机械设计-千斤顶-设计计算说明书.doc

计 算 及 说 明
主 要 结 果
一、传动方案的确定
螺旋千斤顶由螺杆、底座、螺母、手柄和托杯等组成。通过转动手柄使螺杆在固定的螺母中边旋转、边相对底座上升或下降，从而能把托杯上的重物举起或放落。装在螺杆头部的托杯应能自由转动，螺杆下端设置安全挡圈，以防止螺杆全部旋出。螺旋千斤顶应具有可靠的自锁性能。
二、 主要设计参数
主要设计参数为A5，即最大起重重量F=26kN，最大起重高度L=160mm。
三、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸
3.1螺纹牙型的选择
梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好。所以选择梯形螺纹牙型。螺杆螺母材料选择钢—青铜。
3.2螺纹基本尺寸
螺纹中径按螺母螺纹牙面的耐磨性计算，对于梯形螺纹，，则有

式中值一般取1.2~2.5，此处取1.2，许用压力经查表得MPa。
则mmm。 取螺杆标准中径mm。
查表可得螺距P=6mm，牙顶间隙mm。
螺杆大径mm。
螺杆小径mm。
螺母的标准中径mm。
螺母大径mm。
螺母小径mm。

选用梯形螺纹牙型

mm

mm

mm
mm
mm
mm
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主 要 结 果
四、螺杆的设计计算
4.1材料
螺杆的常用材料为Q235、Q275、35钢和45钢。此处考虑成本与耐磨性要求，选用经正火或淬火处理的45钢。
4.2螺杆结构
螺杆上端需用于支承托杯和插装手柄，故此处需要加大直径。其结构如图1所示，图中为最大起重高度，为螺母高度，手柄孔径的大小应根据手柄直径决定，一般取mm。
由3.2结论知螺杆小径mm，中径mm，螺距mm，为了便于切制螺纹，应设退刀槽，退刀槽处的直径要比螺纹小径小0.2~0.5mm，这里取0.5mm。
则mm。
退刀槽的宽度mm。故此处取mm。
为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应制有倒角,如图1(a)所示。或制成稍小于小径的短圆柱体，如图1(b)所示。

图1

螺杆选用45钢

mm
mm
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主 要 结 果
4.3自锁性校核
自锁性条件为。
螺纹升角
经查表，摩擦因数取0.08，螺纹牙侧角取，当量摩擦角。
由于影响摩擦因数的因素很多，其值并不稳定，为保证螺旋起重器有可靠的自锁能力，可取。由上述计算可得，所以自锁性满足要求。
4.4强度校核
螺杆工作时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力，升至最高位置时，载荷分布如图2所示。

图2

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主 要 结 果
螺杆所受扭矩
N·mm。
危险剖面的强度

MPa
查表得45钢的屈服强度可取MPa，故螺杆材料的需用许用应力MPa。按照第四强度理论，危险剖面的强度按校核。这里45MPa71MPa。所以强度满足。
4.5稳定性校核
螺杆危险界面惯性半径mm。由3.2知mm，则螺杆头部高度取mm，螺杆最大工作长度mm，长度系数，则柔度mm<85mm，故

故，所以满足稳定性条件。
五、螺母的设计计算
5.1材料
螺母和螺杆旋合工作时，应具有较高的耐磨性和较低的摩擦因数，通常选用螺母材料比螺杆材料硬度低。耐磨性较好的螺母材料有：铸锡青铜ZCuSn10Pb1、铸锡锌铅青铜ZCuSn5Pb5Zn5和铸铝铁青铜ZCuAl10Fe3；当低速、轻载或不经常使用时，也可选用耐磨铸铁或铸铁。这里我们选用铸铝铁青铜，即ZCuAl10Fe3。

N·mm

MPa

MPa

mm
mm
mm
mm
mm

kN

螺母选用铸铝铁青铜
ZCuAl10Fe3
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主 要 结 果
5.2螺纹牙工作圈数z
螺纹牙工作高度mm，螺纹牙工作圈数
。考虑到螺纹牙工作圈数越多，载荷分布越不均匀，故螺纹牙工作圈数不宜大于10，故
。取。考虑到螺纹杆退刀槽的影响，螺母螺纹牙实际圈数应取。
5.3螺母的结构尺寸
螺母的结构如图3所示，螺母的高度mm；螺母外径mm；螺母的凸缘外径mm；螺母的凸缘厚度mm。
螺母装入底座孔内，配合选取。为防止螺母转动，设置紧定螺钉，其直径取M6。

