将F增大30%按拉伸强度计算得：1 3F(T =2 1.66 FD421.661541.520.5231.94mm（式 4.11 ）取 D3=32 mm(2) 确定D5和a按经验公式D5= (1.31.4 ) D3及a=H可求：3D5= (1.3 1.4 ) x 32=41.6-44.8mm 取 D=44 mmH 36a= = 12mm3 3(3) 校核凸缘支承表面的挤压强度，强度条件为：4 150002 23.14443220.95Mpa p（式 4.12 ）（式 4.13 ）（式 4.14 ）满足设计要求。(4) 校核凸缘根部弯曲强度:MpWF D D3 /41 32D3a2/61.5 15000 44 323.14 32 12218.66MPa （式 4.15 ）满足设计要求(5) 校核凸缘根部剪切强度，强度条件为:T =- J 200 23016011.12mm,取 dK=12mm（式 4.21 ）4.4托杯的设计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，取材料为Q235其结 构尺寸见图。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F2 2(D12D11)4式中：P许用压强，应取托杯与螺杆材p的小者Q235:p杯=225MPa；45 钢:p杆=570MPa 取pDio=(2.42.5)d =2.45 20=49mmDii=(0.60.8) d=0.7 20=14mmD13=(1.71.9)d=1.8 20=36mmD12=D13 - (24)=36-4=32mmh1=( 1.51.8) d=1.8*20=36mm故PGTG 二Du jDl3F(D： D：)432 1032249.23MPa p3.14(0.0320.014 )4满足设计要求托杯厚度 =812mm,此处取 =10mm；杯底厚度为1.3 =13mm；沟纹宽度1.5 =10mm；沟纹深度为 /2=5mm；托杯高度为1.8*d=1.8*20=36mm ；为保证托杯可以转动，螺杆顶端的垫片与托杯底部留有间隙，间隙值为34mm，因承受力不大，故取值为