哈尔滨工业大学机械设计作业设计计算说明书题目螺旋起重器（千斤顶）系别机电工程学院班号0908103姓名孟子航学号1090810314日期2011年9月13日哈尔滨工业大学机械设计作业任务书题目螺旋起重器（千斤顶）设计原始数据：表3.1 螺旋起重器的示意图及已知数据设计要求：（1）绘制装配图一张，画出起重器的全比结构，按照比例装配图要求标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏、编写技术要求。

（2）撰写设计说明书一份，主要包括起重器各部分尺寸的计算，对螺杆和螺母螺纹牙强度、螺纹副自锁性、螺杆的稳定性的校核等。

目录一、设计题目---------------------------------------------------------------2二、螺母、螺杆选材---------------------------------------------------------2三、螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算------------------------------------------------------------------------------------------------2 3.2 螺杆强度校核---------------------------------------------------------------------------------------------3 3.3 螺纹牙强度校核-----------------------------------------------------------------------------------------3 3.4 螺纹副自锁条件校核-----------------------------------------------------------------------------------43.5 螺杆稳定性校核-----------------------------------------------------------------------------------------4四、螺母外径及凸缘设计-----------------------------------------------------5五、手柄设计---------------------------------------------------------------5六、底座设计---------------------------------------------------------------6七、参考资料---------------------------------------------------------------8一、 设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：3.1.2 起重量40Q F KN =，最大起重高度200H mm =。

二、 螺杆、螺母选材本千斤顶设计采用梯形螺纹螺旋传动。

由于螺杆承受载荷较大，而且是小截面，故选用45钢调质处理。

查参考文献[2]表10.5得600b Mpa σ=，[]355s Mpa σ=。

由于千斤顶属于低速重载的情况，且螺母与螺杆之间存在滑动磨损，故螺母采用强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜1103ZCuA Fe （考虑速度低）托盘和底座均采用铸铁材料。

三、 螺杆、螺母设计计算3.1耐磨性计算螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜1103ZCuA Fe ，由参考文献[1]查表5.8得螺母材料的MPa p 25~18][=,从5.8的注释中可以查得，人力驱动时[P]的值可加大20%，则[p]=21.6~30Mpa,取[p]=25Mpa 。

按耐磨性条件设计螺纹中径d 2，选用梯形螺纹，则2d ≥。

由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数1.2~2.5ψ=，取2ψ=。

则222.6d mm ≥== 式中 F ——轴向载荷，N ；2d ——螺纹中径，mm;[p]——材料的许用压强，MPa; H ——螺母旋合高度，mm;ψ——引入系数H dψ=查参考文献[3]表11.3取公称直径d=32mm ，螺距P=6mm,中径d 2=29mm,小径d 3(d 1)=25mm,内螺纹大径D 4=33mm 。

那么螺母高度mm d H 58290.22=⨯=⋅=ψ，螺纹圈数7.9658===p H z ，230αβ==。

3.2螺杆强度校核千斤顶螺杆危险截面受轴向力F 和扭转力矩1T 的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩1T 。

根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为[]e σσ=≤ 式中Q F ——螺杆所受的轴向载荷，N ；3d ——螺杆螺纹的小径，mm ；[]σ——螺杆材料的许用应力，MPa;1T ——螺杆所受转矩，N ·mm ；2)'tan(21d F T Q ρψ+=，ψ为螺纹升角，216arctanarctan 3.767929np d ψππ⨯===⨯； 查找参考文献[1]表 5.10得对青铜的当量摩擦因数'0.08~0.10f =，取'0.09f =，螺纹副当量摩擦角''arctan arctan 0.09 5.1427f ρ===。

把已知的值带入1T 的计算公式中，则得12940000tan(3.7679 5.1427)909362T N mm =⨯+=⋅96.3e Mpaσ==由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆的材料许用应力[]3~5sσσ=，355s Mpa σ=，[]71~118Mpa σ=，取[]100Mpa σ=。

显然，[]e σσ<，螺杆满足强度条件。

3.3螺纹牙强度校核因为螺母材料强度低于螺杆，所以螺纹牙的剪切和弯曲破坏大多发生在螺母上，故可只校核螺母螺纹牙强度。

螺母螺纹牙根部剪切强度条件为：][4τπτ≤=bD Z F Q式中Q F ——轴向载荷，N ；D 4——螺母螺纹大径，mm; Z ——螺纹旋合圈数，Z 取10；b ——螺纹牙根部厚度，mm ，对于梯形螺纹b=0.65P=0.65×6mm=3.9mm 。

