螺旋起重器设计说明书
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.....
手柄直径的计取托杯的厚度,d为螺纹的公称直
径，所以
圆整后取，
所以手柄长度为
取，使用时加套管
手柄材料：因为没有特殊要求，因此选用普
通碳素钢Q235，查表4-11，假设手柄直径在
1640mm，查得，取安全系数为
2，许用弯曲应力为
手柄直径可按抗弯强度设计，即
手柄长度为
托杯、底座等结构尺寸的设计所以
圆整后取
选托杯材料：因为托杯受压，选择灰铸铁
HT200，由经验公式
托杯结构尺寸参看下图
由图，托杯下端面挤压强度为
压
所以托杯强度足够
因为托杯受压，选择灰铸铁HT200，如图所
示，取底座斜度为1：10，则有
手柄直径为
托杯材料选择灰
铸铁
托杯强度足够
底座材料选择灰
铸铁
斜度。
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其它尺寸：螺杆小径： =22.5mm，螺杆螺母中径： = =25.5mm 螺母大径： =28.5mm，螺母小径： =23mm 螺母高度：H= =2 25.5=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
arctan
f cos
，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1
第二章 螺母设计与计算 ............................................. 7 2-1 选取螺母材料 ................................................ 7 2-2 确定螺母高度 H 及螺纹工作圈数 u .............................. 8 2-3 校核螺纹牙强度 .............................................. 8 2-4 安装要求 .................................................... 9
第五章 底座设计 .................................................. 12 5-1 底座设计与计算 ............................................. 12
第一章 螺杆的设计与计算
1-1 螺杆螺纹类型的选择 螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。
梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角 30 ，梯形螺纹的外螺纹以锥面贴紧不易 松动。矩形螺纹牙根强度低，锯齿形螺纹牙型不为等腰梯形，加工成本高。从实 用性考虑，故选梯形螺纹，它的基本牙型按 GB5796.3—86 的规定。 1-2 选取螺杆材料 考虑到千斤顶转速较低，单个作用面受力不大，螺杆材料常用 Q235、Q275、40、 45、55 等。此处选最常用的 45 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。 根据规定，对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力比较均匀，螺纹 工作圈数不宜过多，故取 =1.2~2.5，此处 2 。螺杆——螺母材料分别为钢
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式中螺母螺纹大径 ，查表4-8螺母和螺杆材料的许用应力，螺母的许用弯曲应力为 ，取 .
由材料力学可知：许用拉应力 ，所以异形螺母外径为
圆整后取 。
由经验公式可求异形螺母各尺寸：
, ，圆整后取 。由经验公式求螺母厚度:
由经验公式得许用挤压应力
凸缘支承面挤压强度为
所以凸缘支承面强度足够。
（3）凸缘尺寸计算
a)计算凸缘直径 及厚度a
b）凸缘支承面挤压强度计算
C)凸缘根部抗弯强度验算
d)凸缘根部抗剪强度验算
7.手柄尺寸的计算
a)手柄长度的计算
b)手柄直径的计算
8.托杯、底座等结构尺寸的设计
a)托杯设计
b)底座设计
9.效率计算
