千斤顶设计说明书院系班级学号设计人指导教师完成日期螺旋千斤顶设计过程千斤顶一般由底座1，螺杆4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1―1）。

螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。

设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。

设计的原始数据是：最大起重量F=20KN和最大提升高度H=150mm.计算项目计算及说明计算结果1.螺杆的设计与计算螺杆螺纹类型的选择选取螺杆的材料确定螺杆直径螺纹有矩形、梯形与锯齿形，千斤顶常用的是梯形螺纹。

梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，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GB/—2005的规定。

千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。

因此选用的螺杆螺纹是牙形角α=30º的单线梯形螺纹。

螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。

在此选用的是55钢。

按耐磨性条件确定螺杆中径d2。

求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距t及其它尺寸。

计算过程：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]。

][22phHdFPhudFAFp≤===ππ（文献：机械设计）由于2dH=φ，所以有][2phFPdφπ≥；（文献：机械设计）对于等腰梯形螺纹，Ph5.0=，有][8.02pFdφ=，φ一般取~,所以此处φ取因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，所以两者的材料均选为钢，由查表可知，许用压力[p]取为10MPa。

牙形角α=30º的单线梯形螺纹螺杆材料：55钢φ=[p]=10MPa计算项目计算及说明计算结果自锁验算螺杆螺纹中径mmd955.25102.2200008.02≈⨯≥，根据求得的此螺纹中径，查表GB/—2005和表GB/—2005有：(文献：机械设计手册)公称直径mmd32=，螺距mmP10=，螺杆小径mmdd21111=-=，螺杆中径mmmmdd955.252753252≥=-=-=，螺母大径mmdD331321=+=+=，螺母小径mmdD221032101=-=-=，螺母中径mmdD2722==，螺母高度mmdH3.51279.12=⨯==φ，旋合圈数（圈）圈10)(613.5≤≈==PHu。

自锁条件是ψ≤ϕv式中：ψ为螺纹中径处升角；ρv为当量摩擦角（当量摩擦角ρv=arctanμv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°）。

υυβϕψffarctancosarctan==≤（文献机械设计）υf:当量摩擦系数；f：摩擦系数；β：牙侧角，︒==152/αβ。

摩擦系数f由查表可知，17.0~11.0=f，由于千斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时区最大值0..17。

︒=⨯⨯==26.72514.3101arctanarctan2dnPπψ︒===≤98.997.010.0arctancosarctanβϕψυfϕ至少为︒8，所以有︒=≤︒=98.988.7υϕψ，符合自锁条件。

螺杆尺寸：P=10mmmmd32=mmd211=mmd272=螺母尺寸：mmD33=mmD221=mmdD2722==mmH3.51=6=u︒==152/αβ17.0=f︒=26.7ψ︒=98.9υϕ符合自锁条件结构（见图1―2）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d k的大小根据手柄直径d p决定，d k≥d p十。

由后面的计算可知手柄的直径pd=25mm，所以mmdk8.268.026=+=。

为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。

退刀槽的直径d4应比螺杆小径d1约小~。

mmdd6.204.014=-=。

退刀槽的宽度可取为=15mm。

为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1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(GB/T891-1986)mmHmmD5,45==，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)166⨯M固定在螺杆端部。

mmdv30=mmdk8.26=mmd6.204==15mmmmHmmD5,45==166⨯M计算项目计算及说明计算结果螺杆强度计算对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。

强度计算方法参阅教材公式，其中扭矩2)tan(2d F T υρψ+=，式中ψ为螺纹中径处升角，υϕ为当量摩擦角。

对受力较大的螺杆应根据第四强度理论交合螺杆强度：][)(3)(32222στσσ≤+=+=Tca W T AF 或][)4(31212σσ≤+=d TF A ca （文献机械设计） F （N ）螺杆所受的轴向压；A （2mm ）：螺杆螺纹的危险截面面积； T W （2mm ）：螺杆螺纹段的抗扭截面系数；1d （mm ）螺杆螺纹小径；T （mm N •）；[σ](MPa)：螺杆材料的许用应力，由前面可知螺杆的材料是55号钢，查表得其屈服强度MPa s 900=σ，所以其许用应力5~3][sσσ=，由于千斤顶的载荷是稳定的，许用应力取最大值有MPa s30039003][===σσ。

