螺旋千斤顶大作业
螺旋千斤顶设计任务书
学生姓名颜克庭专业年级2011级车辆工程
设计题目：设计螺旋千斤顶
设计条件：
1、最大起重量F Q = 50 kN；
2、最大升距h =210 mm。
设计工作量：
1、绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表；
2、编写设计计算说明书一份。
指导教师签名：年月日
标 注 最 小 尺 寸
A
A
螺旋千斤顶设计说明书
设计内容
计算及说明
结果
1.螺杆的设计和计算
2.螺母的设计和计算
3.螺杆稳定性计算
4.托杯的设计和计算
5.手柄的设计和计算
6.底座的设计和计算
7.千斤顶的效率
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：最大起重量F=50KN 、最大升起高度H=210mm 。
螺旋千斤顶的设计步骤如下： 1.螺杆的设计和计算： （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45钢 （3）螺杆的直径 螺杆工作时，同时受压力和转矩的作用，因此它的计算可近似按紧螺栓连接的计算公式求出螺纹内径，即 ]
[3.141σπF
d ?≥
其中：螺杆许用应力 S
S
σσ=][
查阅资料得：45号钢屈服极限
480S MPa σ= 取安全系数 4S =
原始数据 F=50KN H=210mm 配合选H8/h8 螺杆材料选45钢 P=6mm h =3mm d=36mm 301=d mm 332=d mm ψ=o
314.3 满足自锁条件 mm d o 41=
挡圈厚度8mm 挡圈螺钉： 4510?M
MPa v 31.82=σ
于是， 480
[]1204
S
MPa S
σσ=
=
= 螺纹内径满足：120
10502.53
1???≥πd =26.27 mm
螺距 57.64
27.2641===
d P mm 参考梯形螺纹标准，取P=6mm 进而确定螺纹的工作高度 32
==
P
h mm 螺纹大径 84.321=+=P d d mm 圆整后，取 d=36mm 因此， 301=-=P d d mm (4) 自锁验算：
当量摩擦角 2
cos
arctan
'αμ
ρ=
由于螺杆和螺母的材料分别取45钢和锡青铜，因此取 0.10(0.08~0.10)μ=
又因为矩形螺纹牙顶角 0α=
所以，
0.10
'arctan
5.7110cos
2ρ== 螺纹中径 332
12=+=d
d d mm 螺纹中径升角 =ψarctan
2
d np π=arctan 336?π=o
314.3
满足 1'-≤
ρψ
因此，满足自锁条件，自锁可靠。 (5) 螺杆结构：
螺杆上端用于支撑托杯和在其中插装手柄，因此需加大直径，其结构见图1。
图1
手柄孔径k d 根据手柄直径p d 决定，0.5k p d d ≈+（后面给出）。
为了便于切制螺纹，螺纹上端切有退刀槽，退刀槽的直径比
满足强度要求 材料：锡青铜 Z=7 5.8'
=Z mm 51'=H a =17mm
D=58mm
=1D 76mm
紧定螺钉 308?M
0942.3sc =S
螺杆稳定性合格 材料：Q235碳钢 mm 10=δ 托杯高58mm
m m 222=D
mm 873=D
614=D mm
材料：Q235碳钢
m 04.1311?=N M m 25.622?=N M
95.1096L =w
mm d p 5.25=
mm d k 26=
材料：HT100铸铁
mm 10=δ
mm H 2301= mm 645=D mm 1106=D
1d 小0.5mm ，宽度为1.5P=1.5?6=9mm 。
所以，退刀槽尺寸为：5.299φ?
螺杆下端切有倒角，以便于螺杆旋入螺母，倒角尺寸为2C 。为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端安置了钢制挡圈，挡圈用螺钉固定在螺杆端部。 挡圈直径为 4150=+=d d mm
挡圈厚度 6~12mm 取8mm 螺钉直径为 925.0=d mm
选取200068/-T GB 4510?M 开槽沉头螺钉。 （6)强度校核:
螺杆工作时承受轴向压力F 和转矩T 的联合作用，根据第四强度理论求出其危险截面的当量应力,令其满足 ][)2.0(3)4(
32
3
1
2212
2
σπτσσ≤+=+=d T d F v 其中， 2
tan(')2
d T F ψρ=?