查表4-1，因为是中等精度的一般传动，所以螺杆材料选择45钢，正火处理。
托杯结构尺寸参看下图
由图，托杯下端面挤压强度为
所以托杯强度足够
因为托杯受压，选择灰铸铁HT200，如图所示，取底座斜度为1：10，则有
所以 圆整后取
直径 由底座挤压强度确定
如底面为混凝土和木材时，取
圆整后取
其他尺寸可以用以下经验公式确定：
,
圆整后取
,
圆整后取
,
圆整后取
,
圆整后取
,圆整后取
螺杆材料选用45钢
剪切强度计算：Leabharlann 所以剪切强度足够。查表4-8螺母和螺杆材料的许用应力，螺母的许用弯曲应力为 ，
取 ，查表1-41梯形螺纹基本尺寸，梯形牙高
螺母螺纹牙弯曲强度为 ，所以螺母螺纹牙弯曲强度足够。
为了更好地将螺母固定在底座上，将螺母做成梯形，也称异形螺母。螺母螺纹牙受拉和受扭，由第四强度理论可求螺纹牙的总应力
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所以剪切强度足够。
查表4-8螺母和螺杆材料的许用应力，螺母的许用弯曲应力为 ，
取 ，查表1-41梯形螺纹基本尺寸，梯形牙高
螺母螺纹牙弯曲强度为 ，所以螺母螺纹牙弯曲强度足够。
为了更好地将螺母固定在底座上，将螺母做成梯形，也称异形螺母。螺母螺纹牙受拉和受扭，由第四强度理论可求螺纹牙的总应力
螺母材料选用铸锡青铜ZCuSn10P1
选择螺纹参数：
z=6
，自锁
符合强度条件
稳定性满足：
S=4.663
螺母螺纹牙满足强度要求
凸缘支承面强度足够
凸缘根部抗弯强度足够
凸缘根部剪切强度足够
手柄长度为
手柄直径为
托杯材料选择灰铸铁HT200
托杯强度足够
底座材料选择灰铸铁HT200，
斜度1：10
效率
a)螺纹牙剪切强度
b)螺纹牙抗弯强度
（2）计算螺母外径
（3）凸缘尺寸计算
a)计算凸缘直径 及厚度a
b）凸缘支承面挤压强度计算
C)凸缘根部抗弯强度验算
d)凸缘根部抗剪强度验算
7.手柄尺寸的计算
a)手柄长度的计算
b)手柄直径的计算
8.托杯、底座等结构尺寸的设计
a)托杯设计
b)底座设计
9.效率计算
查表4-1，因为是中等精度的一般传动，所以螺杆材料选择45钢，正火处理。
选择第一系列梯形螺纹：Tr24，螺距为
P=5mm。
查表1-51，旋合长度＞63mm,L型，左旋用LH表示，又因起重器为一般用途，选中等精度。综上所述，螺纹副表示为
螺母旋合圈数为
取z=6＜10，所以满足要求
螺母高度
查表4-4
钢对青铜的当量摩擦因数
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4l
起重器可视为一端固定、一端自由，取
s
=2；l 为螺杆承受压力的
一段长度， l=150mm ； d1 为螺纹小径， d1=16.5mm 。由此得螺杆柔度 =72.7。
s
满足 40< s <100，对于 45 号钢， B =600MPa≥480MPa，取
d12
4
Qc (461 2.568s )
p Q QP [ p] d 2 hZ d 2 hH
（MPa）
式中：Q 为轴向载荷；d2 为螺纹中径；H 为螺母高度；P 为螺距；h 为 螺纹接触高度；Z 为旋合长度内螺纹工作圈数，Z=H/P;[p]为螺旋传 动副的许用压强。 引入系数
d2
h H 、 ，代入得 P d2
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5.3、手柄直径计算
手柄直径计算公式
d1 3 Fp Lp 0.1[ b ]
（mm）
s
2 ， 对 于 Q235 ，
其 中 [ b ] 为 手 柄 材 料 的 需 用 弯 曲 应 力 ， b
s =225MPa
s ，取 b 2 112.5MPa
（MPa）
其中，b 为螺纹牙根部梯度，对于梯形螺纹 b=0.65P； 为螺母 材料的许用剪切应力，对于青铜螺母 =30~50MPa；D 为螺母大径；d 为螺杆大径。 代 入
Q=20KN,d=22mm,b=0.65×5mm=3.25mm ， Z=7.8 ， 得
=11.4MPa< ，满足强度条件。 螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，通常可以不进行弯曲强度校
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螺旋起重器设计计算说明书
