第一篇：螺旋千斤頂設計說明書

螺旋千斤頂設計說明書

姓名：班級: 學號: 2012年11月3日

設計要求：

一、設計題目：設計一螺旋千斤頂，已知起重重量50kN，起重高度250mm。

畫3# 裝配圖一張，設計說明書一份。

二、結構原理、結構簡圖、組成、受力分析。

三、螺桿的設計計算

四、螺母的設計計算

五、底座的設計

六、手柄的設計計算

七、托杯的設計

圖1 結構原理圖

1.螺桿的設計與計算

1.1螺桿螺紋類型的選擇

選擇梯形螺紋，牙型角α=30?,梯形螺紋的內外螺紋以錐面貼緊不易松動；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的規定。選取螺桿材料為45鋼。確定螺桿直徑：

按耐磨性條件確定中徑d2對于梯形螺紋，其設計公式為：

d2?0.8F/?[p]

對于整體式螺母，為使受力分布均勻,螺紋工作圈數不宜過多，宜取??1.2～2.5;此處取

??1.5,許用壓力P?2Mpa從滑動螺旋傳動的許用壓強表中查得：人力驅動時，?P?可提高20%。故得

?P??20??1?2000??24Mpa

帶入設計公式，得

d2?24.5mm

按國家標準選擇公稱直徑和螺距為：

D?d?32mmd2?d?3?29mmP?6mm1.2自鎖驗算

自鎖驗算條件是???v d2?d?7?25mm

?v?arctan?f/cos???arctan0.08/cos15o ?4.73o???np/?d2???arctan?arvtan?6/29??

?3.77o???v

且螺紋中徑處升角滿足比當量摩擦角小1°，符合自鎖條件。

1.3結構設計

根據圖2進行螺母的結構設計

（1）螺桿上端用于支承托杯10并在其中插裝手柄7，因此需要加大直徑。手柄孔徑dk的大小根據手柄直徑dp決定，dk≥dp十0.5mm。

（2）為了便于切制螺紋，螺紋上端應設有退刀槽。退刀槽的直徑d4應比螺桿小徑d1約小0.2~0.5mm。退刀槽的寬度可取為1.5P，取d4?d1?0.5?28.5mm。（3）為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。

圖2 螺桿頂端

1.4螺桿強度計算

螺桿受力較大，應根據第四強度理論校核螺桿的強度

強度計算公式為：

?ca??2?3?2??F/A?2?3?T/W?????2

其中T為扭矩

T?Ftan??v????d2/2

查書上表5—8可得?s?360MPa

??????s/3?120MPa

已知F?50kN，又 T?Ftan??v????d2/2?108.35N?m2A?1/4?d2?490.625mm2

W??d13?3066.4mm3代入校核公式，得

?ca?118MPa

?ca????滿足強度要求。

1.5穩定性計算

細長螺桿工作時受到較大的軸向壓力可能失穩，為此應按穩定性條件驗算螺桿的穩定性。

Fcr/F?2.5~4

螺桿的臨界載荷Fcr與柔度?s有關 其中?s??l/i 取??2

l?H?5t?1.5d?(250?5*6?1.5?32)mm?328mmi?I/A?1/2d1?25/4mm?6.25mm其中I為螺桿危險截面的軸慣性矩。將以上數據代入柔度計算公式，得

?s?2?328?6.25?104.96?40

需進行穩定性校核。實際應力的計算公式為：

2Fcr??2EI/??l?

其中I?iA?i?12?d24?31400

E?210GPa 將上述數據代入公式得

Fcr?210309.4kN Fcr/F?2.5~4

螺桿滿足穩定性要求

2.螺母設計計算

2.1選取螺母材料為青銅

確定螺母高度H'及工作圈數u'

H'??d2?1.5?29?43.5mm

u'?H'/t?43.5?6?7.25mm

考慮退刀槽的影響，取實際工作圈數為

u'?u?1.5?7.25?1.5?8.75

?'應當圓整，又考慮到螺紋圈數u越多，載荷分布越不均，故u不宜大于10，故取

?'?9

H'?u'?t?9?6?54mm

圖3 螺母

2.2校核螺紋牙強度

螺母的其它尺寸見圖3，螺紋牙多發生剪切與彎曲破壞。由于螺母的材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度。

（1）剪切強度校核

已知D?d?32mm

D2?d2?29mm 剪切強度條件為：

??F≤[?] ?Db?b?0.65P?0.65?6mm?3.9mm [?]?30~40MPa，查書上表5—13得：梯形螺紋：則剪切強度為 ??50000?14.17MPa

??32?3.9?9??[?]

符合剪切強度條件。

（2）彎曲條件校核

彎曲強度條件為：

??3Fh?[?b]

?Db2?查書上表5—13得：[?b]?40~60MPa，h?0.5P?0.5?6mm?3mm 則彎曲強度為

??3?45?3=29.44Mpa ??32?3.92?9??[?b]

符合彎曲強度條件。

2.3配合：

（1）采用H8配合。r7（2）為了安裝簡便，需在螺母下端（圖1―3）和底座孔上端（圖1―7）做出倒角。（3）為了更可靠地防止螺母轉動，還應裝置緊定螺釘，查書上表5—2選擇緊定螺釘。

3.托環的設計與計算

3.1托杯材料的選擇

選擇托環材料為Q235鋼。

3.2結構設計

結構尺寸見圖4。

為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現相對滑動，應在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應裝有擋板。

3.3接觸面強度校核

查表得Q235鋼的許用壓強為?P??225MPa 為避免工作時過度磨損，接觸面間的壓強應滿足

P?F??P? 22?(D12?D11)4根據圖1-4，取相關尺寸為：

D11?0.6d?0.6?32mm?19.2mm

D10?2.5d?80mmD13?1.8d?58mmD12?D13?4mm?54mm

?P?50000?25.3MPa??P?

