浙江大学
螺旋起重器设计计算说明书
姓名：方涛涛
学号：3080104191
专业：机械工程及其自动化
螺旋起重器设计任务
设计题目：螺旋起重器
设计条件：最大起重Q=20KN
最大升距150mm
设计工作量：
绘制总装配图一张，标注主要尺寸，填写标题栏及零件明
细表。

编写设计说明书一份。

目录
1螺杆的设计与计算 (4)
1.1螺杆螺纹类型的选择 (4)
1.2选择螺杆材料 (4)
1.3确定螺杆直径 (4)
1.4自锁验算 (4)
1.5 螺杆强度计算 (5)
1.6稳定性计算 (5)
1.7 螺杆设计 (7)
2 螺母设计与计算 (9)
2.1 选取螺母材料 (9)
2.2 确定螺母高度H及螺纹工作圈数u (9)
2.2.1 螺母高度 (9)
2.2.2 螺纹工作圈数 (9)
2.2.3 螺母实际高度 (9)
2.3 校核螺纹强度 (9)
2.4 安装要求 (10)
3手柄设计 (11)
3.1手柄材料选择 (11)
3.2手柄直径的确定 (11)
4 底座设计 (11)
参考文献 (13)
起重器设计计算和说明
1螺杆的设计与计算
1.1螺杆螺纹类型的选择
选择梯形螺纹，单线GB5796—86规定。

1.2选择螺杆材料
此处选用45#。

1.3确定螺杆直径
按耐磨性条件计算螺杆中径d2。

≥2d []p πϕφQ
(mm)
根据国家规定，ψ=1.2-1.5，这里取：1.4（梯形螺纹），ϕ=0.5即
h=0.5p ；p 取18Mpa 。

故，≥2d []p πϕφQ =6
1814.34.15.03
20
1010⨯⨯⨯⨯⨯m=22.3mm
查机械设计手册，d 取27mm
则p=3，1d =23.75mm
2d =25mm
1.4自锁验算
自锁条件是
ρλ≤
其中前者为中径出升角，后者为当量摩擦角。

查表取 09.0=μ
=λarctan(np/π2d )=arctan(1*3/3.14*25)=2.2
=ρarctan0.09=5.14
故 14.52.2=<=ρλ
1.5 螺杆强度计算
受力较大的螺杆需进行强度计算，螺杆工作时承受轴向力Q ， 又承受扭矩T 的作用，使得螺杆危险截面上有正应力和剪应力。

因此，螺杆强度校核时按照第四强度理论计算。

即
c σ=[]σππ≤⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡2212211634
d T d Q
其中扭矩T=Qtan （ρλ+）2d =32010⨯tan
（5.14+2.2）25/2310-⨯=32N.m 查手册，45钢 s σ=335Mpa
[]σ=s σ/(3-5)=335/3Mpa=111Mpa
而 c σ=71Mpa<[]σ
1.6稳定性计算
螺杆受压不失稳的条件为
S Q Qc
≥
其中：S 为保证螺杆不失稳的最小安全系数，对于传力螺旋传动S=3.5-5。

根据材料力学，失稳时的临界载荷c Q 与螺杆的柔度i L
c μλ=的值有
关，此处L 为螺杆承受压力的一段长度，mm ；i 为螺杆危险截面的惯性半径，mm ，此处i=4
1d ，mm ；μ为螺杆的长度系数，取决于螺杆支撑情况，对于螺旋千斤可视为一端固定，一端自由，取μ=2。

1.6.1计算柔度
（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I 和i I=64d 41π=64
4
14.3375.2310-⨯⨯=6.5810-⨯ i=4d 1=3310641075.23--⨯=⨯
（2）求承受压力的螺杆长度：其中后托盘底部到螺母中部的高度l
l=H+7p+1.5d=275.137150⨯+⨯+=211.5mm
（3）计算柔度
l s μλ=/i=70.5
1.6.2稳定性计算
（1） 临界载荷 E=2.06510⨯Mpa 2=μ
()22l I
E Qc μπ==74KN
（2） 稳定性校核
==20
74Q c Q 3.7>3.5 所以满足稳定性条件
1.7 螺杆设计
螺杆上端用于支撑托杯并安装手柄，因此需要大大直径。

手柄孔径的大小要根据手柄直径决定p d =28mm ，≥k d p d +0.5mm 。

为了便于切制螺纹，螺纹上端应该有退刀槽，其宽度取1.5t,其直径比螺杆小径小0.2-0.5mm 。

为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须 安装钢制挡圈，挡圈用紧钉螺钉固定在螺杆顶端。

其中，1.5t=10mm
0.25d=6.75mm
Dp=1.8d=48.6mm 取48mm 1.5d=40.5mm 取40mm H1+H=170mm+39mm=209mm
2 螺母设计与计算
2.1 选取螺母材料
此处选择青铜。

2.2 确定螺母高度H 及螺纹工作圈数u
2.2.1 螺母高度
H=2d ⨯ψ=1.4⨯25mm=35
2.2.2 螺纹工作圈数
u=H/p=35/3=11.6
u`=u+1.5=13.1 取整数 13
2.2.3 螺母实际高度
H`=u`p=13*3=39
2.3 校核螺纹强度
由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度，因此，只需校核螺母螺纹的牙根强度。

螺母螺纹的根部的剪切强度计算式为：
[]τππτ≤≈=dbz
Q DbZ Q （Mpa ）
式中：b 为螺纹牙根部宽度，对于梯形螺纹b=0.65p 。

青铜螺母的[]τ=30-50Mpa ； 故，dbz Q DbZ Q ππτ≈==13
3365.032714.3320101010⨯-⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=9.3Mpa<30Mpa 所以合格。

2.4 安装要求
螺母压入底座的孔内，为了防止螺母转动，还应装置紧定螺钉。

螺母的相关尺寸计算：
图中：
H=39mm
a=H/3=13mm
D=d+1=28mm
2D =1.7D=47.6 取48
3D =1.32D =62.4 取63
3手柄设计
3.1手柄材料选择
此处选择Q215或者Q235
3.2手柄直径的确定
把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径，其强度条件是： []
F 3
p p
F 0.1d KL σσ≤= 故求得： p d ≥ 28.33mm 取28mm
4 底座设计
底座材料常用HT200及HT150，铸件的壁厚不应小于8mm ，为了增加稳定性，底座尺寸应大些，因此底座设计了1：10的斜度。

图中：
H1=H+20mm=150+20=170mm
H-a=39-13=26mm
D=d+1=28mm
D7=D3+10=73mm
D6=D7+H1/10=73+17=90mm D8=27p D Q
4+πσ=175mm
式中：p σ为底座下枕垫物的许用挤压应力，
这里取木材：2.4Mpa 。

i
参考文献
[1]陈秀宁. 机械设计. 浙江大学出版社
[2]吴宗泽 . 机械设计课程设计手册. 高等教育出版社。