螺旋起重器设计计算说明书专业班级学生姓名学号指导教师2010.11.10目录1、数据--------------------------------------------------------------------------32、螺旋副设计-----------------------------------------------------------33、旋副自锁性验算和传动效率计算--------------54、螺强度校核-----------------------------------------------------------55、螺杆稳定性校核-------------------------------------------------66、螺母设计----------------------------------------------------------------77、托杯设计----------------------------------------------------------------88、手柄设计计算------------------------------------------------------89、底座设计----------------------------------------------------------------910、参考文献-------------------------------------------------------------10设计题目及要求一、设计题目：螺旋起重器二、原始数据：三、设计步骤1、选择螺杆、螺母、托杯等各零件材料。
2、计算螺杆、螺母的主要参数及其他尺寸。
3、检验稳定性和自锁性。
4、计算手柄的截面尺寸和长度。
5、绘制装配图，标注有关尺寸，填写标题栏、零件明细表及技术要求。
螺旋起重器
1螺旋起重器说明书姓名： 学院：班级：学号： 电话：原始数据如下： 项目设计要求 起重重量max Q （KN ） 17 最大起升高度max h （mm ）28021.确定螺杆、螺母材料 2．耐磨性计算(确定公称直径)查标准梯形螺纹：计算螺纹参数：由于起重器的载荷Q =17KN ，且低速运行，按表5-11【1】选取螺杆材料为45钢 ，并采用调质处理，由表8-17【2】得： 其抗拉强度为673b MPa σ=屈服强度MPa S 353=σ（GB/T699-1988）螺母采用 110P S ZC n u ，采用砂型铸造，由表8-26【2】得：其抗拉强度为 MPa b 220=σ屈服强度MPa S 130=σ（GB/T1176-1987）失效形式：根据对螺纹类型和相关传动的特点，选择梯形螺纹计算中取2φ=，查表5-12【1】，取MPa p 20][=,f =0.10代入KN F 17=计算过程 ：根据耐磨性条件，初步估算螺杆中径[]P hHd FP hu d F A F P ≤===22ππ H =∅d 2 h =0.5P []p h FP d φπ≥2式中，F ——作用与螺杆的轴向力，NP ——螺纹螺距，mmh ——螺纹工作高度，mmA ——螺纹的承受面积，2m mH ——螺母高度，mm u ——螺纹工作圈数 20.8[]Fd p φ≥ 得d 2≥16.5 mm查表8-45【2】，根据梯形螺纹的标准GB/T5796.3-1986，取 螺纹公称直径mm d 20=，螺距为P =4mm查表8-46【2】，根据梯形螺纹的标准GB/T5796.3-1986,得梯形螺纹其它尺寸：螺杆小径：mm d 5.151=，螺杆螺母中径：d 2=D 2=18mm螺母大径：mm D 5.204=，螺母小径：mm D 163=螺杆材料为45钢螺母采用:110P S ZC n u螺纹参数： mm d 20= P=4mm mm d 5.151=d 2=D 2=18mmmm D 5.204= mm D 163=mm H 36=3螺母高度：螺母工作圈数：螺纹牙根部宽度 3．自锁性校核 4．