?(542?19.22)4接觸面壓強滿足要求，選材合理。

圖4 托杯頂端

4.手柄的設計計算

4.1手柄材料的選擇

選擇手柄材料為Q235鋼

4.2計算手柄長度Lp 扳動手柄的力矩：K?Lp?T1?T2，則

Lp?T1?T2 K取K?200N

???v)?又 T1?Ftan(d2?97.51N?m 2T2?(D12?D11)fF/4?(19.2?66)?0.083?45/4?88.39N?m?LP?

T1?T297.51?88.39?m?929.5mm K200手柄實際長度為：

Lp?929.5?58?100?1058.5mm 2由于手柄長度不超過千斤頂，因此取Lp?350mm，使用時在手柄上另加套筒。

4.3手柄直徑dp的確定

把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強度確定手柄直徑Dp，強度條件為

?F?KLp0.1d3p?[?F]

得設計公式為

dp?3KLp0.1[?F]

已知[?F]?120MPa

?dp?3200?1058mm?26.03mm

0.1?120取dp?30mm

4.4結構

手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應加上擋環，并用螺釘固定，選擇開槽沉頭螺釘GB/T67 M8?16

5.底座設計

5.1選擇底座材料

選擇底座材料為HT200，其???p?2MPa

5.2結構設計

圖5 底座

H1?(H?20)mm?(250?20)mm?270mmD6?(D3?8)mm?(54?8)mm?62mmH1250?(62?)mm?112mm 554F4?50000D8??D72??1122mm?210mm????p2?D7?D6?取??10mm，則有

H'?a?(54?18)mm?36mm

參考文獻

【1】 吳宗澤，羅圣國；機械設計課程設計手冊；北京：高等教育出版社；2006.05 【2】 濮良貴；機械設計；北京：高等教育出版社；2012.02

第二篇：螺旋千斤頂設計計算說明書

螺旋千斤頂設計計算說明書

精04 張為昭 2010010591

目錄

一、基本結構和使用方法-----------3

二、設計要求---------------------3

三、基本材料選擇和尺寸計算-------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、創新性設計-------------------9

一、基本結構及使用方法

要求設計的螺旋千斤頂主要包括螺紋舉升結構、手柄、外殼體、和托舉部件幾個部分，其基本結構如下圖所示：

AA

該螺旋千斤頂的使用方法是：將千斤頂平穩放在木質支承面上，調整千 斤頂托舉部件到被托舉重物合適的托舉作用點，然后插入并雙手或單手轉動 手柄，即可將重物舉起。

二、設計要求

（1）最大起重量：Fmax?25kN；（2）最大升距：hmax?200mm；（3）可以自鎖；

（4）千斤頂工作時，下支承面為木材，其許用擠壓應力：[?p]?3MPa；（5）操作時，人手最大可以提供的操作約為：200N。

三、基本部件材料選擇及尺寸計算

（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：經常運動，受力不太大，轉速較低，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）螺桿尺寸設計

螺旋副受力如下圖所示：

1、耐磨性設計

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：

p?FPF ??d2hHZ?d2h其中，軸向載荷：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：Z?10。

為方便計算，設螺紋參數中間變量：高徑比??耐磨性的要求是：

p?[p]

H。d2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，由于千斤頂的工作速度較低，可認為滑動速度不大于3m/s。千斤頂中螺母為整體結構，螺母磨損后不能調整，但螺母兼作支承作用，故設計時可先認為 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計公式：

d2?FP ?h?[p]對梯形螺紋，h?0.5，代入上式求得： Pd2319.352mm

查國標選梯形螺紋為公稱直徑d為Tr36，導程P為10mm，中徑d2=31mm滿足要求。代入高徑比計算公式：

f=HZP==2.5 d2d2求得實際旋和圈數Z=7.75。

故暫定螺紋尺寸是公稱直徑d為Tr36，導程P為10mm，旋合 圈數Z=7.75。

2、強度設計

已知最大載荷為25kN，則在載荷最大時，螺桿受到扭矩：

dTmax=Fmax2tan(g+rn)

2其中螺紋中徑：d2=31mm； 螺紋升角：g=arctannP?5.863°； pd2當量摩擦角：rn=arctanfn； 當量摩擦系數：fn=fcosa。

2由于螺桿－螺母為鋼－鑄鐵材料，考慮到千斤頂既有穩定自鎖，又有上升運動過程，故取摩擦系數f=0.14。又由于采用梯形螺紋，故牙型角a=30°。

聯立以上各式解得螺桿受到的最大扭矩：

Tmax?97.408N×m

已知小徑：d1=25mm，則由第四強度理論，危險截面應力：

sca=(4Fmax2Tmax2)+3()?74.220MPa 23pd10.2d1 已知45號鋼屈服強度為355MPa，載荷穩定故取許用當量應

力：

[s]=ss4=88.75MPa

則有：sca<[s]，即已選定螺紋可以達到強度條件。

3、自鎖性設計

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狀態所說，故摩擦系數f可取較大值0.14，由強度設計中的計算結果，此時當量摩擦角：rn?8.247°大于螺旋升角：g=arctan

nP?5.863°，所以自鎖性條件可以滿足。pd25

4、穩定性設計

穩定性條件：

Sc=Fcr3[S] Fmax由于千斤頂為傳力螺旋，故取安全系數［S］=3.5。

由千斤頂結構，螺桿端部結構為一端固定，一自由式支承，長度 系數m為2.0。要求最大升距hmax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：

