目录第一章设计题目及材料选择 (2)1.1 设计要求 (2)1.2 主要零件的常用材料 (2)1.3 千斤顶结构示意图 (2)第二章螺杆的设计计算 (3)2.1螺杆材料级牙型选择 (3)2.2耐磨性计算 (3)2.3验算螺纹的自锁条件 (4)2.4螺杆强度校核 (4)2.5稳定性校核 (5)2.5螺杆其他结构设计 (6)第三章螺母的设计计算 (7)3.1确定螺母高度H及螺纹工作圈数u (7)3.2校核螺纹牙强度 (7)3.3螺母的其他设计要求 (8)第四章托杯的设计与计算 (8)第五章手柄设计与计算 (9)5.1手柄材料 (9)5.2手柄长度L p (9)5.3手柄直径d p (10)5.4结构 (10)第六章底座设计 (11)第一章设计题目及材料选择1.1 设计要求设计简单千斤顶的螺杆和螺母级其他结构的主要尺寸。

起重量为40000N，起重高度为200mm，材料自选.。

传力螺旋传动要求以小的扭矩产生较大的轴向推力，一般为间歇性工作，每次的工作时间较短，工作速度也不高，通常有自锁能力，所以千斤顶设计采用此结构。

1.2 主要零件的常用材料螺杆：45# 钢，采用带有外螺纹的杆件螺母：青铜，带有内螺纹的构件底座：灰铸铁HT200 带1：10斜度手柄：Ｑ2351.3 千斤顶结构示意图第二章 螺杆的设计计算2.1螺杆材料级牙型选择选用45＃钢，螺杆螺纹类型选择梯形螺纹。

梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=300，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GB5796.1—86的规定。

2.2耐磨性计算滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。

其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。

因此，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]。

假设作用于螺杆的轴向力为Ｆ（N ），螺纹的承压面积（指螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积）为A （2mm ），螺纹中径为小（mm ），螺纹工作高度为H （mm ），螺纹螺距为 P （mm ），螺母高度为 D （mm ），螺纹工件圈数为 u ＝H/P 。

则螺纹工作面上的耐磨性条件为：[]22F F Fp p A d hu d hHππ===≤ 令2/H d φ=，则2H d φ=代入上式得：2d ≥对于梯形螺纹，0.5h P =，则：2d ≥式中，[]p 为材料得需用压力，单位为MPa ，取[]p ＝20MPa[]1，2φ=。

代入计算得：225.30d ≥= 根据梯形螺纹国家标准（ＧＢ5796－86）[]2，以及螺杆稳定性的初步估算，选取以下参数的梯形螺纹：公称直径d=28螺距Ｐ＝8；螺纹小径；229d =； 由此：螺母高度222958H d φ==⨯= 查阅有关技术手册[]1知螺杆退刀槽直径17.8327.824.2d d '=-=-=； 退刀槽宽度7.5b = 螺纹工作圈数589.67106H u P ===<，满足设计要求。

2.3验算螺纹的自锁条件千斤顶有自锁要求，自锁条件为：v ψϕ≤ 其中2arctanP d ψπ= arctan cos v fϕβ= 式中：ψ为螺纹升角；f 为摩擦系数；β为牙侧角。

取0.08f =[]2，152αβ==︒代入计算得：26arctanarctan 3.773.1429P d ψπ===⨯ 0.08arctanarctan 4.73cos cos15v f ϕβ===︒有v ψϕ≤，故满足自锁条件2.4螺杆强度校核螺杆工作时承受轴向压力Ｆ和扭矩T 的作用。

螺杆危险截面上既有压缩应力；又有切应力。

[1]濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第97页 [2]谭建荣.图学基础教程.高等教育出版社.1999.第323页根据第四强度理论求出危险截面的计算应力ca σ，其强度条件为：[]ca σσ=≤其中螺杆所受的扭矩2tan()2v d T Fψϕ=+，N mm 式中：A — 螺杆螺纹段的危险截面面积； 214A d π'=（因为11d d '<，故退刀槽处为危险面）； 1d '— 退刀槽直径，mmT W —螺杆螺纹段的抗扭截面系数，311T W 164d d Aπ''==，3mm []σ－螺杆材料的许用应力，MPa 强度校核：234tan()22910410tan(3.77 4.73)286.68v d T FN mψϕ-=+⨯=⨯⨯+=102.39ca MPaσ=== []353117.6733sMPa σσ=== []ca σσ<，因此满足强度要求。

2.5稳定性校核对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力Ｆ大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。