螺杆强度校核已知d 2=D 2=18mm ，根据公式2d H=φmm d H 361822=⨯==ψ已知螺距P =4mm ，根据公式PH u =,得u =H P =364=9≤10b =0.65P =0.65×4=2.6mm螺纹升角： ψ=tan −1(S πd 2)=tan −1(4π×18)=4.05°当量摩擦角：︒=︒==9.515cos 1.0arctan cos arctan βψf v 因此v ψϕ≤符合自锁条件螺杆工作时承受轴向压力F 和扭矩T 的作用，其强度条件为： 22()3()ca TF T A W σ=+ 式中，A ——螺杆螺纹危险截面面积，221,4mm d A π=T W ——抗扭截面系数，231,16mm d W T π=T ——螺杆所受扭矩，N ·mm其中，螺杆所受转矩为：m m KN tg d Ftg T v ⋅=⨯︒+︒⨯=+=869.26218)91.505.4(170002)(2ψψu =9≤10 合理mm b 6.2=ψ=4.05°<5.9°合理，能自锁45．螺母螺纹牙强度校核螺母螺纹牙剪切强度：弯曲强度：6．螺母外径与凸缘的强度较核MPa W T A F Tca36.110)5.151626869(3)5.15170004()(3)(232222=⨯+⋅⨯=+=ππσ查表5-13【1】，取螺杆许用应力353[]12033sMPa σσ===, 得[]ca σσ≤所以，螺杆符合强度条件失效形式：剪切和挤压破坏螺纹多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。
螺旋起重器设计说明书
重庆大学螺旋起重器设计计算说明书题目: 螺旋起重器学院: 机械工程学院班级: 机自04班姓名: 王正学号: 20122266题目:设计螺旋起重器设计原始数据：起重量30, 最大起重高度L=200mm。
F kN工作内容：1、详细设计计算（参考8.1.5节）；2、完成全部零件的3维实体建模和装配；3、绘制装配图一张。
目录第一章螺杆的设计与计算 (3)1-1 螺杆螺纹类型的选择 (3)1-2 选取螺杆材料 (3)1-3 确定螺杆直径 (3)1-4 自锁验算 (4)1-5 结构 (4)1-6 螺杆强度校核 (5)1-7 稳定性计算 (5)第二章螺母设计与计算 (7)2-1 选取螺母材料 (7)2-2 确定螺母高度H及螺纹工作圈数u (8)2-3 校核螺纹牙强度 (8)2-4 安装要求 (9)第三章托杯的设计与计算 (9)3-1 托杯的尺寸计算 (9)第四章手柄设计与计算 (10)4-1手柄材料 (10)4-2 手柄长度L (11)pd (11)4-3 手柄直径p第五章底座设计 (12)5-1 底座设计与计算 (12)第一章 螺杆的设计与计算1-1 螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。
梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角30α=，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。
矩形螺纹牙根强度低，锯齿形螺纹牙型不为等腰梯形，加工成本高。
从实用性考虑，故选梯形螺纹，它的基本牙型按GB5796.3—86的规定。
1-2 选取螺杆材料考虑到千斤顶转速较低，单个作用面受力不大，螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。
此处选最常用的45钢。
1-3 确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径2d 。
求出2d 后，按标准选取相应公称直径d 、螺距P 及其它尺寸。
根据规定，对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取ϕ=1.2~2.5，此处2φ=。
螺杆——螺母材料分别为钢——青铜，滑动速度为低速，得许用应力[]p 为18~25MPa 。
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装
订
线
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班级：
姓名：
学号：
设计要求：
题号
起重量Q（kN）
起升高度(mm)
2
11
180
设计项目
计算及说明书
计算结果
1.选材
（1）螺杆材料
（2）螺母材料
2.由耐磨性计算螺纹中径 ，旋合圈数z及螺母高度
3.自锁性验算