图3

mm

mm
mm

mm
mm
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主 要 结 果
5.4螺纹牙强度校核
对于梯形螺纹，螺纹牙根部厚度mm；弯曲力臂mm。螺纹牙根部的弯曲应力
MPa，查表得螺母材料的许用弯曲应力MPa。由于MPaMPa，故螺纹牙根部抗弯强度满足条件。
螺纹牙根部的剪切应力
MPa，查表得螺母的许用剪切应力MPa。由于MPaMPa，故螺纹牙根部抗剪强度满足条件。
5.5螺母悬置部分强度和螺母凸缘强度校核
螺母悬置部分横截面上的拉应力
MPa，查表得螺母材料的许用拉应力MPa。由于14MPa33.2MPa，故螺母悬置部分横截面上的抗拉强度满足条件。
螺母凸缘支承面上的挤压应力
MPa，查表得螺母材料的许用挤压应力MPa。由于
7.77MPa60MPa，故螺母凸缘支承面上的挤压强度满足条件。
螺母凸缘根部的弯曲应力
MPa，查表得螺母材料的需用弯曲应力MPa。
由于15.33MPa40MPa，故螺母凸缘根部弯曲强度满足条件。
螺母凸缘根部的剪切应力

mm
mm

MPa

MPa

MPa

MPa

MPa

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主 要 结 果
MPa,查表得MPa。由于6.9MPa30MPa，故螺母凸缘根部的剪切强度满足条件。
六、 托杯的设计计算
托杯用以承托重物的，可选用铸铁、铸钢或Q235，此处我们选用Q235。具体结构如图4所示。为防止托杯与重物相对滑动，托杯上表面应制有切口和沟纹。为防止托杯从螺杆端部脱落，螺杆端部应装有挡圈。
为防止接触面过快磨损，应校验接触面的压力,首先托杯的尺寸mm；
mm。
接触面的压力MPa

图4

MPa

托杯选用Q235A

mm

mm

MPa
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主 要 结 果
查表得许用压力MPa。由于10.98MPa13MPa，所以接触面间的压力满足条件。
七、 手柄的设计计算
7.1材料
手柄材料选用Q235A。
7.2手柄长度
螺旋副的摩擦阻力距
kN·mm。
螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩

手柄长度mm。
手柄的计算长度是螺杆中心至人手施力点间的距离。考虑到螺杆头部尺寸及手握的距离，手柄的实际长度应为
mm
为减小千斤顶的存放空间，一般取实际手柄长度不大于千斤顶的高度。当举重量较大的时候，可在手柄上套一长套管，以增大力臂达到省力的目的。
7.3手柄直径
把手柄看成一个悬臂梁，按抗弯强度设计，即
mm
7.4手柄结构
为防止手柄从螺杆中滑出，在手柄两端应设有挡圈，如图5所示，并用螺钉固定或铆合。

手柄材料选用
Q235A

kN·mm
kN·mm

mm

mm

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主 要 结 果

图5
八、 底座的设计计算
8.1材料
底座材料常选用铸铁HT150、HT200，当起重量大时可选用铸钢。此处我们选用HT150。
8.2底座结构
底座铸件的厚度不应小于8~10mm；为增加底座的稳定性，故需将外形制成1：10的斜度，如图6所示，图中

图6

底座选用HT150

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主 要 结 果
mm；
mm；
mm；
mm；
mm;
取mm。
九、 螺旋起重器效率计算
当螺旋转过一圈后，效率为

符合千斤顶的一般要求。
十、 设计小结
经过紧张而辛苦的几周的课程设计结束了，看着自己的设计。即高兴又担忧，高兴的是自己的设计终于完成了，担忧的是自己的设计或许存在着一些不足之处。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
十一、参考资料
[1]傅燕鸣主编.机械设计课程设计手册.上海：上海科学技术出版社，2013.

mm
mm
mm
mm
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