江苏大学京江学院机械设计作业设计计算说明书题目: 螺旋千斤顶系别: 机械电子工程班号: 1002班姓名: 陆胜凯学号: 3101102037日期: ２０１２年11月10号题目:螺旋千斤顶设计原始数据：起重量Q=30kN, 最大起重高度H=150mm。

说明螺旋起重器的结构见图,螺杆7和螺母6是它的主要零件。

螺母6用紧定螺钉5固定在底座8上。

转动手柄3时，螺杆即转动并上下运动。

托杯1直接顶住重物，不随螺杆转动。

挡环9防止螺杆由螺母中全部脱旋出。

对这一装置主要的要求是:保证各零件有足够的强度、耐磨性、能自锁、稳定性合格等。

工作量1.设计计算说明书一份，主要包括起重器各部分尺寸的计算，强度，自锁性，稳定性校核等。

2.装配图一张，画出起重器的全部结构，标注出必要的尺寸与零件编号，填写标题栏与明细表目录一、选择螺杆、螺母的材料 (4)二、按耐磨性条件计算螺杆中径d2 (4)三、自锁条件校核 (5)四、螺杆强度计算 (5)五、螺母螺纹牙的强度校核 (6)六、螺杆的稳定性校核 (7)七、螺母其他参数设计及校核 (7)八、手柄设计 (8)九、螺杆其他参数设计 (10)十、底座尺寸设计 (11)十一、螺钉尺寸 (12)十二、参考资料 (12)十三、各部件CAD图 (13)一、选择螺杆、螺母的材料螺杆采用45号调质钢，由机械设计手册查得抗拉强度 σB=600MPa ， σS=355 MPa 。

由于千斤顶属于低速重载的情况，故螺母材料用铝青铜ZCuAl10Fe3二、按耐磨性条件计算螺杆中径d 2根据国家规定，ψ=1.2-1.5，这里取：1.3（梯形螺纹），即h=0.5P ；[p]=20MPa ，把数据代入得式中 Q —轴向载荷 Nd 2—螺纹中径 mm [p]——许用压强Mpa p —螺距h —螺纹的工作高度带入得：d 2≥27.1mm，d 2取31mm,d=34mm,d 1=27mm,D 1=28mm,D=35mm,P=6 因为ψ=H ／d 2 ，H=zp ，所以，H=42mm,z=7[]p ≤==h Hπd Q P h uπd Qp 22[p ]πh QPd 2ψ≥三、自锁条件校核自锁条件是 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*6/3.14*31)=3.5 =ρarctan0.09=5.14故 14.55.3=<=ρλ，所以满足自锁性。

四、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≤⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡2312211634d T d Q其中扭矩T=Qtan （ρλ+）2d =30000tan （5.14+3.5）×31/2310-⨯≈70.6N.m查手册，45钢 s σ=335Mpa[]σ=s σ/(3-5)=335/4Mpa=88.75Mpa=c σMPa61027.0166.703027.04300002322≈⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡ππ而c σ<[]σ，所以螺杆强度满足。

五、 螺母螺纹牙的强度校核螺纹牙危险截面处的剪切强度式： ][τπτ≤=bD z Q式中：Q —轴向载荷 Q=30000N D —螺母螺纹大径 D=35 mm z —螺纹旋合圈数，z=7b —螺纹牙根部厚度，梯形螺纹b=0.65p=0.65×6=3.90mm h —螺纹的工作高度，此时h=D-D 2=4mm,[τ]—螺母材料的许用剪应力，查表MPa 4030][-=τ带入 数据得：τ=9.2MPa显然满足][ττ≤，所以螺纹牙剪切强度满足。

