螺旋千斤顶设计任务书学生姓名王辉专业年级2007级机械设计制造及其自动化设计题目：设计螺旋千斤顶设计条件：1、最大起重量F = 55 kN；2、最大升距H =220 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： 2009年月日一、作业目的1. 熟悉螺旋千斤顶的工作原理，设计与计算的方法；2. 运用所学的知识解决设计中所遇到的具体实际问题，培养独立工作能力，以及初步学会综合运用所学知识，解决材料的选择，强度计算和刚度计算，制造工艺与装配工艺等方面的问题；3. 熟悉有关设计资料，学会查阅手册和运用国家标准。

二、螺旋千斤顶的设计千斤顶一般由底座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（kN）和最大提升高度H（mm）。

螺旋千斤顶的设计步骤如下：计 算 及 说 明结 果1. 螺杆的设计与计算1.1 螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，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，工艺性好，牙根强度高，对中性好，所以选择梯形螺纹，基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。

1.2 选取螺杆材料螺杆材料选择45号钢，σs = 355MPa ，根据主教材表2.8，选安全系数S=4，则[]MPa S s 884355≈==σσ。

1.3 确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径d 2。

][8.02p F d ϕ≥ 因选用梯形螺纹且螺母兼作支承，故取5.2=ϕ。

代入数据，得 mm d 64.30155.2550008.02=⨯≥根据螺杆中径mm d 64.302=,按照GB/T 5796.2-2005标准，选取螺杆的公称直径mm d 44=，螺距mm t 7=，线数1=n ，螺旋副的摩擦系数09.0=f 。

1.4 自锁验算自锁条件是 ≤v 。

式中：为螺纹中径处升角；v 为当量摩擦角（当量摩擦角v =arctanv ，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。

=⨯⨯==)64.3014.371arctan(arctan2d np πϕ4°9'41″ ===12cos 09.0arctan cos arctanπβρf v 5°19'23″∴>-ϕρv 1°计算得：mm d 64.302=查表得：mm d 44=mm t 7=1=n09.0=f"41'94︒=ϕ"23'195︒=v ρ∴满足自锁条件 1.5 结构（见图1―2）计 算 及 说 明结 果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dk 的大小根据手柄直径dp 决定，dk ≥dp 十0.5mm 。

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0.2~0.5mm 。

退刀槽的宽度可取为1.5t 。

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)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。

1.6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(5.28)，其中扭矩 式中：为螺纹中径处升角，v为当量摩擦角。

代入数值得： 根据第四强度理论校核螺杆的强度：螺杆承受扭矩m N T ⋅=4.186。

2)tan(2d F T v ⋅+=ρψN d F T v 4.186)"23195"4194tan(550002)tan(2='︒+'︒⨯=⋅+=ρψMPa MPa dFca 8805.47444550003.143.122<=⨯⨯==ππσ∴该螺杆满足强度要求 1.7稳定性计算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。

螺杆危险截面的惯性半径mm dA I i 114===(I 为螺杆危险截面的计 算 及 说 明 结 果轴惯性矩)螺杆的长度系数2=μ举起重物后托杯底面到螺母中部的高度mm d t H l 321445.1752205.15=⨯+⨯+=++=∴螺杆的柔度4.58113212=⨯==ils μλ 本题螺杆不淬火，λs ＜902)(2l EIF cr μπ=（1）644d I π=（2）联立（1）、（2）两式，并代入数值得：kN F cr 908=∴ 4~5.25.1655908>==F F cr ，螺杆满足稳定性要求综上可得：所选螺杆材料为45钢，公称直径d=44mm ，中径d 2=40.5mm ，小径d 3=36mm ，螺距t=7mm ，线数n=1。

2. 螺母设计与计算 2.1选取螺母材料螺母材料选用青铜：ZCuA19Mn2，许用压强[]MPa p 15=。

2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u螺母高度mm d H 25.1015.405.2'2=⨯==φ∵ 螺纹实际工作圈数 104.185.1625.1015.1''>=+=+=t H u ∴ 螺纹圈数需要调整。

螺杆的耐磨性已相当富裕，因此可以通过适当降低螺母高度来调mm l 321=kN F cr 908=螺杆材料为45钢，d=44mm ，d 2=40.5mm ， d 3=36mm ， t=7mm ，n=1螺母材料：ZCuA19Mn210'=umm H 70'=整，故选mm H u 70'10'==，计 算 及 说 明结 果2.3校核螺纹牙强度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D 3进行强度验算。

根据教材表5-13，对于青铜螺母MPa 40~30][=τ，这里取MPa 30][=τ，根据教材式（5-48）得螺纹牙危险截面的剪切应力为 ][12.61065.04414.355000τπτ<=⨯⨯⨯==MPa Dbu F∴满足要求 2.4 螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用78r H 或78n H 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）。

选取紧定螺钉规格：螺钉 GB/T 71 3010⨯M螺纹牙危险截面的剪切应力：MPa 12.6=τ紧定螺钉：3010⨯M 计 算 及 说 明结 果3. 托杯的设计与计算托杯用来承托重物，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。

压力强度校核公式：4)D D (211212-=πFp式中，mm d D D 2.763448.138.131312=-⨯=-=-=mm d D 8.29447.07.011=⨯==代入数值得，MPa p 25.14=选托杯材料： HT200 由经验公式得，MPa p b )100~80(200)5.0~4.0()5.0~4.0(][=⨯==σ∵ []p p <∴ 托杯满足要求4. 手柄设计与计算4.1 手柄材料 手柄材料选用Q235钢 4.2 手柄长度p L板动手柄的力矩：K ·L p =T 1+T 2 ，则 KT T L 21p +=式中：K ——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 ，本题中选N K 250=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，()m N fF D D T ⋅=⨯⨯+=+=6.2184/5500015.08.292.764/)(11122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mm D 11010= mm D 8.2911= mm D 2.7612= mm D 2.7913=MPa p 25.14=N dF T v 4.186)"23195"4194tan(550002)tan(2='︒+'︒⨯=⋅+=ρψ计 算 及 说 明 结 果mm D )150~50(213+，本题中取mm D )802(13+。

综上可得，手柄长度mm D K T T L p 6.1739806.3916208021321=++=+++=由于手柄长度不能超过千斤顶，因此可以减小手柄的尺寸。

取mm L p 600=，使用时可在手柄上另加套管。

4.3手柄直径p d把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径d p ，其强度条件为 ：F KL ][d 1.03pp F σσ≤=故 mm KL d F p p 2.291201.0600250][1.033=⨯⨯=≥σ可以取 mm d p 30=4.4 结构手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面应加上挡环（图1―6），并用螺钉或铆合固定。

5. 底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1―7），铸件的壁厚δ不应小于8～12mm ，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成1∶10的斜度。

图中，mm H H 24020220201=+=+=mm D D D 2.878448.188.1836=+⨯=+=+=mm H D D 2.13552402.875167=+=+= 底座下垫物为木材，许用挤压应力[]mm D FD p2312.135255000442782=+⨯=+=πσπmm L p 600=mm d p 30=mm H 2401=mm D 2.876= mm D 2.1357= mm D 2318=计算及说明结果参考文献[1] 吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册[M].3版.北京:高等教育出版社,2006.[2] 濮良贵、纪名刚.机械设计[M].8版.北京:高等教育出版社，2005.[3] 张肖鹏.机械设计同步辅导及习题全解.北京:中国矿业出版社.2007.（注：素材和资料部分来自网络，供参考。

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