??4?L?104 d1已知使用45號鋼且不做熱處理，則臨界載荷：

?2EIa?2E?d12Fcr???89.585kN(?L)2(?L)264Sc?3.58?3.5故穩定性條件可以滿足。

綜上所述，螺桿選擇Tr36，導程P=10mm即可滿足設計條件。

（3）螺母尺寸設計

由螺桿中的設計，將旋和圈數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，強度小于螺桿材料，故只需要校核螺母螺紋牙的剪切強度、彎曲強度和抗擠壓強度即可，螺桿上的螺紋牙強度則不用校核。螺母螺紋牙受力如下圖所示：

1、剪切強度校核

剪切強度條件：

t=Fmax￡[t] Zpdb其中旋合圈數：Z為7.75； 螺紋公稱直徑：d=36mm;螺紋牙根部厚度：b=0.65P=6.5mm。耐磨鑄鐵許用剪切應力取為：[t]=40MPa。

代入各項數據得上述剪切強度不等式成立，即剪切強度滿足要求。

2、彎曲強度校核

彎曲強度條件：

sb=其中牙高：h=5.5mm；

3Fmaxh￡[sb] 2Zpdb耐磨鑄鐵許用彎曲應力取為：[sb]=50MPa。

代入各項數據得上述彎曲強度不等式成立，即彎曲強度滿足要求。

3、抗擠壓強度校核

由螺母螺紋牙受力圖可得平均擠壓應力：

a2=Fmax?6.023MPa sp=aZpd2hZpd2h/cos2Fmax/cos 已知螺母許用擠壓應力：[sp]?1.5[sb]=75MPa，顯然滿足

sp<[sp]的抗擠壓強度準則。

4、螺母外部尺寸設計

由基本結構圖可以看到，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，這樣設計的目的是保證螺母的定位。為了保證千斤頂的正常工作，需要設計這兩個圓柱的尺寸以使其在工作中不會失效。

由前述計算已知的螺母尺寸為：H=ZP=77.5mm，圓整后高度H=78mm，內螺紋大徑D4=37mm。設螺母外部形狀：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。

為防止大圓柱與千斤頂殼體的接觸面被壓壞，需要滿足：

Fmax

sp=￡[s]p2p(D2-D12)/4

對耐磨鑄鐵HT200，許用的抗壓應力[sp]=設計大圓柱外徑為：

1.5sb=100MPa,最后 3D2?80mm

為了防止大圓柱突出部分被剪斷，需要滿足：

t=Fmax￡[t]

pD1(H-H1)對耐磨鑄鐵許用剪切應力為40MPa，最后設計小圓柱高度為：

H1=60mm 綜上所述，螺旋千斤頂的螺紋選為公稱直徑d為Tr36,導程P=10mm。此

時螺母高度H=78mm，螺母外部小圓柱外徑60mm，高60mm，大圓柱外徑80mm。小圓柱表面與外殼體之間有基軸制配合關系，故選其公差帶為h7。查標準 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械設備，故查 標準得內螺紋公差帶為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。螺母外部小圓柱與內部螺孔需要有一定 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 母外部小圓柱軸線與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

綜合考慮成本和強度，手柄的材料選用普通未經熱處理的45號鋼。（2）長度設計

由螺桿的強度設計可知，手柄需要提供最大97.408Nm的扭矩，則 手柄的有效作用長度應為：

TL=max?488mm

200N在實際設計中，由于手柄還要滿足插入螺桿上部接頭的要求，同時考慮 到千斤頂本身運動部件具有摩擦力，因此實際設計長度還要在此長度上 加上一部分，最終應設計長度為520mm。（3）直徑設計

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97.408Nm，則力的分布圖如下所示：

剪力圖

彎矩圖

可見，危險截面在手柄與螺桿接頭處。手柄的材料選為未經熱處理的45號鋼，設計手柄直徑為D，則危險截面最大剪應力：

4200N t=23pD/4 危險截面最大彎曲正應力：

97.408N×m s=30.1D由第四強度理論，要使手柄正常工作，需要滿足條件：

sca=s2+3t2￡[s]

當安全系數為2時，許用應力[s]=600MPa=300MPa,代入第

s2 四強度理論計算式，并聯立剪應力、切應力計算公式，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，許用擠壓應力為3MPa，則由抗擊壓強度準則：

Fsp=max￡[sp]=3MPa

S=其中S為下支承面尺寸，解上述不等式，得S38334mm2，為滿足易于組

sb裝及各方向受力均勻的要求，選擇下支承面為環形結構，內徑尺寸為100mm可以滿足準則要求，綜合考慮到千斤頂本身具有的重量、體積和使用時的穩定性，將外徑尺寸設計為180mm。

綜上所述，下支承面設計為環形，內徑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，內徑100mm，HT200灰鑄鐵。

