螺旋千斤顶作业任务书 姓名 于方津 专业 机制 年级 13 班级 5
设计完成日期 2015 年 10 月 11 日 指导教师 一、题目：螺旋千斤顶
原始数据:（请在指定的设计方案编号后划√）
题目 设计方案
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 最大起重量F （kN ） 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 最大起升高度H
（mm ）
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
二、机构简图 三、工作量
1、总装配图一张；
2、计算说明书一份。
（注：将任务书置于计算说明书首页） 四、参考资料
螺旋千斤顶设计指导书
螺旋千斤顶设计说明书
设计及说明
结果
机械设计 大型作业
编号
08
螺旋千斤顶主要零件：螺杆、螺母、托杯、手柄和底座。
设计的原始数据：最大起重量F=55KN 、最大升起高度H=220mm 。
螺旋千斤顶的设计步骤如下： 1.螺杆的设计与计算： （1）螺纹的牙型
选用矩形螺纹，采用内径对中，配合选H8/h8，在计算强度时不考虑螺纹的径向间隙。
（2）螺杆的材料 选用45钢
（3）螺杆的直径
螺杆工作时，同时受压力和转矩的作用，因此它的计算可近似按紧螺栓连接的计算公式求出螺纹内径，即 其中：螺杆许用应力 S
S
σσ=][
查阅资料得：45号钢屈服极限 取安全系数 于是，
螺纹内径满足：
=27.78mm
螺距
mm
参考矩形螺纹标准，取P=6mm 进而确定螺纹的工作高度 32
==
P
h mm 螺纹大径 mm
圆整后，取 d=34mm
因此， mm (4) 自锁验算： 当量摩擦角 2
cos
arctan
'αμ
ρ=
由于螺杆和螺母的材料分别取45钢和锡青铜，因此取 又因为矩形螺纹牙顶角 0α= 所以， 0.10
'arctan
5.7110cos
2
ρ== 螺纹中径
mm
原始数据 F=55KN H=220mm 配合选H8/h8 螺杆材料选45钢 P=6mm h =3mm d=34mm mm mm ψ=3.525° 满足自锁条件 挡圈厚度8mm 挡圈螺钉： 满足强度要求 材料：锡青铜 Z=8 a =17mm
D=55mm
=1D 72mm
紧定螺钉 螺杆稳定性合格 材料：Q235碳钢 托杯高58mm
材料：Q235碳钢 材料：HT100铸铁
螺纹中径升角 =ψarctan 2
d np
π=arctan =3.525°
满足 1'-≤
ρψ
因此，满足自锁条件，自锁可靠。
(5) 螺杆结构：
螺杆上端用于支撑托杯和在其中插装手柄，因此需加大直径，其结构见图1。
图1
手柄孔径k d 根据手柄直径p d 决定，0.5k p d d ≈+（后面给出）。
为了便于切制螺纹，螺纹上端切有退刀槽，退刀槽的直径比1d 小0.5mm ，宽度为1.5P=1.5⨯6=9mm 。
所以退刀槽尺寸为：
螺杆下端切有倒角，以便于螺杆旋入螺母，倒角尺寸为2C 。
为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端安置了钢制挡圈，挡圈用螺钉固定在螺杆端部。
挡圈直径为 mm 挡圈厚度 6~12mm 取8mm
螺钉直径为 0.25d=8.5mm
选取200068/-T GB 4510⨯M 开槽沉头螺钉。
（6)强度校核:
螺杆工作时承受轴向压力F 和转矩T 的联合作用，根据第四强度理论求出其危险截面的当量应力,令其满足 其中， 2
tan(')2
d T F ψρ=⋅
+
（ ） 所以，
2223
11
4()3()0.2v F T d d σπ=+
=99.90(MPa)<[σ]=118MP 因此，强度符合强度要求。
2.螺母的设计与计算：