4.螺杆强度验算
5.稳定性验算
6.螺母设计计算
（1）螺纹牙强度计算
取托杯的厚度 ,d为螺纹的公称直径，所以
圆整后取 ，
所以手柄长度为
取 ，使用时加套管
手柄材料：因为没有特殊要求，因此选用普通碳素钢Q235，查表4-11，假设手柄直径在16 40mm，查得 ，取安全系数为2，许用弯曲应力为
手柄直径可按抗弯强度设计，即
所以
圆整后取
选托杯材料：因为托杯受压，选择灰铸铁HT200，由经验公式
托杯结构尺寸参看下图
由图，托杯下端面挤压强度为
所以托杯强度足够
因为托杯受压，选择灰铸铁HT200，如图所示，取底座斜度为1：10，则有
所以
圆整后取
直径 由底座挤压强度确定
如底面为混凝土和木材时，取
圆整后取
其他尺寸可以用以下经验公式确定：,来自圆整后取,圆整后取
,
圆整后取
,
圆整后取
,圆整后取
螺杆材料选用45钢
查表4-9，假设试件毛坯尺寸 ,查得屈服强度 ，取安全因数S=4，则许用拉应力
查表4-3
螺母材料为铸锡青铜ZCuSn10P1
查表4-7，低速许用压强为 ，取[p]=18MPa,有
选梯形螺纹h=0.5P,取 ，有
查表1-43，根据梯形螺纹的标准，应按中径 选择外径为20mm、螺距为2mm的梯形螺纹，但是外径为20mm的螺纹有两种螺距:2mm、4mm。应查表1-42梯形螺纹直径与螺距的标准组合系列：外径为20mm与螺距为4mm的是标准组合系列。又因为螺距为4mm、外径为20mm的螺纹中径为18mm，满足不了本设计要求，即 ，因此：再查外径为24mm的螺纹尺寸并优先选择标准组合外径和螺距的梯形螺纹。
所以凸缘根部抗弯强度足够。
所以凸缘根部剪切强度足够。
令手柄的扳动力为 (通常取200N左右)，手柄长为 ，扳手力矩为T，则手柄长度为：
，
T为螺纹力矩与托杯支承面的摩擦力矩之和
查表4-3螺纹副的当量摩擦因数：钢对灰铸铁（托杯为HT200，螺杆头为钢） ，取 。D及其他结构尺寸如图，具体数值可按下列经验公式计算：
a)螺纹牙剪切强度
b)螺纹牙抗弯强度
（2）计算螺母外径
（3）凸缘尺寸计算
a)计算凸缘直径 及厚度a
b）凸缘支承面挤压强度计算
C)凸缘根部抗弯强度验算
d)凸缘根部抗剪强度验算
7.手柄尺寸的计算
a)手柄长度的计算
b)手柄直径的计算
8.托杯、底座等结构尺寸的设计
a)托杯设计
b)底座设计
9.效率计算
查表4-1，因为是中等精度的一般传动，所以螺杆材料选择45钢，正火处理。
从而可得异形螺母外径为
式中螺母螺纹大径 ，查表4-8螺母和螺杆材料的许用应力，螺母的许用弯曲应力为 ，取 .
由材料力学可知：许用拉应力 ，所以异形螺母外径为
圆整后取 。
由经验公式可求异形螺母各尺寸：
, ，圆整后取 。由经验公式求螺母厚度:
由经验公式得许用挤压应力
凸缘支承面挤压强度为
所以凸缘支承面强度足够。
选择第一系列梯形螺纹：Tr24，螺距为
P=5mm。
查表1-51，旋合长度＞63mm,L型，左旋用LH表示，又因起重器为一般用途，选中等精度。综上所述，螺纹副表示为
螺母旋合圈数为
取z=6＜10，所以满足要求
螺母高度
查表4-4
钢对青铜的当量摩擦因数
取 ，则当量摩擦角
螺纹升角 ，
，故自锁
螺杆受压受扭，用第四强度理论，求总应力
螺母材料选用铸锡青铜ZCuSn10P1
选择螺纹参数：
z=6
，自锁
符合强度条件
稳定性满足：
S=4.663
螺母螺纹牙满足强度要求
凸缘支承面强度足够
凸缘根部抗弯强度足够
凸缘根部剪切强度足够
手柄长度为
手柄直径为
托杯材料选择灰铸铁HT200
托杯强度足够
底座材料选择灰铸铁HT200，
斜度1：10
效率
其中螺纹力矩为
所以螺杆强度满足
计算柔度
查表4-6按下端固定，上端自由，取螺杆的长度系数μ=2，
螺杆工作长度
式中H为最大举重升距，B为螺杆头部长度 ；t为退刀槽宽度
带入数据计算得:
惯性半径
应验算稳定性
对不淬火螺杆，当 时
所以满足稳定性要求
查表4-8螺母和螺杆材料的许用应力，螺母的许用切应力 ，取 。梯形螺纹牙底宽为
剪切强度计算：
所以剪切强度足够。
查表4-8螺母和螺杆材料的许用应力，螺母的许用弯曲应力为 ，
取 ，查表1-41梯形螺纹基本尺寸，梯形牙高
螺母螺纹牙弯曲强度为 ，所以螺母螺纹牙弯曲强度足够。
为了更好地将螺母固定在底座上，将螺母做成梯形，也称异形螺母。螺母螺纹牙受拉和受扭，由第四强度理论可求螺纹牙的总应力