螺旋千斤顶设计说明书锯齿形螺纹

广西工学院

螺旋千斤顶

设计计算说明书

（锯齿形牙型）

院 系 机 械 工 程 系

班 级 ************

指导教师 *************

设 计 者 学 号 *************

目 录

1 螺杆的设计与计算

1.1 螺杆螺纹类型择

1.2 选取螺杆材料

1.3 确定螺杆直径

1.4 自锁验算

1.5 螺杆强度计算

1.6 稳定性计算

1.6.1 计算柔度

1.6.2 稳定性计算

2 螺母设计与计算

2.1 选取螺母材料

2.2 确定螺母高度H及螺纹工作圈数u

2.2.1 求螺母高度H

2.2.2 螺纹工作圈数u

2.2.3 螺母实际高度H

2.3 校核螺纹牙强度

2.3.1 螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算

2.4 安装要求

2.4.1 螺母的相关尺寸算

3 托杯的设计与计算

3.1 托杯的尺寸计算

4 手柄设计与计算

4.1 手柄材料

4.2 手柄长度Lp

4.3 手柄直径dp

4.4 结构

5 底座设计

6 参考文献

1螺杆的设计与计算

1.1螺杆螺纹类型：锯齿形螺纹。

1.2选取螺杆材料：螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。选45号钢。

1.3确定螺杆直径：

按耐磨性条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距p及其它尺寸。 根据国家规定=1.2~2.5，取=2.0；h=0.75p；查教材表5-12，[p]取10Mpa故，

F3104

d2≥0. =0. =25.17mm，查机械设计手册，d取30.000mm，则p=6mm， 6p2.01010

d1=20.293mm ，d2=25.500mm 螺母高度H=d2=51mm

1.4自锁验算：

自锁条件是≤v，式中：为螺纹中径处升角；v为当量摩擦角（当量摩擦角

v=arctanf，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。查教材表5-12， cos

f取0.10， =arc p /  d2)=arctan（16/3.1425.500）=4.28

v=arctan0.10f =arctan=5.91故，=4.28

cos15cos

.1.5螺杆强度计算：

扭矩 T F tan(    v ) d2=54.7N.m式中：为螺纹中径处升角，v为当量摩擦角式中：为2

螺纹中径处升角，v为当量摩擦角。查手册，45钢，s=355MPa

[]=ss355===118.3MPa查手册表3-8，d1=20.293mm 3~433

22

443103.1420.2931034FTca=d20.2d3=

11

=98.4MPa

1.6螺杆稳定性计算：细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。Fcr / F  2.5 ~ 4.螺杆的临界载荷Fcr与柔度λs有关，λs= l/i，为螺杆

的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取l＝H+5p+(1.4~1.6)d，

i为螺杆危险截面的惯性半径，mm

若危险截面面积A=d12/4，则iId1(I为螺杆危险截面的轴惯性矩) A4

当螺杆的柔度λs＜40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。

1.6.1计算柔度

（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i 3.1420.293103

I==6464

iId3=5.0710m A4d144=0.8310m 84（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l

l＝H+5p+(1.4~1.6)d=300+5×6+1.5×30=375mm

(3) 计算柔度:教材，取2(一端固定，一端自由)

2119.25103

λs= l/i==47>40，需校核 5.07103

1.6.2稳定性计算:

（1）计算临界载荷Fcr

Fcr=2EI

ul23.1422.0610110.831082119.251032=29.6104N

Fcr29.6104

(2) 稳定性计算=9.86>3.5~5.0 F3104

2. 螺母设计与计算:

2.1选取螺母材料:选青铜

2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u

考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u = u+1.5(u应圆整)。考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d

2.2.1求螺母高度H：H=d2

2.2.2螺纹工作圈数u: uH225.5==8.5, u = u+1.5=8.5+1.5=10 6p

2.2.3 螺母实际高度H: H= up=10×6=60mm

2.3校核螺纹牙强度:

