千斤顶设计计算说明书

哈尔滨工业大学

机械设计作业设计计算说明书

题目：设计螺旋起重器（千斤顶）

系别：

班号：

姓名：

日期：2014.10.12

哈尔滨工业大学机械设计作业任务书

题目：设计螺旋起重器

设计原始数据：

起重量：F Q=30KN

最大起重高度：H=180mm

目录

1.选择螺杆、螺母的材料 (3)

2.耐磨性计算 (3)

3.螺杆强度校核 (4)

4.螺母螺纹牙的强度校核 (4)

5.自锁条件校核 (5)

6.螺杆的稳定性校核 (5)

7.螺母外径及凸缘设计 (6)

8.手柄设计 (6)

9.底座设计 (7)

10.其他零件设计 (8)

11.绘制螺旋起重器（千斤顶）装配图 (8)

12.参考文献 (8)

1.选择螺杆、螺母的材料

考虑到螺杆承受重载，需要有足够的强度，因此选用45钢，需要调质处理。由参考文献[3]表10.2查得45钢的抗拉强度σb =600MPa ，屈服强度

σs =355MPa 。

螺母是在重载低速的工况下使用的，并且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小、耐磨，因此，螺母的材料选择铸造铝青铜ZCuAl10Fe3。

2.耐磨性计算

螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜ZCuAl10Fe3，由参考文献[1]表5.8查得，钢对青铜的许用压强[p]=18~25MPa ，由表5.8注释查得，人力驱动时，[p]值可提高约20%，即[p]=21.6~30MPa ,取[p]=25MPa 。由参考文献[1]表5.8查得，对于整体式螺母，系数ψ=1.2~2.5，取ψ=2.5。

按照耐磨性条件设计螺杆螺纹中径d 2，选用梯形螺纹，则螺纹的耐磨性条件为

p s =

hH

d p

F Q 2π≤[p]

计算螺纹中径d 2时，引入系数ψ=

2

d H

以消去H ，得 d 2≥]

[8

.0p h p

F Q πψ

对于梯形螺纹，h=0.5p ，则 d 2≥]

[8

.0p F Q

ψ=25

230000

8

.0⨯=19.6mm 以上三式中，F Q —螺旋的轴向载荷，N ； p —螺距，mm ； d 2—螺纹中径，mm ；

h —螺纹工作高度，mm ； H —螺母旋合高度，mm ；

p s —螺纹工作面上的压强，MPa ； [p]—许用压强，MPa 。

根据螺纹中径d 2的取值范围，由文献[3]表11.5查得，取螺杆的公称直径d=32mm ，螺距p=6mm ，中径d 2=29mm ，小径d 1=25mm ，内螺纹大径D 4=33mm 。

说明：此处如果选择螺杆的公称直径d=24mm ，螺距p=3mm ，中径d 2=22.5mm ，小径d 1=20.5mm ，内螺纹大径D 4=24.5mm ，螺杆的强度校核不满足要求。

3.螺杆强度校核

螺杆的断面承受轴向载荷F Q 和螺纹副摩擦转矩T 1。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度理论为

σ=

2

3112211634⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛d T d F Q ππ≤ [σ] 式中：F Q —轴向载荷，N ； d 1—螺纹小径，mm ；

T 1—螺纹副摩擦力矩，N ·mm ，T 1=F Q tan(ψ+ρ’）

2

2

d ； [σ]—螺杆材料强度的许用应力，MPa ，[σ]=

5

~3s

σ。 查参考文献[1]表5.10，钢对青铜的当量摩擦系数f ‘=0.08~0.10,取 f ‘=0.09，则螺纹副当量摩擦角ρ’=arctan f ‘=arctan0.09=5.1427°。

ψ为螺纹升角，ψ=arctan

2

d np

π=arctan 2961⨯⨯π=3.7679°。

把已知的数据带入T 1的计算公式中，则得

T 1=300002

29

⨯tan(3.7679°+5.1427°)=68201N ·mm

代入强度计算公式，则

σ=2

3

2

2256820116325300004⎪⎭

⎫

⎝⎛⨯⨯⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯ππ=72.2MPa 由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆材料的许用应力[σ]=

5

~3s

σ， σs =355MPa ，[σ]=71~118MPa ,取[σ]=95MPa 。

显然，σ≤[σ]，螺杆满足强度条件。 4.螺母螺纹牙的强度校核 由系数ψ=

2

d H

可求得螺母的旋合高度H=ψ×d 2=2×29=58mm 。 螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为 τ=

b

ZD F Q

4π≤[τ]

式中：F Q —轴向载荷，N ；

D 4—螺母螺纹大径，mm ； Z —螺纹旋合圈数，Z =

p H =6

58

=9.7，取Z=10；

b —螺纹牙根部厚度，对于梯形螺纹，b=0.65p=0.65×6=3.9mm 。 代入数值计算得

τ=9

.3331030000

⨯⨯⨯π=7.4MPa

查参考文献[1]表5.9得螺母材料的许用剪切应力[τ]=30~40MPa ，显然，τ≤[τ]。

螺纹牙根部的弯曲强度条件为

σb =

2

43b

ZD l

F Q π≤[σb ]

式中：l —弯曲力臂，l =

2

24d D -=229

33-=2mm ；

F Q —轴向载荷，N ；

D 4—螺母螺纹大径，mm ； Z —螺纹旋合圈数，Z =

p H =6

58

=9.7，取Z=10； b —螺纹牙根部厚度，对于梯形螺纹，b=0.65p=0.65×6=3.9mm 。 代入数值计算得

σb =2

9.333102

300003⨯⨯⨯⨯⨯π=11.4MPa

查参考文献[1]表5.9得螺母材料的许用弯曲应力[σb ]=40~60MPa 。 显然，σb ≤[σb ]，由上述计算分析可知，螺母螺纹牙满足强度条件。 5.自锁条件校核 由ψ=3.7679°，ρ’=5.1427°，得 ψ≤ρ’ 因此，满足自锁性条件。 6.螺杆的稳定性校核 受压螺杆的稳定性条件为

Q

c

F F ≥2.5~4 式中：F c —螺杆稳定的临界载荷，N ； F Q —螺杆所受轴向载荷，N 。

螺杆的柔度值为

λ=

1

4d l

μ 式中：l —螺杆的最大工作长度，mm 。当螺杆升到最高位置时，取其顶端承受载荷的截面到螺母高度中点的距离作为最大工作高度，则