第一篇：千斤頂設計計算說明書

哈爾濱工業大學

機械設計作業設計計算說明書

題目：設計螺旋起重器（千斤頂）系別： 班號： 姓名：

日期：2014.10.12

哈爾濱工業大學 機械設計作業任務書

題 目：設計螺旋起重器

設計原始數據： 起重量：FQ=30KN 最大起重高度：H=180mm

目 錄

1.選擇螺桿、螺母的材料·······································3 2.耐磨性計算··················································3 3.螺桿強度校核················································4 4.螺母螺紋牙的強度校核······································4 5.自鎖條件校核················································5 6.螺桿的穩定性校核···········································5 7.螺母外徑及凸緣設計·········································6 8.手柄設計····················································6 9.底座設計····················································7 10.其他零件設計··············································8 11.繪制螺旋起重器（千斤頂）裝配圖·························8 12.參考文獻···················································8

1.選擇螺桿、螺母的材料

考慮到螺桿承受重載，需要有足夠的強度，因此選用45鋼，需要調質處理。由參考文獻[3]表10.2查得45鋼的抗拉強度σb=600MPa，屈服強度

σs=355MPa。

螺母是在重載低速的工況下使用的，并且要求與螺桿材料配合時的摩擦系數小、耐磨，因此，螺母的材料選擇鑄造鋁青銅ZCuAl10Fe3。

2.耐磨性計算

螺桿選用45鋼，螺母選用鑄造鋁青銅ZCuAl10Fe3，由參考文獻[1]表5.8查得，鋼對青銅的許用壓強[p]=18~25MPa，由表5.8注釋查得，人力驅動時，[p]值可提高約20%，即[p]=21.6~30MPa,取[p]=25MPa。由參考文獻[1]表5.8查得，對于整體式螺母，系數ψ=1.2~2.5，取ψ=2.5。

按照耐磨性條件設計螺桿螺紋中徑d2，選用梯形螺紋，則螺紋的耐磨性條件為

ps=

FQp?d2hH≤[p]

H以消去H，得 d2計算螺紋中徑d2時，引入系數ψ=

FQp

d2≥0.8??h[p]FQ

對于梯形螺紋，h=0.5p，則

d2≥0.8?[p]=0.830000=19.6mm 2?25以上三式中，FQ—螺旋的軸向載荷，N；

p —螺距，mm；

d2—螺紋中徑，mm；

h —螺紋工作高度，mm；

H—螺母旋合高度，mm；

ps—螺紋工作面上的壓強，MPa；

[p]—許用壓強，MPa。

根據螺紋中徑d2的取值范圍，由文獻[3]表11.5查得，取螺桿的公稱直徑d=32mm，螺距p=6mm，中徑d2=29mm，小徑d1=25mm，內螺紋大徑D4=33mm。

說明：此處如果選擇螺桿的公稱直徑d=24mm，螺距p=3mm，中徑d2=22.5mm，小徑d1=20.5mm，內螺紋大徑D4=24.5mm，螺桿的強度校核不滿足要求。

3.螺桿強度校核

螺桿的斷面承受軸向載荷FQ和螺紋副摩擦轉矩T1。根據第四強度理論，螺桿危險截面的強度理論為

?4FQ??16T1?????≤ [σ]

σ=

??d2??3??d3??1??1?式中：FQ—軸向載荷，N；

d1—螺紋小徑，mm；

T1—螺紋副摩擦力矩，N·mm，T1=FQtan(ψ+ρ’）

d2； 22

2[σ]—螺桿材料強度的許用應力，MPa，[σ]=

?s。3~5查參考文獻[1]表5.10，鋼對青銅的當量摩擦系數f ‘=0.08~0.10,取 f ‘=0.09，則螺紋副當量摩擦角ρ’=arctan f ‘=arctan0.09=5.1427°。

ψ為螺紋升角，ψ=arctan

1?6np=arctan=3.7679°。

??29?d2把已知的數據帶入T1的計算公式中，則得

T1=30000?tan(3.7679°+5.1427°)=68201N·mm

2代入強度計算公式，則

?4?30000??16?68201??3?

