螺旋千斤顶作业_机械设计课程设计大作业
计算及说明
结果
螺旋千斤顶主要零件：螺杆、螺母、托杯、手柄和底座。
设计的原始数据：最大起重F=60KN 、最大升起高度H=230mm 。 螺旋千斤顶的设计步骤如下：
1.螺杆的设计与计算：
（1）螺纹的牙型
选用矩形螺纹，采用内径对中，配合选H8/h8，在计算强度时不考虑螺纹的径向间隙。
（2）螺杆的材料 选用Q255——《现代工程材料成型与机械制造基础》 孙康宁 P80
（3）螺杆直径
螺杆工作时，同时受压力与扭矩的作用，因此它的计算可近似按紧螺纹栓联接的计算公式估算出螺纹内径，即：
[]
σπF
2.5d 1≥
查式中螺杆的屈服极限
σ
s
=255MPa ，由于Q235是塑性
材料，取安全因数n=2，得许用压应力[]σ=，取整数
[]σ=130MPa 。
——《材料力学》 王世斌 亢一澜 P19、P28
将上述数据带入得螺杆的直径为
d
1
≥，取d 1=30mm 。
根据经验公式4
p d
1
=
，得P=。
参考梯形螺纹标准，螺纹牙型高h=2
p
，得h=。 d 圆整为整数后，取
p d d
1
-===。
（4）自锁验算
在考虑众多因素后，实际应满足的自锁条件为： 1-'≤ρψ 原始数据 F=60KN H=230mm
配合选H8/h8
螺杆的材料选Q255
螺杆直径取
由)(/np tan d 2
π
ψ= n=1，p=，d 2=
2
h
2d 1+?=
得tan ψ=——《机械原理与机械设计》 张策 P38 当量摩擦角ρ'=arctan
μ，在有润滑油情况下μ=，得1-'ρ=
验证结束，左边小于右边，达到自锁条件。
——《机械原理与机械设计》 张策 P71 （5）结构 手柄孔径
d
K
根据手柄直径p d 决定，mm 5.0d d p k +≈。
根据后面手柄部分的计算得到p d =26mm ，所以k d =。 退刀槽的直径比1d 小，取值为28mm 。 退刀槽的宽度取为=。 （6）螺杆的强度校核
对Q235进行压应力校核，Q235许用弯曲应力
=120MPa ，从后面
的计算中得到数值，如下公式：
2
31222b 0.2d T 3d 4????
?
?+???? ??=πσF <102MPa ，符合该压力下的强度要求。
2.螺母的设计与计算
（1）材料
螺母的材料选择
（2）螺纹圈数Z 与高度H '，螺母的圈数通常是根据螺纹牙间强度条件求出，即： []
p h d 2πF
Z ≥
式中：螺纹中径2d =，螺纹牙高度h= 螺纹牙的强度计算
螺纹牙危险截面的抗剪强度条件为：[]τπτ≤=
Z
F
b d 1=98MPa ，得≥
螺纹牙危险截面的抗弯强度条件为：[]b 21b Z
b d Fl
6σπσ≤=
=400MPa ，得
12.0≥Z ——《机械原理与机械设计》 张策 P81
对于矩形螺纹b=，在条件Z ≤10的条件下，取Z=6。 考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数为：5.1Z Z +='= 所以得到螺母的高度：P Z H '='=。
符合自锁条件
退刀槽的宽度取
螺杆的强度校核符合要求
螺母的材料选择Q235
（3）螺母其他尺寸（如图）：
（4）螺母与底座的配合
螺母压入底座上的孔内，圆柱面的配合采用H8/n7，为了方便安装，应在螺母下端和底座孔上端制出倒角，紧固螺钉的直径取M8。
3.螺杆稳定性验算
计算螺杆柔度时，螺杆最大受压长度l 可按将重物举到最大起升高度后，托杯底面到螺母中部的高度计算，即：
1.5d /2H l +'+=H
式中d 为大径，d=34mm ，得l=230+2+=309mm
由稳定性验算公式2
2cr l
EI
F π=——《材料力学》 王世斌 亢一澜 P117、
248
查表得Q255的弹性模量E=200GPa ， 由惯性矩公式I=
()
2
12
d d 64
-π
，得I=510-?4m
式中cr F 为满足条件的轴向压力
将上述数据带入公式得，cr F =KN 5
10?,满足条件，装置稳定。 4.托杯的设计与计算
杯用来承托重物，此次计算选用碳钢Q235模煅制成，尺寸如图所示，为了使其与重物接触良好，防止重物滑动，在托杯表面制出切口和沟纹。直径2D 的配合取H11/a11。
螺母的高度
螺杆在最大高度处稳定
托杯的许用压强可取为
[]a 18MP P =，由此可确定托杯
直径4D ，即：
[]
2
2
4P F 4D D +≥
π 取2D =?，得≥4D ，取
4D =70mm
5.手柄设计与计算
（1）材料 选用Q235 （2）手柄长度p L 扳动手柄的转矩P KL 必须克服螺纹副的螺纹力矩1M 和螺杆与托杯间的摩擦力矩2M ，即：
21p M +≥M KL
K
M 2
1P M L +≥
式中K 为一个工人加于手柄上的臂力，间歇工作时约为150~250N ，这里取
K=250N 。
()2d tg F M 21?
'+?≈ρψ ()F D 4
1
242μ+=D M 在加润滑油的情况下，摩擦系数μ= 将以上的数据带入公式得
≥p L
手柄计算p L 是螺杆中心到人手施力点的距离。考虑杆头尺寸及
人手握的长度，手柄的实际长度还应该加上
1002
2
+D mm,最终得到千斤顶的手柄需要的长度为820mm 。
托杯尺寸如图
手柄长度820mm
（3）手柄直径p d
把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定直径p d ，其强度条件为： []3
b
p 1.0d σKL
≥
式中[]b σ为材料的许用弯曲应力，对于Q235手柄，[]b σ=120MPa 。
代入数据计算得≥p d ，取p d =26mm 。
（4）结构
手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端应加上挡环（如图），并用螺钉或铆钉固定。
6.底座设计
底座这里选用HT150，铸件壁厚选用δ=10mm 。为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此，可按照1：5的锥度设计。
图中：
[]26
p
74F
D D +=
σπ 式中[]p σ为底座下枕垫物的许用应力。对于木材，取
[]p σ=2MPa 。
将以上数据带入公式得7D =，最终取7D =240mm 。
δ?+-=25
1
158H D D =95mm 。
7.千斤顶的效率 由公式()
21M 2P
F M +?=
πη
带入数据得36.0=η。
手柄直径p d 26mm
底座尺寸如图
千斤顶效率36.0=η