计算：mmN d F T •=⨯︒+︒⨯=+=57.83785227)98.926.7tan(200002)tan(2υϕψ 则有：MPa dT F A ca 802.206)4(31212≈+=σMPa MPa ca 300][802.206=≤≈σσ，符合强度计算的条件。

MPa s 900=σMPa 300][=σ][σσ≤ca ，符合强度计算的条件。

计算项目计算及说明计算结果稳定性计算2. 螺母设计与计算选取螺母材料细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。

F cr / F≥~ 4。

螺杆的临界载荷F cr与柔度λs有关，λs=μl/i，μ为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取l＝H+5P+~d，i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=πd12/4，则41dAIi==(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)，当螺杆的柔度λs＜40时，可以不必进行稳定性校核。

计算时应注意正确确定。

临界载荷22)(lEIFcr+=μπ，E（MPa）：螺杆材料的拉压弹性模量，MPaE51006.2⨯=;I（4mm）：螺杆危险截面的惯性矩，6441dI=。

该千斤顶一螺母座位支承时，作不完全固定支承，另一端有径向和轴向约束，为固定支承，所以端部职称情况是一端固定，一端不完全固定。

因此60.0=μ。

mmPdHl248105325.11505)5.1(=⨯+⨯+=++=；NFcr9146.278751)2486.0(64/211006.214.32452=⨯⨯⨯⨯=，scrscSFFS=≥≈=4~5.29.13，所以经过计算螺杆稳定。

螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。

该千斤顶螺母材料采用45号钢。

MPaE51006.2⨯=60.0=μmml248=NF9146.278751=αsscSS≥，所以螺杆稳定。

螺母材料：45钢计算项目计算及说明计算结果确定螺母高度H'及螺纹工作圈数u校核螺纹牙强度螺母高度H'=φd2，螺纹工作圈数PuH'=，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u' = u+(u'应圆整)。

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。

螺母高度由下式计算：H'=u't。

mmdH5.67275.22=⨯==φ，)(75.6105.67圈===PHu，实际螺纹圈数)(925.85.175.65.1'圈≈=+=+=uu，实际螺母高度mmPu90109H''=⨯==。

一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。

螺母的其它尺寸见图1―3。

必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。

如图有：mmDD561.56337.1)8.1~6.1(3≈=⨯==mmDD76735.751.5635.1)4.1~3.1(34≈=⨯==mmHa303/903/'===螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，所以只需校核螺母的螺纹牙强度。

假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为uF，并作用再螺纹中径为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面的剪切强度条件为][τπτ≤=DbuF，螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为][62buDbFlσπσ≤=。

式中：b（mm）：螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹mmPb5.61065.065.0=⨯==;l(mm):弯曲力臂，mmDDl32273322=-=-=；][τ（MPa）螺母材料的许用切应力，螺母材料为45号钢，mmH5.67=)(75.6圈=u)(9'圈=umm90H'=mmD563=mmD764=mma30=mmb5.6=mml3=计算项目计算及说明计算结果查表可知：MPa s998.7033556.05~36.0][6.0][≈⨯=⨯==σστ；][b σ（MPa ）：螺母材料的许用弯曲应力，查表可知：MPa sb 367.1445~32.1])[2.1~0.1(][=⨯==σσσ。

计算：][516..475.63114.320000τπτ≤=⨯⨯⨯==Mpa Dbu F ，符合剪切强度条件；][505.1275.63114.33200006622b MPa u Db Fl σπσ≤=⨯⨯⨯⨯⨯==，符合弯曲强度条件。

MPa s 355=σMPa 998.70][=τMPab 367.144][=σ][ττ≤，符合剪切强度条件。

][b σσ≤，符合弯曲强度条件。

计算项目计算及说明 计算结果螺母与底座孔配合托杯的设计与计算轴承的设计与计算螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用78rH或78nH等配合。

为了安装简便，需在螺母下端（图1―3）和底座孔上端（图1―7）做出倒角。

为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图1―1），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm。

紧定螺钉选择的是（GB/T71—1985）106⨯M.托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图1―4。

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。