弯曲强度条件式：σb =zDb Fh23π≤[σb] [σb ]—螺母材料的许用弯曲应力，查表MPa b 60~40][=σσb=z Db Fh 23π=79.33514.343000032⨯⨯⨯⨯⨯≈30.8MPa显然满足][b b σσ≤，螺纹牙的弯曲强度满足条件.六、螺杆的稳定性校核螺杆危险截面的惯性半径ii =75.641=d mm 螺杆危险截面的轴惯性矩II=6441d π=642714.34⨯=26074mm 4螺杆的柔度值liμλ=式中：l — 螺杆最大受力长度由起重高度H 1、螺母高H 、铰支头高h 1决定，其中h 1=（1.8~2）d 1取h 1=2d 1=54mm因l =H 1+H+h 1+=150+42+54=246 mm ；μ—长度系数 ，对千斤顶，可看作一端固定，一段自由，取μ=2带入数据得：λ=73对于45号钢，当λ<90时：F C =()22L EIμπ 其中E=2.06×105MPaF C =()22L EI μπ=()2522462260741006.214.3⨯⨯⨯⨯ = 218778N30000218778=F F C ≈7.3≥ S=3.5—5.0 因此满足稳定性。

七、 螺母其他参数设计及校核图中：已知D=35mm ，H=42mm ，令a=H/3=14mm ，，2D =1.7D=59.5mm 取60mm ， 3D =1.32D =78mm（1） 校核凸缘支承表面的挤压强度[σp ]=(1.5-1.7)[σb ],取[σb ]=50 Mpa 所以[σp ]=75-80 MPa,强度条件为σp =()2234DD Q-π≈7.9MPa ≤[σp ] 合格 （2） 校核凸缘根部弯曲强度σp=WM =()()22223146014.36078300005.16/4/⨯⨯-⨯⨯=-a D D D F π≈21.9Mpa ≤[σb ]=50 Mpa 合格（3） 校核凸缘根部剪切强度强度条件为τ=aD Q2π≤[τ] 式中，螺母材料的许用切应力[τ]=30 到40Mpa故τ=146014.3300002⨯⨯=a D Q π≈11.4Mpa ≤[τ] 合格性要求. 八、手柄设计计算a) 确定手柄长度 手柄上的工作转矩为T=F H L H =T 1+T 2=()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++2203030232tan 21d D d D f d F c ρλ 式中，T1、T2分别为螺纹副摩擦力矩及拖杯与接触面摩擦力矩（N ·mm ）；fc=0.15为拖杯与支承面的摩擦系数；D 0为托杯底座与支承面接触部分外径（mm ），由经验公式D0=（1.6～1.8）d 确定，取D 0=60mm ；d 0为托杯底座与支承面接触部分内径（mm ），取d 0=22mm,FH 为手作用在手柄上的力（N ），取F H =180N ；L H 为手柄有效长度（mm ）。

故 200 L H =()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⨯++⨯22332260226015.03214.55.3tan 313000021得 L H ≈847.5mm 取L H =850 mm b) 确定手柄直径d p选手柄材料为45钢，σS=355MPa,许用弯曲应力[]2~5.1sb σσ==237～178 Mpa ，取[σb ]=200 Mpa 。

手柄的弯曲强度条件为σb =[]b pH H H H d L F WL F σπ≤=332因此，d p ≥320085020032⨯⨯⨯π≈20.5mm, d p =21 mm 。

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。

图中尺寸：挡环尺寸：31d p =7 mm d p +(6~8)= d p +9=30mm托杯其他部分尺寸为托杯高h=(0.8～1)Do=56～70mm ，取h=56mm其中δ=10mm九、螺杆其他参数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=8.5mm，Dp=1.8d=61.2mm 取62mm，1.5d=51mm 取52mm，H1+H=170mm+42mm=212mm十、底座尺寸设计底座材料常用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。

下图中：H1=H+△=H+20mm=150+20=170mmH-a=42-14=28mmD7=D3+10=88mmD6=D7+H1/10=88+17=105mmD8=27p D Q4+πσ≈153.8mm ，取150mm 。

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 。

十一、螺钉尺寸固定挡圈用的螺钉GB/T5783-2000 M6×12 螺杆顶部固定螺钉 GB/T5783-2000 M6×12紧定螺钉 GB/T71-1985 M6×20(图中未画出紧盯螺钉) 十二、参考资料[1] 马履中. 机械原理与设计.北京 机械工业出版社, 2009,2[2] 钱可强．机械制图 北京 高等教育出版社，2009．[3] 刘鸿文，材料力学．北京：高等教育出版社，2008.。