螺旋千斤顶大作业螺旋千斤顶设计任务书学生姓名颜克庭专业年级2011级车辆工程设计题目：设计螺旋千斤顶设计条件：1、最大起重量F Q = 50 kN；2、最大升距h =210 mm。

设计工作量：1、绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表；2、编写设计计算说明书一份。

指导教师签名：年月日螺旋千斤顶设计说明书设计内容计算及说明结果1.螺杆的设计与计算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=50KN、最大升起高度H=210mm。

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，同时受压力和原始数据F=50KNH=210mm配合选H8/h8螺杆材料选45钢转矩的作用，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][3.141σπF d ⨯≥其中：螺杆许用应力SSσσ=][ 查阅资料得：45号钢屈服极限480SMPa σ=取安全系数4S =于是， 480[]1204SMPa S σσ=== 螺纹内径满足：12010502.531⨯⨯⨯≥πd =26.27 mm螺距57.6427.2641===d P mm参考梯形螺纹标准，取P=6mm h =3mmP=6mm进而确定螺纹的工作高度 32==P h mm螺纹大径84.321=+=P d d mm圆整后，取d=36mm 因此，301=-=P d d mm(4) 自锁验算： 当量摩擦角 2cosarctan'αμρ=由于螺杆和螺母的材料分别取45钢和锡青铜，因此取 0.10(0.08~0.10)μ=又因为矩形螺纹牙顶角 0α=o所以，0.10'arctan5.7110cos2ρ==od=36mm301=d mm332=d mm螺纹中径 33212=+=dd d mm 螺纹中径升角=ψarctan2d np π=arctan 336⨯π=o314.3 满足 ο1'-≤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。

ψ=o314.3满足自锁条件图1手柄孔径kd 根据手柄直径pd决定，0.5kp dd ≈+（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：5.299φ⨯ 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 4150=+=d dmm 挡圈厚度 6~12mm 取8mmmmd o 41=挡圈厚度8mm挡圈2.螺母的设计与计算螺钉直径为925.0=d mm选取200068/-TGB4510⨯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][)2.0(3)4(323122122σπτσσ≤+=+=dTdFv其中，2tan(')2dT Fψρ=⋅+)(04.131)711.5314.3tan(23350oomN⋅=+⨯⨯=所以，2223114()3()0.2vF Td dσπ=+=293262310302.004.1313103010504）（）（--⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯π=82.31(MPa)<[σ]=120MP因此，强度符合强度要求。

螺钉：4510⨯MMPav31.82=σ满足强度要求2.螺母的设计与计算：（1）材料：锡青铜 牌号：ZCuSn10Pb1（2）螺纹圈数： ][2p h d F Z π≥ 其中螺纹中径mmd332=，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43.62533310503=⨯⨯⨯⨯≥πZ因此，取 Z=7考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数5.1'+=Z Z =8.5螺母高 mm5165.8''=⨯==P Z H（3）螺纹其它尺寸：见图2材料：锡青铜Z=73.螺杆稳定性计算图2mm173'==Ha6.57366.16.1=⨯=≥dD mm 取D=58mm4.75583.13.11=⨯=≥DD mm 取=1D76mm(4) 螺母与底座的配合：5.8'=Zmm51'=Ha=17mm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198571/-T GB308⨯M 的开槽锥端紧定螺钉。

3.螺杆稳定性计算：螺杆稳定性条件为 scrscS FF S ≥= 式中，scS 为螺杆稳定性计算安全因数；sS 为螺杆稳定性安全因数（4~5.2=sS）,crF 为螺杆的临界载荷。

先计算螺杆的长细比λil ⋅=μλ 其中，长度系数D=58mm=1D 76mm紧定螺钉308⨯M4.托杯的设计与计算2=μ螺杆最大受压长度mmdHHl5.2895.12'=++=螺杆危险截面惯性半径5.741==di所以，2.775.75.2892=⨯=λ对于85<λ淬火钢)(71.1544302.770002.0148040002.0148022212crKNdF=⨯⨯⨯+=⋅+=ππλ进而可得0942.35071.154sc===FFS cr由于螺杆稳定性安全因数sS=2.5~4，所以螺杆稳定性合格。

0942.3sc=S螺杆稳定性合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=57.6mm 取58mm 直径 mmd D 6.21366.06.02=⨯== 取m m222=Dmmd D 4.86364.24.23=⨯==取mm873=D格材料：Q235碳钢图 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 -⨯六角头全螺纹螺栓。

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mm 10=δ托杯高58mmm m 222=D mm873=D5.手柄的设计与计算滑动。

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[]20(15~25)p MPa MPa=由此可确定托杯直径[]224)(4DPFD+≥π2322)20(10504+⨯⨯⨯=π=60.57(mm)取614=D mm5.手柄的设计与计算:(1) 材料：Q235碳钢(2) 手柄长度pL：扳动手柄的转矩pKL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21MMKLp+≥614=D mm则 ()K M M L p21+≥ 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 为200N 。

12tan()(2)M F d ψρ≈⋅+⋅’)711.5314.3(tan 23350oo+⨯⨯==131.04(m ⋅N )F D D M μ)(25.0422+= m 25.626006.0612225.0⋅=⨯⨯+⨯=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+≥=966.45mm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 =1096.95mm wL 不应超过千斤顶的最小高度，所以将手柄实际长度改为300mm ，另外加套筒，套筒长800mm 。

（3）手柄直径：材料：Q235碳钢m04.1311⋅=N Mm 25.622⋅=N M3)][1.0(bppKL d σ≥式中，b ][σ为材料的许用弯曲应力，对于Q235的手柄， MPa b120][=σ所以，[]mm KL d bP p25.25)1.0(3=≥σ取mmd p 5.25= 则螺杆上手柄孔径 mm d d pk265.0=+= （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。

95.1096L =wmm d p 5.25= mm d k26=6.底座的设计与计算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mm10=δ，锥度按照5:1设计。

各部分尺寸为：材料：HT100图5m m23020210201=+=+=H Hm m 6465865=+=+=D Dm m 1105/230646=+=Dmm85.1931105.210504][423267=+⨯⨯⨯=+=πσπD F D p为方便取D 7=194mm 。

式中，p ][σ为底座下枕垫物的许用挤压应力。

以下枕铸铁 mm 10=δ垫物为木材考虑， MPap5.2][=σ。

因为18D D ≥所以，取mm 808=D7、千斤顶的效率：)(221T T FP+πη＝（一般η＜0.3）3.0247.025.6204.1312650<=+⨯⨯⨯=）（πη因此， 设计效率符合要求。

mmH 2301=mm645=Dmm1106=DD 7=194mm mm 808=D7.千斤顶的效率η=247.0效率符合要求。