五、創新性設計

（1）手柄加上橡膠手柄球而非普通塑料手柄球，既節約成本，又易于拆卸，減少千斤頂存放的體積；

（2）為了攜帶方便，給千斤頂外殼加上把手；（3）為提高外殼強度，給外殼加上肋板；

（4）為了使用過程中省力，在托舉部分和旋轉的螺桿間加入推力軸承51105，并在相關旋轉部件處涂潤滑油以減小使用阻力；（5）為了增強千斤頂對托舉點形狀的適應能力，將托舉部件頂部由杯狀改成平頂，同時為了減小對被托舉物的損害，給托件部分加上橡膠保護套；（6）在千斤頂底部設計成密封用的橡膠蓋，使千斤頂在存放時，螺旋運動部件免受灰塵侵擾。

第三篇：螺旋千斤頂設計指導書

螺旋千斤頂設計指導書

螺旋千斤頂的設計

千斤頂一般由底座1，螺桿

4、螺母

5、托杯10，手柄7等零件所組成（見圖1—1）。螺桿在固定螺母中旋轉，并上下升降，把托杯上的重物舉起或放落。

設計時某些零件的主要尺寸是通過理論計算確定的，其它結構尺寸則是根據經驗公式或制造工藝決定的，必要時才進行強度驗算。

設計的原始數據是；最大起重量Q（KN）和最大提升高度l（mm）。

螺旋千斤頂的設計步驟如下： 1.螺桿的設計與計算（1）螺桿螺紋類型的選擇

螺紋有矩（方）形、梯形與鋸齒形，常用的是梯形螺紋。

梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角α=300，梯形螺紋的內外螺紋以錐面貼緊不易松動；它的基本牙形按GB5796.1—86的規定。

（2）選取螺桿材料

螺桿材料常用Q235、Q275、40、45、55等。（3）確定螺桿直徑

按耐磨性條件確定螺桿中徑d2。求出d2后，按標準選取相應公稱直徑d、螺距t及其它尺寸。

（4）自鎖驗算 自鎖條件是λ≤φv

式中：λ為螺紋中徑處升角；φv為摩擦角（非矩形螺紋應為當量摩擦角φv=tg-1fv，為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要比摩擦角小1°。即φv－λ≥l°

（5）結構（見圖1—2）

螺桿上端用于支承托杯10并在其中插裝手柄7，因此需要加大直徑。手柄孔徑dk的大小根據手柄直徑dp決定，dk≥dp十0.5mm。為了便于切制螺紋，螺紋上端應設有退刀槽。退刀槽的直徑d4應比螺桿小徑d1小，其值可查手冊按退刀槽規范確定。退刀槽的寬度可取為1.5t。為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。為了防止工作時螺桿從螺母中脫出，在螺桿下端必須安置鋼制擋圈，擋圈用螺釘固定在螺桿端部。

（6）螺桿強度計算

對受力較大的螺桿應根據第四強度理論校核螺桿的強度。強度計算方法參閱教材。

（7）穩定性計算

細長的螺桿工作時受到較大的軸向壓力可能失穩，為此應按穩定性條件驗算螺桿的穩定性，計算時應注意正確確定螺桿長度系數μ。

當螺桿的柔度λs＜40時，可以不必進行穩定性校核。2.螺母設計與計算（1）選取螺母材料

螺母材料一般可選用青銅，對于尺寸較大的螺母可采用鋼或鑄鐵制造，其內孔澆注青銅或巴氏合金。

（2）確定螺母高度H及螺紋工作圈數u

H，考慮到螺紋圈數u越多，t載荷分布越不均，故u不宜大于10，否則應改選螺母材料或加大d。螺母高度H=φd2（H應圓整為整數）螺紋工作圈數u?（3）校核螺紋牙強度

一般螺母的材料強度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強度。螺母的其它尺寸見圖1—3。必要時還應對螺母外徑D3進行強度驗算。

（4）螺母壓入底座上的孔內，圓柱接觸面問的配合常采用

H8H或8等配合。為了安r7n7裝簡便，需在螺母下端（圖1—3）和底座孔上端（圖1—7）做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉動，還應裝置緊定螺釘（圖1—1），緊定螺釘直徑常根據舉重量選取，一般為6～12mm。

3.托杯的設計與計算

托杯用來承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，其結構尺寸見圖1-4。為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現相對滑動，在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應裝有擋板。當螺桿轉動時，托杯和重物都不作相對轉動。因此在起重時，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對滑動，為了避免過快磨損，一方面需要潤滑，另一方面還需要驗算接觸面間的壓力強度。

p?Q22?(D12?D11)4≤[p]

（或1-1）

式中：[p]——許用壓強，應取托杯與螺桿材料[p]的小者。4.手柄設計與計算（1）手柄材料 常用Q235和Q215（2）手柄長度Lp

板動手柄的力矩

F·Lp=T1+T2

則

T?T2

（式1-2）Lp?1F式中：F——加于手柄上一個工人的臂力，間歇工作時，約為150～250N，工作時間較長時為100～150N。

T1——螺旋副間的摩擦阻力矩

T2——托杯與軸端支承面的摩擦力矩

手柄計算長度Lp是螺桿中心到人手施力點的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實際長D13+（50～150）mm。手柄實際長度不2應超過千斤頂，使用時可在手柄上另加套管。度還應加上（3）手柄直徑dp

把手柄看成一個懸臂梁按彎曲強度確定其直徑dp，按彎曲強度條件，手柄彎曲應力

?FF·Lp0.1d3p≤[σ]F

（式1-3）

故

dp≥

Lp·F

（式1-4）

0.1[?]F式中：[σ]F——手柄材料許用彎曲應力，當手柄材料為Q215和Q235時，[σ]F=120Mpa（4）結構

手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應加上擋環（圖1-6），并用螺釘或鉚合固定。

5.底座設計

底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200）（圖1—7），鑄件的壁厚δ不應小于8～12mm，為了增加底座的穩定性，底部尺寸應大些，因此將其外形制成1∶10的斜度。