σ=????=72.2MPa 23??25??25????22由參考文獻[1]表5.9可以查得螺桿材料的許用應力[σ]=

?s，3~5σs=355MPa，[σ]=71~118MPa,取[σ]=95MPa。

顯然，σ≤[σ]，螺桿滿足強度條件。4.螺母螺紋牙的強度校核 由系數ψ=

H可求得螺母的旋合高度H=ψ×d2=2×29=58mm。d2螺母螺紋牙根部的剪切強度條件為

τ=

FQ?ZD4b≤[τ]

式中：FQ—軸向載荷，N；

D4—螺母螺紋大徑，mm；

Z—螺紋旋合圈數，Z=

H58==9.7，取Z=10； p64

b—螺紋牙根部厚度，對于梯形螺紋，b=0.65p=0.65×6=3.9mm。代入數值計算得

30000

τ==7.4MPa

??10?33?3.9查參考文獻[1]表5.9得螺母材料的許用剪切應力[τ]=30~40MPa，顯然，τ≤[τ]。

螺紋牙根部的彎曲強度條件為

σb=

3FQl?ZD4b2≤[σb]

式中：l—彎曲力臂，l=

D4?d233?29==2mm；

FQ—軸向載荷，N；

D4—螺母螺紋大徑，mm；

Z—螺紋旋合圈數，Z=

H58==9.7，取Z=10； p6

b—螺紋牙根部厚度，對于梯形螺紋，b=0.65p=0.65×6=3.9mm。代入數值計算得

3?30000?2

σb==11.4MPa

??10?33?3.92查參考文獻[1]表5.9得螺母材料的許用彎曲應力[σb]=40~60MPa。顯然，σb≤[σb]，由上述計算分析可知，螺母螺紋牙滿足強度條件。5.自鎖條件校核 由ψ=3.7679°，ρ’=5.1427°，得

ψ≤ρ’ 因此，滿足自鎖性條件。6.螺桿的穩定性校核 受壓螺桿的穩定性條件為

Fc≥2.5~4 FQ式中：Fc—螺桿穩定的臨界載荷，N；

FQ—螺桿所受軸向載荷，N。

螺桿的柔度值為

λ=

4?l d1式中：l—螺桿的最大工作長度，mm。當螺桿升到最高位置時，取其頂端承受載荷的截面到螺母高度中點的距離作為最大工作高度，則

l=180+

H螺母2+h手柄座+l退刀槽

查參考文獻[3]表11.25得，l退刀槽=7.5mm。手柄直徑d手柄=24mm(將在手柄設計中給出這一尺寸的計算），由結構尺寸經驗公式得

h手柄座=（1.8~2）d手柄=43.2~48mm 取h手柄座=44mm。

代入數值計算得

l=180+29+44+7.5=260.5mm

μ—長度系數，對于千斤頂，可看作一端固定，一端自由，故取μ=2。代入以上數值計算得

λ=

4?2?260.5=83.36

25對于45鋼調質（淬火+高溫回火），當λ<85時，有

?d1490490???252? Fc===100648.8 N 41?0.0002?21?0.0002?83.362?42??于是有

Fc100648.8= =3.35≥2.5

30000FQ因此，螺桿滿足穩定性條件。

7.螺母外徑及凸緣設計

螺母外徑由結構尺寸經驗公式得

D2 ≈1.5d=1.5×32=48mm 螺母凸緣外徑由結構尺寸經驗公式得

D3 ≈1.4D2=1.4×48=67mm 螺母凸緣厚度由結構尺寸經驗公式得

b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×58=11.6~17.4mm 取b=14mm。

8.手柄設計

加在手柄上的力需要克服螺紋副之間相對轉動的阻力矩和托杯支撐面之間的摩擦力矩。

設F為加在手柄上的力，取F=200N，L為手柄長度，則

FL=T1+T2

式中：T1—螺紋副之間相對轉動的阻力矩，N·mm；

T2—托杯支撐面之間的阻力矩，N·mm。由前述計算可得

T1=68201N·mm

331?D??2~4????D1?2?

