千斤顶设计说明书
哈尔滨工业大学
机械设计大作业设计说明书
题目：设计螺旋起重器
院系：机电工程学院
班号： 1008101
姓名：吕明睿
日期： 2012-10-04
题目： 螺旋起重器(千斤顶)设计
螺旋起重器的示意图及已知数据
题目 起重量F Q /kN 最大起重高度H/mm
3.1.1 30 180
1. 选择螺杆、螺母的材料
螺杆采用Q235碳素结构钢，由《机械设计课程设计指导书》表10.1查得抗拉强度
b 375~460MPa σ=，s 225 MPa(16<d 40mm)σ=≤。
螺母材料也采用Q235碳素结构钢。
2. 螺杆强度计算
螺杆采用Q235碳素结构钢，螺母也采用Q235碳素结构钢。
由《机械设计》表 5.9 查得
[]MPa 3~5s
σσ=
取225
[]MPa 4
σ==56.25 。
根据螺杆强度条件设计螺纹小径1d ，选用梯形螺纹，则
14 1.254 1.2530000
29.14[]
3.1456.25
Q
F d mm πσ⨯⨯⨯≥
=
=⨯
式中：Q F ——轴向载荷，N ；
1d ——螺纹中径，mm ；
[]σ——螺杆材料许用应力，MPa ；
Q F
F
查《机械设计课程设计指导书》表11.3取公称直径38d =mm ，螺距8P =mm ，中径
234d =mm ，小径130d =mm ，内螺纹大径439D =mm ，。
3. 耐磨性校核
螺纹的耐磨性强度条件为
[]s p p =
≤
对于梯形螺纹，工作高度0.54h p
mm ，对于整体式螺母 1.2~2.5ψ=，取2ψ=，
则 2
1.673457H
d mm ，此时螺纹旋合圈数满足圈数要求
577.125
108
H Z
p
查《机械设计》表 5.8，[]7.5~13p MPa =，取[]10p MPa =，
230000
8.26[]3.140.0340.50.068
s Fp p Mpa p d hH π=
==≤⨯⨯⨯
耐磨性校核满足强度要求。
4. 螺母螺纹牙的强度校核 螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为
1[]Q F Z d b ττπ=
≤
（5）
式中：Q F －－轴向载荷，N ；
4D －－螺母螺纹大径，mm ；
Z －－螺纹旋合圈数，取7.2Z =；
b －－螺纹牙根部厚度，梯形螺纹0.650.658 mm 5.2 mm b p ==⨯=；
[]τ－－螺母材料的许用切应力。
代入数据计算得
30000
8.57.2 3.1430 5.2
MPa MPa τ=
=⨯⨯⨯
由于螺母和螺杆材料相同，因为螺杆螺纹小径1d 小于螺母螺纹大径4D ，所以校核螺杆螺纹牙强度。
查《机械设计》表5.9螺杆材料的许用切应力
[]0.6[] =0.656.25=33.75MPa τσ=⨯，显然[]ττ<。
螺纹牙根部的弯曲强度条件为
b b 2
13[]Q F h
d Zb
σσπ=
≤
（6）
式中：Q F －－轴向载荷，N ；
h －－弯曲力臂，mm ；
4D －－螺母螺纹大径，mm ；
Z －－螺纹旋合圈数，取7.2Z =； b －－螺纹牙根部厚度，mm ；
b []σ－－螺母材料的许用弯曲应力。
数据代入式（6）得
b 2
3300004
19.63.14307.2 5.2MPa MPa σ⨯⨯=
=⨯⨯⨯
查《机械设计》表5.9螺母材料的许用切应力b [](1~1.2)[]56.25~67.5MPa σσ==。
显然b b []σσ<，即满足螺纹牙的强度条件。
5. 自锁条件校核
因螺纹升角 4.39ψ=︒，螺纹副当量摩擦角' 6.2ρ=︒
'ψρ<
所以满足自锁条件。
6. 螺杆的稳定性校核 螺杆的柔度值
1
4l l
i
d 式中：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，则螺母退刀槽1
180
2
H l
h l 。
查手册知退刀槽=9mm l ，
螺母=57mm H ，假设手柄直径手柄20d mm ，由结构尺寸经验公式
手柄
1
(1.8~2)54~60h d mm ，取1