圖中

H1=l+（14～28）mm

D6=D3+（5～10）mm HD7=D6+1

5D8=4Q2 ?D3?[?]p式中：[σ]p——底座下枕墊物的許用擠壓應力。

第四篇：螺旋千斤頂設計計算說明書PB12009032-杜文文

《精密機械設計基礎》大作業

螺旋千斤頂 設計計算說明書

PB12009032 杜文文

目錄

1.設計題目......................................................2 2.設計任務......................................................2 3.設計要求......................................................2 4.工作原理及結構簡圖............................................3 5.螺桿設計......................................................4 6.螺母設計......................................................7 7.手柄設計......................................................8 8.底座設計......................................................9 9.托盤設計......................................................9 10.參考資料.....................................................10

一．設計題目

螺旋千斤頂

最大起重量：

Qmax＝10kN，最大升距：

Hmax＝200mm

二．設計任務

1.設計計算說明書一份(10頁，3000字)。2.裝配圖一張(1號)，主要零件圖。

（螺桿、螺母、支座等）

3.選擇螺旋材料，設計螺旋尺寸，校核螺旋自鎖條件、強度和穩定性。4.選擇螺母材料，設計螺紋圈數和螺母其它部分尺寸。5.確定手柄的截面尺寸和長度。6.要求運動輕便靈活。

7.設計其它部分的結構和尺寸。

三．設計要求

1.裝配圖

a.視圖符合國家標準，裝配關系正確，結構布置合理，能滿足設計要求。

b.正確標注裝配尺寸及輪廓尺寸，主要配合尺寸要標注配合精度。

c.列出零件明細表及標題欄，提出必要的裝配技術要求。2.零件圖

a.零件圖表達完整合理，比例合適，尺寸形狀與裝配圖一致。

b.尺寸標注完整合理，標注粗糙度、尺寸公差、材料、熱處理和技術要求等。3.寫出設計計算說明書(16開紙10頁3000字左右)應包括:

a.設計任務和設計原始數據；

b.結構方案的分析和選擇(結構,牙形,材料,強度,失效,安裝,工藝,標準化等)；

c.設計計算應參考有關資料按步驟進行，寫明計算公式，代入原始數據，寫出結果和單位。計算公式和設計參數標明來源[1],[2]...。d.列出參考資料[1],[2]...。

四．工作原理及結構簡圖

從圖中可以看出，千斤頂的工作原理是：通過螺桿和螺母組成的螺旋副來實現將物體有低處向高處的傳送的，并使托杯中的物體做直線運動，從而實現我們的傳動要求。其中，螺母固定，當手柄旋動的時候，螺桿通過與螺母的螺旋副的運動，螺紋之間產生自鎖，使裝有重物的托杯往上運動。

從其工作原理中可以看出，這對螺桿與螺母螺紋的耐磨性、穩定性等要求較高，同時對底座及其他相應材料的強度也有一定的要求。

其機構特點是簡單易操作，便宜制造。

五．螺桿設計

1.材料選擇

螺桿材料常用Q235、Q275、40、45、55等。這里我選45鋼。

2.螺桿結構選擇

(1)螺旋傳動選擇：螺旋傳動按其螺旋副的摩擦性質不同，分為滑動螺旋副，滾動螺旋副和靜壓螺旋副。滑動螺旋副結構簡單，便于制造，易于自鎖，所以螺旋千斤頂選擇滑動螺旋副。

(2)滑動螺旋采用的螺紋類型有矩形、梯形和鋸齒形。其中以梯形和鋸齒形螺紋應用最廣。本設計中千斤頂的螺紋選擇梯形螺紋，并為右旋的方式。因為其內外螺紋以錐面貼緊不易松動，對中性好，并牙根強度高，同時采用單線螺紋，螺紋的自鎖性也比較高。

3.螺桿尺寸設計及校核

（1）按耐磨性計算螺紋中徑

利用教材表9-1，由螺旋副材料得許用壓強[P]=18～25 Mpa，取為均值18Mpa；螺距為P；螺紋工作高度為h=0.5P;ζ=H/d2;采用整體式螺紋，ζ=1.2-2.5，則取ζ=1.4；而千斤頂載荷10KN，Fa=10000N；則：

d2≥FP = ?hζ?p?10000FP =?15.9mm；

0.5?3.14?1.4?18?1060.5Pζ??p?根據計算得的錯誤！未找到引用源。選擇螺紋及螺桿的尺寸(GB/T 5796.2-2005，GB/T 5796.3-2005，)：

螺距（外螺紋）P=4mm；公稱尺寸d=20mm;中徑錯誤！未找到引用源。=18mm;外螺紋小徑d3=15.5mm;查詢機械設計手冊(第五版)12篇第一章螺旋傳動，依次計算得軸的徑向尺寸：

D=32mm;D1=14mm;D2=30mm;

(2)螺桿軸向尺寸設計（參考 圖12-1-2）

工作行程為200mm；

則軸向從上依次取：l1=12mm;h1=26mm;螺母高度H=ζ*d2=25.2mm,取26mm;此時螺母螺紋圈數Z=H/P=6.5；

則軸的螺紋部分長度l2?200+24mm,取230mm； 螺紋退刀槽取2mm；

螺桿軸端螺釘為標準件，取M6?10，(3)螺紋自鎖校核

自鎖條件是???v，式中：?為螺紋升角；?v為螺旋副當量摩擦角，?v=arctanfv，當螺旋副材料為鋼對青銅時取f?0.08～0.10,n=1;fv?1.155f?0.104;