2.3.1螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算

螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：

Fdd26Fl；,l==2.25mm,取30-40Mpa, b取40-60Mpa bdtbu2db2u

F3104

故， ==7.07MPa 33dbu3.1430100.7561010

631042.251036Fl==21.2Mpa db2u3.14301030.756103210

2.4安装要求: 螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用H8H或8等配合。为了安装简便，需在r7n7

螺母下端（图1―3）和底座孔上端（图1―7）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图1―1），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm。

2.4.1 螺母的相关尺寸计算:

查手册D=d+1=31mm

内螺纹小径D1=d-7=23mm,

D3= (1.6~1.8)D =1.7×31=52.7mm

D4= (1.3~1.4)D3 =1.3×52.7=68.51mm

H′=60mm, H′/3=60/3=20mm

3. 托杯的设计与计算

3.1托杯的尺寸计算:

托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图1―4。 pF ≤[p

] 22(D12D11)

4

式中：[p]——许用压强，

应取托杯与螺杆材料[p]的小者。

D10=(2.4~2.5)d=2.4530=73.5mm,

D11=(0.6~0.7）d=0.6530=19.5mm

D13=(1.7~1.9)d=1.830=54mm,

D12=D13-(2~4)=54-3=51mm

故 pF ≤[p] 22(D12D11)

4

3104

= 3.14(0.05120.01952)=17.2MPa

4

[p]>23Mp a

4. 手柄设计与计算

4.1手柄材料:用Q235和Q215。

4.2手柄长度Lp:

板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T2

则LpT1T2 K

式中：K——加于手柄上一个工人的

臂力，间歇工作时，约为150～250N，

工作时间较长时为100～150N。

T1——螺旋副间的摩擦阻力矩，

T1Ftan(v)d2。2

=3×104tan(4.28°+5.91°25.5103=72.2N.m 2

T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，

T2 = (D12+D11) f F/4。 (f查手册取0.06)

=(51+19.5) ×10-3 ×0.06×3×104/4=126.9N.m

则 LpT1T272.2126.9==995.5mm

K200

手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，

手柄实际长度还应加上

柄上另加套管。 D13+（50～150）mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手2

`因此，手柄实际长度Lp=Lp+54+50=1072.5mm 2

4.3手柄直径dp:

把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为 FKLp

0.1d3

p ≤[]F 故 dp≥KLp0.1[]F ≥2001.0725=26.15mm, dp取27mm 0.1120106

式中：[]F——手柄材料许用弯曲应力，

当手柄材料为Q215和Q235时，

[]F=120Mpa。

4.4结构

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：

1 dp =9mm 3

dp+(6~8)= dp+8=35mm

5. 底座设计

底座材料常用铸铁（HT150

及HT200），铸件的壁厚δ不应

小于8～12mm，为了增加底座

的稳定性，底部尺寸应大些，

因此将其外形制成1∶10的斜

度。

底座结构及尺寸如图1―7

图中 H1=H+（14～28）mm

=300+20=320mm

H-a=60-20=40mm,

D=d+1(查手册) =30+1=31mm

D6=D3+（5～10）mm

=52.7+7=60mm

D7=D6+

D8=320H1=60=124mm 554F2D7 π[]p

43104

=122.72=185mm 3.142

式中：[]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取[]p=2~2.5MPa。 手柄孔径dk的大小根据手柄直径dp决定，dk≥dp十0.5mm。其中：1.5p=9mm D13=(1.7~1.9)d=1.8×30=54mm (1.4~1.6)d=1.5d=45mm H1+H`=320+60=380mm 0.25d=7.5mm

6.参考文献

[1] 大连理工大学工程画教研室.机械制图[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2] 成大先，机械设计手册四。化学工业出版社出版，2004.

[3] 纪名刚.机械设计第八版.西安:高等教育出版社,2005.

[4]孙维连,魏凤兰.工程材料[M].北京:中国农业大学出版社,2006.

[5] 刘鸿文，材料力学。高等教育出版社，2008.