因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力Ｆ必须小于临界载荷cr F ，则螺杆的[1]郭爱莲.新编机械工程技术手册.经济日报出版社.1992.第92页， [2]濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第97页稳定性条件为 ：crsc s F S S F=≥ 式中：sc S ——螺杆稳定性的计算安全系数；s S －螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋（如起重螺杆等），s S =3.5～5.0 cr F ——螺杆的临界载荷；计算螺杆柔度：s li μλ=，此处，μ为螺杆的长度系数，设计时取μ＝2[]1 l 为螺杆的工作长度，当螺杆一端以螺母支承时，则以螺母中部到另一端支点的距离，作为工作长度l ；i 为螺杆危险截面的惯性半径，14d i '=； 所以3s 2(20029)1075.74024.2/4li μλ-⨯+⨯===>， 故应用欧拉公式计算临界载荷cr F ：22()cr EIF l πμ＝式中：E ——螺杆材料的拉压弹性模量，5E=2.0610MPa ⨯； I ——螺杆危险截面的惯性矩，4164d I π'=代入数据计算得：23544223.14 2.061024.216.2910()644229cr EI F l πμ⨯⨯⨯==⨯⨯⨯＝ 所以：16.294.074cr sc F S F ===，满足稳定性要求。

2.5螺杆其他结构设计螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，因此需要加大直径。

手柄孔径k d 的大小根据手柄直径dp 决定，d k ≥dp 十0.5mm 。

为了便于切制螺纹，螺纹上端设有退刀槽。

为了便于[1]濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第99页 图2：螺杆结构示意图图3：螺母螺纹圈的受力分析螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d 1的圆柱体。

为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈，挡圈用螺钉固定在螺杆端部。

图2中各参数的具体设计数值为：1358D =；h=48;第三章 螺母的设计计算螺母材料一般可选用青铜，耐磨性较好。

3.1确定螺母高度H 及螺纹工作圈数u螺母高度H=φd 2（H 应圆整为整数）螺纹工作圈数tHu =，考虑到螺纹圈数u 越多，载荷分布越不均，故u 不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d 。

3.2校核螺纹牙强度螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。

如图3所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D 处展开，则可看作宽度为πD 的悬臂梁。

假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为/F u ，并作用在以螺纹中径2D 为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面a －a 的剪切强度条件为[]FDbuττπ=≤螺纹牙危险截面a －a 的弯曲强度条件为[]26b FlDb uσσπ=≤ 式中：b ——螺纹牙根部的厚度， mm ，对于梯形螺纹，b ＝0.65P , P 为螺纹螺距；l ——弯曲力臂；mm 参看图3 ,图4：螺母结构2=(D-D )/2l ；[]τ——螺母材料的许用切应力，MPa ， []b σ——螺母材料的许用弯曲应力，MPa ，其余符号意义同前。

代入数据计算得：[]441010.243.14330.6569.67F Dbu ττπ⨯===<⨯⨯⨯⨯ []42266410(3329)/231.503.1433(0.656)9.67b Fl Db u σσπ⨯⨯-===<⨯⨯⨯⨯ 满足设计要求:螺母的其它尺寸根据图中经验设计尺寸确定，具体尺寸数据如下：Ｈ＝58；a=20；354D =；472D =；3.3螺母的其他设计要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用78r H 配合。

为了安装简便，需在螺母下端（图4）和底座孔上端（图6）做出倒角。

为了更可靠地防止螺母转动，底座与螺母用紧钉螺钉固定，根据举重量选取紧定螺钉直径常为Ｍ10。

第四章 托杯的设计与计算托杯用来承托重物，选用用Q235钢模锻制成，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。

其经验设计结构尺寸见图5，具体设计计算尺寸如下：1078D =；1254D =;1122D =;10δ=;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。

331211202212113342213154220.054103542240.25c D D T f F D D MPa-=--=⨯⨯⨯-=图5：托杯的结构221211()/4Fp D D π=-≤[p]式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。

校核：221211422()/44103.14(5422)/420.95Fp D D MPaπ=-⨯=⨯-= 铸铁的许用压强[p]＝55ＭＰa[]1；故p<[p],满足压力强度要求。

第五章 手柄设计与计算5.1手柄材料选用Q235为材料5.2手柄长度L p板动手柄的力矩 F ·Lp=T 1+T 2 则12p T T L F +='式中：F '——加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150～250N ，工作时间较长时为100～150N 。

T 1——螺旋副间的摩擦阻力矩T 2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩 由前面计算知T 186.68N m =；[1]濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第98页1286.6840.25634.65200p T T L mm F ++==='取F '＝200Ｎ，则： 手柄计算长度L p 是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上2D 13+（50～150）mm 。