代入数据计算400009.910330.656MPa τπ==⨯⨯⨯⨯查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用剪应力[]30~40MPa τ=，显然[]ττ<。

螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为：][324b Q b bD Z l F σπσ≤=式中：l ——弯曲力臂，423329222D d l mm --===； 其它参数同上。

代入数据计算2340000215.2201033(0.656)b MPa σπ⨯⨯==⨯⨯⨯查参考文献[1]表 5.9得螺母材料许用弯曲应力40~60b Mpa σ=。

显然，[]b b σσ<，即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。

3.4 螺纹副自锁条件校核由螺纹副自锁条件'arctan ','f =≤ρρϕ式中ϕ——螺纹螺旋升角（°），2arctand npπϕ= 'ρ——当量摩擦角(°);n ——螺纹线数，n=1;p ——螺纹导程(mm);2d ——螺纹中径(mm);'f ——当量摩擦系数,查机械设计表5.10，得'f =0.08~0.10,取'f =0.09; 代入数据16arctan 3.767929φπ⨯==︒⨯︒==1427.509.0arctan 'ρ因为ϕ≤'ρ，所以满足螺纹副自锁条件要求。

3.5螺杆的稳定性校核千斤顶的最大上升高度H=200mm.则螺杆的最大工作长度退刀槽螺母l H L +++=1h 2200式中螺母H ——螺母高度(mm)，60H ZP mm ==螺母；1h 符号参见参考文献[1]图3.1；退刀槽l ——螺杆与手柄座相接处额尺寸，查手册知，退刀槽l =9mm 。

假设手柄直径为d 1=24mm,由尺寸经验公式h 1=(1.8~2)d 1=43.2~48mm 取h 1=48mm,则L=(200+30+48+9)=287mm则螺杆的柔度14d LiLμμλ==式中μ——长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则可取μ=2； d 1——螺纹小径，d 1=25mm 。

i ——螺杆危险截面的惯性半径(mm),41d A Ii ==,其中A 为危险截面的面积(mm 2)。

代入数据计算4228791.849025λ⨯⨯==>对于45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷Fc 为：4212118898()64c d E F N L ππμ==那么，由压杆稳定条件118898 2.97 2.540000c F F ==>故螺杆满足稳定性要求。

四、 螺母外径及凸缘设计根据经验公式，螺母外径D 2≈1.5d=1.5×32=48mm;螺母凸缘外径D 3≈1.4D 2=1.4×48=67.2mm;故D 3=67mm ； 螺母凸缘厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×60=12~18mm ，取b=16mm 。

五、 手柄设计加在手柄上的力需要克服螺纹副之间的摩擦阻力矩T 1和托杯支撑面间的摩擦力矩T 2。

设加在手柄上的力F 1=200N ，手柄长度为L 1，则有F 1 L 1 = T 1 +T 2。

对于T 1和T 2，有2129tan(')40000*tan(3.7679 5.1427)*22d T F ψρ=+=+=90936N ·mm 2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3+--+--⋅=D D D D fF T 公式中的符号见参考书[1]图3.2和图3.3。

根据经验公式，(1.6~1.8)(1.6~1.8)3251.2~57.6D d ==⨯=mm,取D=55mm;1(0.6~0.8)(0.6~0.8)3219.2~25.6D d ==⨯=mm ，取D 1=20mm 。

托杯材料选择铸铁，手柄选择Q215，摩擦因数f=0.12,则2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3+--+--⋅=D D D D fF T ≈93665N.mm 那么手柄长度12119093693665923200T T L mm F ++===，取1L =300mm,加套筒长700mm 。

设手柄所受最大弯曲应力为σ，查参考文献[2]表10.1,MPa s 225=σ，查参考文献[3],得[]2~5.1sb σσ=，则[]b σ=102.5~136.7MPa,取[]b σ=110MPa 。

则手柄直径d 1应满足[]b z d T T W T T σπσ≤+=+=312121)(32，转化为：125.8d mm ≥==取手柄直径d 1=26mm 。