T2=fFQ3?D??2~4??2??D?2?21

式中：D—手柄座直徑，mm，由結構尺寸經驗公式得

D=(1.6~1.8)d=(1.6~1.8)×32=51.2~57.6mm 取D=52mm；

D1—螺柱與托杯連接處直徑，mm，由結構尺寸經驗公式得

D1=(0.6~0.8)d=(0.6~0.8)×32=19.2~25.6mm 取D1=22mm。

托杯選用鑄鐵，手柄選用Q215，摩擦因數f=0.12，則

?52?4???22?2?=67200N·mm T2=?0.12?30000?3?52?4?2??22?2?233于是有

L=T1?T268201?67200=≈677mm

200F取L=200mm，加套筒長500mm。

手柄直徑

d手柄≥3FL

0.1??b?查教材可知[σb]=

?s1.5~2，查參考文獻[3]可知，σs=205MPa,則

[σb]=102.5~136.7MPa，取[σb]=110MPa。

代入數值計算得

d手柄≥3200?677=23.1mm

0.1?110取手柄直徑d手柄=24mm。

9.底座設計

螺桿下落到最低點，再留10~30mm空間，底座鑄造拔模斜度1:10，厚度選擇8mm。

D5由結構設計確定，則D5=128mm。由結構尺寸經驗公式得

D4=1.4D5=1.4×128=179mm 結構確定后，校核底面的擠壓應力

σp=

FQ??D424?D52?=

30000??17947

2?1282?=2.4MPa

底面材料選用HT100，查參考文獻[3]表10.3得，當鑄件壁厚δ=2.5~10

時，σb≥130MPa，[σp]=(0.4~0.5)σb=(0.4~0.5)×130=52~65MPa。

顯然，σp≤[σp]，滿足設計要求。

10.其他零件設計

⑴ 螺桿頂部和底部的擋圈及螺釘尺寸設計

螺桿底部必須有一個擋圈，并用螺釘加以固定，以防止螺桿全部從螺母中旋出。托杯在相應的位置也要設置擋圈，以防止托杯與螺桿脫離。

擋圈的直徑略大于螺桿外徑，所以，頂部擋圈直徑取為26mm，底部擋圈直徑取為36mm。

根據結構尺寸經驗公式得螺釘大徑為

d3=(0.25~0.3)D1=(0.25~0.4)×22=5.5~8.8mm 取其直徑為M8，根據GB/T 5783—2000確定其他尺寸。

⑵ 緊定螺釘尺寸設計

對于螺母與底座分開的結構，為了防止螺母隨螺母轉動，必須用緊定螺釘加以固定，緊定螺釘的直徑取為M6，根據GB/T71—1985確定其他尺寸。

⑶ 托杯尺寸設計

托杯直徑根據結構尺寸設計經驗公式得

DT=(2.0~2.5)d=(2.0~2.5)×32=64~80mm 取DT=70mm。

托杯高度根據結構尺寸設計經驗公式得 h=(0.8~1)D=(0.8~1)×52=41.6~52mm 取h=42mm。

托杯頂部開槽的槽深和槽寬根據經驗公式得

a=6~8mm

t=6~8mm 取a=8mm，t=8mm。

⑷ 倒角、鑄造圓角及拔模斜度設計 所有加工表面需要倒角。拔模斜度取為1:10。鑄造圓角R=2mm。

11.繪制螺旋起重器（千斤頂）裝配圖 見附A2圖紙。

參考文獻

[1] 王黎欽，陳鐵鳴.機械設計.4版.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2008.[2] 張鋒，宋寶玉.機械設計大作業指導書.北京：高等教育出版社，2009.[3] 王連明，宋寶玉.機械設計課程設計.4版.哈爾濱：哈爾濱工業大學

出版社，2010.