（1）材料：锡青铜 牌号：ZCuSn10Pb1
η 效率符合要求
（2）螺纹圈数： ]
[2p h d F
Z π≥
其中螺纹中径 ，螺纹牙高度h=3mm ，螺纹牙表面许用压强][p 取25(18~25)MPa MPa 。
代入上式，得
因此，取 Z=8
考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数 5.1'+=Z Z =9.5 螺母高 （3）螺纹其它尺寸：见图2
图2
取 D=55mm 取=1D 72mm (4) 螺母与底座的配合：
螺母压入底座上的孔内，圆柱面配合采用8/7H n 。
螺母下端和底座孔上端均加工出倒角，倒角尺寸为2C 。
同时安置紧定螺钉防止螺母转动，紧定螺钉选用GB/T65 的开槽圆头螺钉。
3.螺杆稳定性计算： 螺杆稳定性条件为
式中，sc S 为螺杆稳定性计算安全因数；s S 为螺杆稳定性安全因数
（4~5.2=s S ）,cr F 为螺杆的临界载荷。
先计算螺杆的长细比λ
其中，长度系数 2=μ 螺杆最大受压长度
螺杆危险截面惯性半径
所以，
对于85<λ淬火钢
进而可得
=2.65
由于 螺杆稳定性安全因数s S =2.5~4
所以螺杆稳定性合格。
4.托杯的设计与计算：
（1）材料：选用Q235碳钢,模锻制造。
（2）托杯结构，见图3.
取壁厚 mm 10=δ 托杯高（1.5~1.8d ）,
所以托杯高=1.6d=51.2mm 取52mm
直径 取 取
图 3
为了使其与重物接触良好，防止重物滑动，在托杯上表面制出切口和沟纹。
为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装置挡板，挡板尺寸3063φφ⨯⨯，螺钉选用/57832000525GB T M -⨯开槽圆角头螺钉。
直径2D 的配合为11/11a H 。
当螺杆转动时，托杯和重物都不转动。
因此，在起重时，托杯 底部与螺杆的接触面间有相对滑动。
为了避免过快磨损，一方面需 要润滑，另一方面要限制接触面间的压力，取其许用压力为 由此可确定托杯直径 =62.79(mm) 取
5.手柄的设计与计算:
(1) 材料：Q235碳钢
(2) 手柄长度p L ：扳动手柄的转矩p KL 必须克服螺纹副的 螺纹力矩1M 和螺杆与托杯间的摩擦力矩2M ，即 则 ()K M M L p 21+≥
式中，K 为施加于手柄上的臂力(150~250)N ，为满足大多数人
的使用，设计中取K 取200N 。
=138.62(m ⋅N )
=69.3(N ） 式中，0.06(0.05~0.08)μ=。
所以，手柄计算长度满足
K M M L p /)(21+≥=1039.6mm 考虑到螺杆头部尺寸及手握长度的影响，手柄实际长度为
1005.04w ++=D L L p =1171.1mm
w L 不应超过千斤顶的最小高度，所以将手柄实际长度改为352mm ，
另外加套筒，套筒长800mm 。
（3）手柄直径：
式中，b ][σ为材料的许用弯曲应力，对于Q235的手柄， 所以，
=25.88mm 取
则螺杆孔径
（4）手柄结构：手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中
滑出，在手柄两端应加上挡环，并用螺钉固定，其结构见图4。
图 4
固定螺钉选用200068/-T GB 208⨯M 开槽沉头螺钉。
6.底座的设计与计算：
（1）材料：HT100铸铁 （2）尺寸设计：见图5，取壁厚mm 10=δ，锥度按照5:1设计。
各部分尺寸为：
图 5
式中，
p ][σ为底座下枕垫物的许用挤压应力。
以下枕垫物为木材考虑， MPa p 5.2][=σ。
因为 18D D ≥
所以，取
7、千斤顶的效率：
)
(221T T FP
+πη＝
（一般η＜0.3）
因此， 设计效率符合要求。