?=arctan(n*P / ?d2)=arctan（1*4/3.14/18）?4.05°

?v=arctan0.104?5.94° <5.94°，所以滿足自鎖條件.?=4.05°

(4)螺桿強度校核

由機械設計手冊（第五版）表12-1-3，螺紋摩擦力矩： 45號鋼屈服極限??S??355Mpa;

Mt1=1/2*d2*Ftan(?+?V)=0.5×18×10000×tan(4.05°+5.94°)=15853 N·mm； 帶入表12-1-2中式4：

?4F??T? ?ca????d2???3??0.2d3??1??1??對45號鋼： 22????故 ?s3~5??s4?355?88.75MPa4

?ca?????88.75Mpa符合強度要求。(5)穩定性校核

在正常情況下，螺桿承受的軸向力

?4?10?103??15853??????3?F必須小于臨界載荷Fcr。則螺桿穩?3.14??15.5?2??0.2??15.5?3???64.56MPa????定性條件為：

22Ssc? 又臨界載荷可按歐拉公式計算，即

Fcr?Ss F?2EIa Fsc???L?2d化簡為：Fac?m32；

L4?d344同時，m?2mm，取m?2.5?10;64?4Fac?36075N 又螺桿的穩定性安全系數Ss為：2.5-4，則：

Ssc?Fsc36075??3.6?Ss F10000由上式可知，本設計滿足螺桿的穩定性設計。

六．螺母設計

1.螺母材料選擇為鑄錫青銅

則：許用應力??b??40～60Mpa，????30～40Mpa； 其擠壓許用應力為：????1.4?b??56～84Mppa，取其平均值為70Mpa;拉伸許用應力為：????0.832??b??32.28～49.92 Mpa，取其平均值為41.1Mpa。

2.螺母尺寸設計：

根據圖12-1-2：H=26mm；D2=30mm；D3=42mm；b=6mm;內螺紋大徑D4=20.5mm；D1=16mm；

3.強度校核

（1）螺紋牙強度校核

梯形螺紋的螺紋牙根部寬度b?0.65P?0.65?4?2.6mm 青銅螺母的????30~40MPa 考慮剪切強度

F10?103????9.19MPa????，所以滿足條件 ?3?3?D4bZ3.14?20.5?10?2.6?10?6.5

（2）螺母凸緣拉伸強度校核 拉伸應力： ?? 1.2F??D422?d2??1.2?10000??(30?104?32)?(20?10?3)2??30.56Mpa????，滿足條件

螺母凸緣與底座接觸表面的擠壓強度：

?p?F?4?2(D3?D2)2???42?10410?103?32???30?10???32?14.7MPa??p??，滿足條件；

七．手柄設計

1.手柄材料

由于螺旋千斤頂是手動產生力矩，普通碳素鋼即可滿足強度要求，這里手柄材料選擇Q235,許用彎曲應力????120Mpa； 2.由前面知道，驅動螺旋運動的驅動力矩

T1=Mt1=1/2*d2*Ftan(?+?V)=0.5×18×10000×tan(4.05°+5.94°)=15853 N·mm； 同時考慮托杯與螺桿間的摩擦力矩

1D3?D1；其中f取0.1-0.12； T2?F?f?223D?D11323?1433?12087N?mm 則T2??10?10?0.1?2332?1423而通常人手施加的力Fb取100N；

故手柄長度L?(T1?T2)?Fb?(15853?12087)?100?279.4mm，取280mm； 3.手柄直徑設計 考慮手柄彎曲應力：

?a?T?Wa??a32TT????（材料力學第6章）3132?d132?27940d1?3?3??120?106?13.3mm，取15mm； 4.鎖定手柄的球狀螺釘

為方便手持，球直徑取25mm，螺釘M4?8;;八．底座設計

1.材料

底座需要較好的抗壓強度，選用灰口鑄鐵即可 2.尺寸設計

由于該千斤頂為最大起重10KN，壁厚?一般取8-10mm，取10mm； 斜度取1:10；底座下底D5取80mm；則各部分尺寸可以計算得到：

D4?1.4D5?98mm，取112mm

螺母凸緣直徑D3=42mm;底座上底寬度取60mm則底座高度 底座厚度S?(1.5?2)??15mm;

Hd??D5?D3??斜度?S?H?b?(80?60)?10?15?26?6?235mm；

九．托盤設計

1.材料

托盤相對比較薄，需要承受較大的彎曲應力及壓應力，且與載重接觸面間摩擦很大，需要有較低缺口靈敏性，因此選擇鑄鋼ZG230-450；

2.尺寸

由前面的參數的托盤參數：

厚度?1取8mm；D1=14mm；h=D=32mm；底面直徑Df=螺桿D直徑除去倒角，取30mm；

為了增加穩定性，斜度取1:4，則支撐面直徑DW?Df?2?h?1;4?46mm在工作面上開槽減少加工面大小：槽數取4；寬度取10mm；

參考資料

1.《精密機械設計》.龐振基、黃其圣.機械工業出版社 2.《Mechanics of materials fifth eddition》R.C.HIBBELER.3.《工程材料及成型技術》.林建榕.高等教育出版社.4.《機械設計手冊（第五版）》第3卷.5.《金屬工藝學》.鄧文英.郭曉鵬.

