Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学 机械设计作业设计计算说明书

题目：设计螺旋起重器（千斤顶） 系别： 班号： 姓名： 日期： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学 机械设计作业任务书

题 目：设计螺旋起重器 设计原始数据：题号3.1.1 起重量Fq=30 kN 最大起重高度H=180mm 一 选择螺杆、螺母的材料 螺杆采用45#调制钢，由参考文献[2]表10.2查得抗拉强度b600 MPa，s355 MPa。 螺母材料用铝黄铜ZCuAl10Fe3。

二 耐磨性计算

螺杆选用45# 钢，螺母选用铸造铝黄铜ZCuAl10Fe3，由参考文献[1]表 5.8 查得[]p=18~25MPa 从表 5.8 的注释中可以查得，人力驱动时[]p值可以加大20%，则[]p=21.6~30MPa

取[]25MPap 。 按耐磨性条件设计螺纹中径2d，选用梯形螺纹，则

20.8[]QFdp 由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数2=1.2—2.5，取2。 则

式中：QF－－－－－轴向载荷，N； 2d－－－－－螺纹中径，mm；

[]p－－－－－许用压强，MPa；

查参考文献[2]表11.5取公称直径28dmm，螺距3Pmm，中径226.5dmm，小径

324.5dmm，内螺纹大径428.5Dmm。

三 螺杆强度校核 螺杆危险截面的强度条件为：

2300000.80.819.6[]225QFdmmmmp

 221e23

33

4163[]QFT

dd







(2)

式中：QF－－－－－轴向载荷，N； 3d－－－－－螺纹小径，mm；

1T－－－－－螺纹副摩擦力矩，2

1tan(')2Q

dTF (3)

为螺纹升角，=arctan

np𝜋𝑑2=arctan1×3

𝜋×26.5=2.0637°；

[]－－－－－螺杆材料的许用应力，MPa。

查参考文献[1]表5.10得钢对青铜的当量摩擦因数'0.08~0.10f，螺纹副当量摩擦角'arctan'arctan0.08~arctan0.104.5739~5.7106f，取'5.7106（由表5.10的注

释知，大值用于启动时，人力驱动属于间歇式，故应取用大值）。把数据代入(3)式中，得

把数据代入(2)式中，得

由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆材料的许用应力 s[]4 （4）

其中s355 MPa，则 []88.75aMP 显然，e[]，螺杆满足强度条件。

四 螺母螺牙强度校核 螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为 4[]QFZDb （5）

式中：QF－－－－－轴向载荷，N； 4D－－－－－螺母螺纹大径，mm；

126.530000tan(2.06375.1427)502612TNmm•

2233

4300001650261()3()70.424.524.5eMPa

 Z－－－－－螺纹旋合圈数，取10Z；

b－－－－－螺纹牙根部厚度，梯形螺纹0.650.653 mm1.95 mmbp；

[]－－－－－螺母材料的许用切应力。

代入数据计算得

查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用切应力[]30~40 MPa，显然[]。 螺纹牙根部的弯曲强度条件为

bb2

4

3[]QFlDZb （6）

式中：QF－－－－－轴向载荷，N；

l－－－－－弯曲力臂，； 4D－－－－－螺母螺纹大径，mm；

Z－－－－－螺纹旋合圈数，取10Z；

b－－－－－螺纹牙根部厚度，mm；

b[]－－－－－螺母材料的许用弯曲应力。

数据代入式（6）得

查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用切应力b[]40~60 MPa。 显然bb[]，即满足螺纹牙的强度条件。

五 自锁条件校核 因螺纹升角2.0637，螺纹副当量摩擦角'5.1427 ' 所以满足自锁条件。

六 螺母外径及凸缘设计

3000017.21028.519.5MPaMPa



4228.526.5122Ddlmmmm

2330000126.4351028.51.95bMPaMPa

 由经验公式知， 螺纹外径21.51.52mm42mmDd

螺纹凸缘外径3231.41.44258.8,D60mmDDmmmm取。 螺纹凸缘厚b=(0.2～0.3)H=(0.2～0.3)×30=6～9mm，取b=8mm。

七 手柄设计 加在手柄上的力需要克服螺纹副之间相对转动的阻力矩和托杯支承面间的摩擦力矩。 设F为加在手柄上的力，L为手柄长度，则

12FLTT （7）

式中：1T－－－－－螺纹副摩擦力矩，Nmm；

2T－－－－－托杯支承面间的摩擦力矩，Nmm。

其中 1T=59971Nmm， 3312221[(2~4)](2)13[(2~4)](2)Q

DDTfFDD

 （8）

式中：f－－－－－托杯支承面间摩擦因数； QF－－－－－轴向载荷，N； (2~4)D、1D见下图。 (1.6~1.8)(1.6~1.8)28 mm=(44.8~50.4) mm 50mmDd，取48mm。 1(0.6~0.8)(0.6~0.8)28 mm(16.8~22.4) mm20mmDd，取。

(0.8~1)(0.8~1)50 mm(40~50)mm44hD，取46mm。

21(0.6~0.8)(0.6~0.8)20 mm(12~16)mm14mmhD，取。

𝐷𝑡=(2.0~2.5)𝑑=(2.0~2.5)×28mm=(48~70)mm，取56mm。 110 mm，6 mma，6 mmt

。

Q2150.12f托杯铸铁，手柄，摩擦因数 3312221[(2~4)](2)13[(2~4)](2)Q

DDTfFDD



得262669 NmmT。 取F=200N，则12

59971.4662668.657mm408.8 mm300TTLF59971.46+62668.657

200=613.2 mm，取200 mmL，加套筒长

550~650 mm。 手柄直径

30.1[]

b

FLd手柄 （9）

手柄材料的许用弯曲应力s[]1.5~2b （10） 其中s205 MPa，则可取[]110MPab。设F=200 N 数据代入式（9），得

𝑑手柄≥√200×613.20.1×1103=22.4 mm 取手柄直径24 mmd手柄。

八 螺杆的稳定性校核 螺杆的柔度值 · 3

4ll

id

 （12）

式中：－－－－－长度系数，对千斤顶，可看作一端固定、一端自由，取2； 3d－－－－－螺纹小径，mm；

l－－－－－螺杆的最大工作长度，取螺母中部到另一端支点间的距离，则

11802Hlhl螺母退刀槽 （13）

103 mm30 mmHZP螺母

l退刀槽指螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知，9mml退刀槽。

手柄直径24 mmd手柄，由结构尺寸经验公式1(1.8~2)43.2~48 mmhd手柄，取

145 mmh，则

(18015459)mm249mml 数据代入式（12），得

344224970.09028.5ld

对于45调质钢，当90时： 22

1c22

34034024.5F8847110.00013410.00013794dN



因此，满足稳定性要求。 九 底座设计 螺杆下落到底面，再留20~30 mm空间，底座铸造起模斜度1:10，厚度为10 mm。 5D由结构设计确定，5100 mmD104。

451.41.4100 mm140 mmDD1.4×110=154。

校核底面的挤压应力：

4P2222

5

400003.64 MPa()(146104)44QFDD



40000

𝜋4（1542−1042）

=3.64MPa

底面材料选择铸铁HT100，查参考文献[2]表10.3得铸件壁厚S=(1.5~2)15~20 mm时，

884712.952.530000cFF