56h mm ，则
(180
28
56
9)273l
mm
mm
——长度系数，对于千斤顶，可以看作一端固定， 一端自由，取2,
代入以上数值得
1
442273
72.930
l d
对于Q235碳素钢，当
90时：
2
2
12
2
340340 3.14301424
41
0.00013
1
0.0001372.9c
d F KN
142
4.73
430
c F F
因此满足稳定性要求。
7. 螺母外径及凸缘设计 由经验公式知，
螺纹外径
2
1.5 1.538mm57mm
D d
≈=⨯=
螺纹凸缘外径
323
1.4 1.45779.8,D80mm
D D mm mm
≈=⨯==
取。
螺纹凸缘厚b=H57mm11.417.1mm b12mm
⨯==
（0.20.3）=（0.20.3），取。
8.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
12
FL T T
=+
（7）
式中：
1
T－－－－－螺纹副摩擦力矩，N mm
⋅；
2
T－－－－－托杯支承面间的摩擦力矩，N mm
⋅。
其中
1
59971N mm
T=，
33
1
222
1
[(2~4)](2)
1
3[(2~4)](2)
Q
D D
T fF
D D
--+
=
--+
（8）
式中：f－－－－－托杯支承面间摩擦因数；
Q
F－－－－－轴向载荷，N；
(2~4)
D-、
1
D见下图。
(1.6~1.8)(1.6~1.8)38 mm=(60.8~68.4) mm66mm
D d
==⨯，取。
1(0.6~0.8)(0.6~0.8)38 mm(22.8~30.4) mm30mm
D d
==⨯=，取。
(0.8~1)(0.8~1)66 mm(52.8~66)mm54mm
h D
==⨯=，取。
21(0.6~0.8)(0.6~0.8)30 mm (18~24)mm 20mm h D ==⨯=，取。
T (2.0~2.5)(2.0~2.5)38 mm (76~95)mm 0mm D d ==⨯=，取9。
110 mm δ=， 6 mm a =，10 mm t =。
Q2350.12f =托杯铸铁，手柄，摩擦因数
331222
1[(2~4)](2)1
3[(2~4)](2)Q
D D T fF D D --+=--+ 得288534 N mm T =⋅。
设200 N F =，则125997188534
mm 742.5 mm 200
T T L F ++=
==，取270 mm L =，加套筒长500 mm 。
手柄直径
d ≥手柄
（9）
手柄材料的许用弯曲应力
s
[] 1.5~2b σσ=
其中s 225 MPa σ=，则[]110MPa b σ=。
数据代入，得
23.8mm d ≥
=手柄
取手柄直径30 mm d =手柄。
9. 底座设计
螺杆下落到底面，再留20~30 mm 空间，底座铸造起模斜度为1:10，厚度为
10 mm δ=。
5D 由结构设计确定，5120 mm D =。
451.4 1.4120 mm 168 mm D D ≈=⨯=，取4180D =
校核底面的挤压应力：
4P 2222530000
2.12 MPa ()
(180126)
4
4
Q
F D D σπ
π
=
=
=--
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 δ=时，b 100 MPa σ≥，P b [](0.4~0.5)(0.4~0.5)100 MPa (40~50)MPa σσ==⨯=。
显然，P P []σσ<，满足设计要求。
参考文献：
[1] 陈铁鸣.机械设计。
哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,
[2] 王连明,宋宝玉.机械设计课程设计. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社 [3] 张 锋.宋宝玉.机械设计大作业指导书. 哈尔滨：高等教育出版社。