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：螺紋千斤頂設計計算說明書

螺紋千斤頂設計計算說明書

1.設計任務書

1.1 設計題目：設計螺旋千斤頂

1.2 原始數據

最大起重量： F = 50 kN

最大升程 ： H = 200 mm

1.3 設計工作量

1.3.1 繪制出總裝配圖一張，標注有關尺寸，填寫標題欄及零件明細表。

1.3.2 編寫設計計算說明書一份(包括封面、目錄、設計任務書、計算內容和設計步驟、參考資料等)。

1.計算內容和設計步驟

2.1螺桿的設計與計算 2.1.1 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。

2.1.2選取螺桿材料

選擇45鋼。

2.1.3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?20Mpa 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?P??20??1?2000??24Mpa 帶入設計公式，得

d2?29.8mm

按國家標準選擇公稱直徑和螺距為：

D?d?34mmd2?d?3?31mmd1?d?7?27mmP?6mm

2.1.4自鎖驗算

自鎖驗算條件是???v

?v?arctan?f/cos???arctan0.08/cos15o ?4.73o???np/?d2???arctan?arctan?6/30??

?3.64????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。

2.1.5結構設計

根據圖1-2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?34mm。

（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。

（4）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(GB/T891-1986)，擋圈用緊定螺釘(GB/T68-2000)固定在螺桿端部。

2.1.6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

查表可得?s?360MPa

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

已知F = 50 kN，又

T?Ftan??v????d2/2?114.03N?mA?1/4?d12?572.56mm2W?1/16?d13?3864.7mm3

代入校核公式，得

?ca?101.2MPa

?ca????滿足強度要求。

2.1.7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?(200?5?1?1.5?34)mm?256mmi?I/A?1/4d1?27/4mm?6.75mm

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?256?6.75?75.85?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??d1464?26087.05mm4

E?2.06?105MPa 將上述數據代入公式得

Fcr?202326.15kN Fcr/F?2.5~4

螺桿滿足穩定性要求

2.2螺母設計計算 2.2.1選取螺母材料

選擇青銅

2.2.2確定螺母高度H'及工作圈數u'

H'??d2?1.5?31?46.5mm

u?H'/t?46.5?6?7.75mm

考慮退刀槽的影響，取實際工作圈數為

u'?u?1.5?7.75?1.5?9.25mm

?'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

?'?10

H'?u'?t?10?6?60mm

2.2.3校核螺紋牙強度

螺母的其它尺寸見圖1―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?34mm D2?d2?31mm 剪切強度條件為：

??F≤[?] ?Db?查表得：[?]?30~40MPa，b?0.65P?0.65?6mm?3.9mm 則剪切強度為

??50000?12.01MPa

??34?3.9?10??[?]

符合剪切強度條件；

（2）彎曲條件校核

彎曲強度條件為：

??6Fl?[?b] 2?Db?（D?D2）/2?(34?31)/2?1.5mm 查表得[?b]?40~60MPa，l?則彎曲強度為

??6?50000?1.5?27.71Mpa 2??34?3.9?10??[?b]

符合彎曲強度條件。

2.2.4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，查表選擇緊定螺釘GB/T71?1985 M6?12。

2.3托環的設計與計算

2.3.1托杯材料的選擇 選擇托環材料為Q235鋼。

2.3.2結構設計

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，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。

2.3.3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?(D12?D11)422??P?

根據圖1-4，取相關尺寸為：

D11?0.6d?0.6?34mm?21mmD10?2.5d?2.5?34mm?85mmD13?1.8d?1.8?34mm?62mmD12?D13?4mm?58mm?P?50?21.8MPa??P?

?(582?212)4

接觸面壓強滿足要求，選材合理。

2.4手柄的設計計算

2.4.1手柄材料的選擇

選擇手柄材料為Q235鋼 2.4.2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 又 T1?Ftan(???v)?d2?114.03N?m 2T2?(D12?D11)fF/4?(58?21)?0.083?50/4?81.96N?m?LP?

T1?T2114.03?81.96?m?0.980m?980mm K200手柄實際長度為：

Lp?980?62?100?1111mm 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。

2.4.3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?1111mm?26.46mm

0.1?120取dp?30mm

2.4.4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

2.5底座設計

2.5.1選擇底座材料

選擇底座材料為HT200，其???p?2MPa

2.5.2結構設計 由圖1-7可得底座的相應尺寸：

H1?(H?20)mm?(200?20)mm?220mmD6?(D3?8)mm?(58?8)mm?66mmH1220?(66?)mm?110mm 554F4?50D8??D72??1102mm?111mm????p2?D7?D6?取??10mm，則有

H'?（1.5~2）??(60?18)mm?42mm

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