第五篇：螺旋千斤頂產品設計書

課程產品設計任務書

項 目 名 稱： 螺旋千斤頂

小 組 成 員：胡天陽*** 李雪峰*** 耿杰*** 專 業 班 級： 13機械（4）指 導 教 師： 楊清艷

目錄

第一章緒論..............................................................錯誤！未定義書簽。第二章市場分析及調查............................................................................2 第三章模擬仿真概述................................................................................3 3.1模擬仿真的概念............................................................................3 3.2模擬仿真在機械教學中的影響....................................................4 第四章螺旋千斤頂具體零件設計............................................................7 4.1 SolidWorks模擬仿真基本概述.................................................7 4.2螺旋千斤頂的組成.......................................................................8 第五章 螺旋千斤頂的三維模型............................................................10

5.1 螺旋千斤頂零件圖......................................................................10

5.2 螺旋千斤頂的裝配圖..................................................................13 第六章設計小結......................................................................................15 參考文獻...................................................................................................16

第一章 緒論

SolidWorks有全面的零件實體建模功能，變量化的草圖輪廓繪制，驅動參數改變特征的大小和位臵，豐富的數據轉換接口使SolidWorks可以將幾乎所有的機械CAD 軟件集成到現在的設計環境中來，在SolidWorks的模擬功能中，不僅可以做機構的運動分析，模擬機構的運行過程，還可同時將運動過程進行演示，但是這種演示只能在SolidWorks中進行觀看，但在新版本的SolidWorks中，結合使用模擬功能和運用插件Animator制作動畫，可以真實地反映機構的運動過程，并把這個運動過程制成avi格式的動畫文件，用于諸多播放器中隨時、隨地地進行演示。

SoildWorks為實現用戶可以更加快捷方便的使用模擬仿真功能，從而進行幾次開發，SolidWorks 的開發通常是利用SolidWorks 公司提供的功能齊全的API 函數庫，使用Visual C ++ 或者Visual Basic 語言設計完成的。這樣的工作對于軟件開發企業來說比較簡單，而一旦二次開發軟件交付用戶使用，理解和修改代碼的工作對于用戶來說將變得十分困難。下面的討論就是基于用戶只具有基本的計算機操作能力，沒有軟件開發能力的前提之下，如何繞開代碼修改，仍能夠對二次開發軟件進行補充和升級的四種方法，以滿足企業創新和發展的需要。

第二章 市場分析及調查

又稱機械千斤頂，是由人力通過螺旋副傳動，螺桿或螺母套筒作為頂舉件。普通螺旋千斤頂靠螺紋自鎖作用支持重物，構造簡單，但傳動效率低，返程慢。自降螺旋千斤頂的螺紋無自鎖作用，裝有制動器。放松制動器，重物即可自行快速下降，縮短返程時間，但這種千斤頂構造較復雜。螺旋千斤頂能長期支持重物，最大起重量已達100噸，應用較廣。下部裝上水平螺桿后，還能使重物作小距離橫移。機械千斤頂是手動起重工具種類之一，其結構緊湊，合理的利用搖桿的擺動，使小齒輪轉動，經一對圓錐齒輪合運轉，帶動螺桿旋轉，推動升降套筒，從而重物上升或下降。

目前市場上多用螺旋千斤頂，其可以節約成本，使用簡單方便，應用范圍廣。螺旋千斤頂的建模較為簡單，因此選用螺旋千斤頂作為本次課程設計的課題。

第三章 模擬仿真概述

3.1模擬仿真的概念

模擬仿真就是用模型（物理模型或數學模型）來模仿實際系統，代替實際系統來進行實驗和研究。事實上，習慣定義的模擬仿真，即用模型來模仿實際系統進行實驗和研究，從來就是產品開發中的常用技術手段。計算機運動仿真作為計算機仿真技術的一個重要分支，可以歸入虛擬現實技術VR(Virtual Reality)的范疇，它匯集了計算機圖形學、多媒體技術、實時計算技術、人機接口技術等多項關鍵技術。作為一門新興的高技術，己經成為工程技術領域計算機應用的重要方向。

3.2模擬仿真在機械教學中的影響

傳統的機械類課程休系一般采用二維設計平臺進行教學，所存在的主要問題如下:

（1）傳統的二維設計僅僅用于設計工程圖，無法滿足后續CAE/CAM/PDM等課程的信息需求。

（2）以二維設計為主線展開教學，耗時過大，又不便于掌握和理解。

（3）課程體系松散，沒有考慮課程之間的相互關系，無法形成產品從設計到制造整個生命周期的信息鏈條。

（4）傳授的知識陳舊，無法體系現代制造技術的特點，因而也無法滿足用人單位的需要。

（5）設計、制圖、修改工作大，使學生無法把主要經歷放在創新設計上。因而也不利于學生綜合創新能力的培養。

工程制圖教學改革:在工程制圖課程教學中，大幅度增加三維設計的內容，改變傳統設計以二維-三維-二維的傳統教學模式，運用Solidworks系統進行二維實體設計技術，采用新的三維-二維-三維的教學新模式。

機械基礎課程教學改革：把Solidworks引入到這些課程的教學中可以極大地提高學牛的學習效率和學習的積極性，也為應用型、創新型人才培養奠定了素質基礎。Solidworks軟件不僅可以進行機械產品設計、還可以進行裝配、運動學和動力學分析。

課程設計教學改革:引入Solidworks后，學生的學習積極性提高了，最后設計的作品還可以進行裝配體的爆炸動畫以及裝配動畫，設計的效果很快就可以進行評價，一個成功的設計使學生的學習很有成就感，進一步加強了付專業的認識。

數控技術教學改革:Solidworks軟件也充分體現了現代制造工程的特點。它 提供了無縫集成的CAMWorks擂件數控加工環境，該環境提供數控車、數控銑、數控線切割、加工中心的編程等內容，基本可以滿足現代數控加工技術的需求。

畢業設計中的應用:畢業設汁是大學生最后的一個集中性學習和實踐環節。該環節中我們大量地引人了Solidworks軟件的應用。比如，注塑模具設計的整個過程都可以在Solidwork環境下進行。設計流程圖為：產品模型—模具分模—注塑分析—模具裝配—模具加工。

綜合創新能力的培養:在技術進步的大背景下，產品的制造和加工工藝越來越精細，產品的成品品質越來越精致、優良。表現在產品的性能特征方面是產品的功能日益強大化，產品的形態特征上表現為品種的多樣化，在操作、控制上越來越簡單方便化。

第四章 螺旋千斤頂具體零件設計

4.1 SolidWorks模擬仿真基本概述

SolidWorks是世界上第一款完全基于Windows的3D CAD軟件 ,自1995年問世以來 ,以其優異的三維設計功能 ,操作簡單等一系列的優點 ,極大地提高了設計效率 ,在與同類軟件的激烈競爭中已經確立了它的市場地位 ,已經成為三維機械設計軟件的標準。利用SolidWorks不僅可以生成二維工程圖，而且可以生成三維零件，用戶可以利用這些三維零件來建立二維工程圖及三維裝配體。SolidWorks采用雙向關聯尺寸驅動機制，設計者可以指定尺寸和各實體間的幾何關系，改變尺寸會改變零件的尺寸與形狀，并保留設計意圖。

Solidworks用戶界面非常人性化,便于操作。在Solidworks的標準菜單中包含了各種用于創建零件特征和基準特征的命令。其中基礎實體特征主要有拉伸凸臺基體、旋轉凸臺Π基體等。在基礎實體特征上可添加圓角、倒角、肋、抽殼、拔模及異型孔、線性陣列、圓角陣列、鏡像等放臵特征,這些特征的創建對于實體造型的完整性非常重要。在處理復雜的幾何形狀時還需要其他高級特征選項,包括掃描、放樣凸臺Π基體及參考幾何體中基準軸、基準面這些定位特征等。通過以上特征造型技術在Solidwork中能設計出需要的實體特征。

4.2螺旋千斤頂的組成

我們根據螺旋千斤頂的實物進行了一系列的測繪，然后根據其實際尺寸，進行了三維立體建模，使用了SolidWorks軟件。

該圖是螺旋千斤頂的三維建模的裝配圖

螺旋千斤頂由底座，頂墊，鉸杠，螺釘，螺套，螺旋桿組成。

該圖是我們測繪的螺旋千斤頂實物圖

第五章 螺旋千斤頂的三維模型

5.1 螺旋千斤頂零件圖

頂墊

底座

鉸杠

螺釘

螺套

螺旋桿

以上就是該螺旋千斤頂的部件構成，該圖全都是由SolidWorks作圖繪制而成。

5.2 螺旋千斤頂的裝配圖

螺旋千斤頂裝配圖

該圖即為螺旋千斤頂裝配圖，結構較為簡單，我們在此基礎上，進行了實物運動仿真。

螺旋千斤頂的裝配過程：

（1）單擊標準工具欄中的“新建”工具，單擊（裝配體），新建一個裝配體文件。

（2）單擊（插入零部件），瀏覽要打開的文件，點擊確定）。

（3）插入千斤頂的主干零件—螺旋桿，然后插入頂墊，用移動零件，單擊（配合），在配合列表中選擇“同心軸”，“配合選擇”中選擇螺旋桿和頂墊的大小相等的圓周，單擊（確定）。

（4）再插入螺套，用移動零件，單擊（配合），在配合列表中“”選擇“同心軸”，”配合選擇”中選擇螺旋桿和螺套的大小相等的圓周，點擊高級配合，在菜單中選擇齒輪，讓螺旋桿和螺套的螺紋進行嚙合，單擊（確定）。

（5）再插入底座，用移動零件，單擊（配合），在配合列表中選擇“同心軸”和“重合”，“配合選擇”中選擇螺套和底座的大小相等的圓周和上表面，單擊（確定）。

（6）最后插入絞杠，用移動零件，單擊（配合），在配合列表中選擇“重合”，“配合選擇”中選擇螺旋桿和絞杠，使螺旋桿上的圓的圓心和絞杠的軸線相重合，單擊（確定）。

（7）生成裝配列表。

（8）配合完畢，生成千斤頂的裝配體。

第六章 設計小結

在整個產品設計階段，通過對SolidWorks軟件知識的學習，我了解到了Solidworks的基本原理和具體運用方法。并且能夠運用SolidWorks軟件對各種零件進行三維實體建模，掌握了利用插件對裝配體進行動畫演示。在本文中我利用SolidWorks軟件對千斤頂進行了三維造型設計，并利用軟件完成了對千斤頂的三維實體設計和動畫演示制作，但還有很多不理解的地方需要更加努力學習。

另外在本次設計中，我們培養了團隊精神，團隊分工明確，任務分配合理，共同學習共同進步。

參考文獻

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