+ )
(04.131)
711.5314.3tan(2
33
50o o m N ?=+??
= 所以，
2223
11
4()3()0.2v F T d d σπ=+
=2
9
3262310
302.004.1313103010504）（）（--???+????π =82.31(MPa)<[σ]=120MP 因此，强度符合强度要求。
2.螺母的设计和计算：
（1）材料：锡青铜 牌号：ZCuSn10Pb1 （2）螺纹圈数： ]
[2p h d F
Z π≥
其中螺纹中径mm d 332=，螺纹牙高度h=3mm ，螺纹牙表面许用压强][p 取25(18~25)MPa MPa 。代入上式，得
D 7=194mm
mm 808=D
247.0=η
效率符合要求
43.625
33310503
=????≥
πZ 因此，取 Z=7
考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数 5.1'
+=Z Z =8.5 螺母高 mm 5165.8'
'
=?==P Z H （3）螺纹其它尺寸：见图2
图2
mm 173
'
==H a 6.57366.16.1=?=≥d D mm 取 D=58mm
4.75583.13.11=?=≥D D mm 取
=1D 76mm
(4) 螺母和底座的配合：
螺母压入底座上的孔内，圆柱面配合采用8/7H n 。螺母下端和底座孔上端均加工出倒角，倒角尺寸为2C 。同时安置紧定螺钉防止螺母转动，紧定螺钉选用198571/-T GB 308?M 的开槽锥端紧定螺钉。 3.螺杆稳定性计算： 螺杆稳定性条件为
s cr
sc S F
F S ≥=
式中，sc S 为螺杆稳定性计算安全因数；s S 为螺杆稳定性安全因数（4~5.2=s S ）,cr F 为螺杆的临界载荷。
先计算螺杆的长细比λ i
l
?=
μλ
其中，长度系数 2=μ 螺杆最大受压长度
mm d H H l 5.2895.12
'
=++=
螺杆危险截面惯性半径 5.741
==d i 所以， 2.775
.75
.2892=?=
λ 对于85<λ淬火钢
)(71.1544
302.770002.014804
0002.014802
22
12cr KN d F =???+=?
+=ππλ
进而可得 0942.350
71
.154sc ===
F F S cr 由于螺杆稳定性安全因数s S =2.5~4，所以螺杆稳定性合格。 4.托杯的设计和计算：
（1）材料：选用Q235碳钢,模锻制造。
（2）托杯结构，见图3.
取壁厚 mm 10=δ 托杯高（1.5~1.8d ）,
所以托杯高=1.6d=57.6mm 取58mm 直径 mm d D 6.21366.06.02=?== 取m m 222=D
mm d D 4.86364.24.23=?== 取mm 873=D
图 3
为了使其和重物接触良好，防止重物滑动，在托杯上表面 制出切口和沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装置挡板，挡板尺寸3063φφ??，螺钉选用
/57832000525GB T M -?六角头全螺纹螺栓。直径2D 的配
合为11/11a H 。
当螺杆转动时，托杯和重物都不转动。因此，在起重时，托杯底部和螺杆的接触面间有相对滑动。为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面要限制接触面间的压力，取其许用压力为
[]20(15~25)p MPa MPa =
由此可确定托杯直径
[]22
4)(4D P F D +≥π 2322)20(10504+???=
π
=60.57(mm) 取 614=D mm 5.手柄的设计和计算: (1) 材料：Q235碳钢
(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 和螺杆和托杯间的摩擦力矩2M ，即
21M M KL p +≥ 则 ()K M M L p 21+≥
式中，K 为施加于手柄上的臂力(150~250)N ，为满足大 多数人的使用，设计中取K 为200N 。
12tan()(2)M F d ψρ≈?+?’
)711.5314.3(tan 2
33
50o o +??
= =131.04(m ?N ) F D D M μ)(25.0422+=
m
25.6260
06.0612225.0?=??+?=N ）（
式中，0.06(0.05~0.08)μ=。
所以，手柄计算长度满足
K M M L p /)(21+≥=966.45mm
考虑到螺杆头部尺寸及手握长度的影响，手柄实际长度为
1005.04w ++=D L L p =1096.95mm
w L 不应超过千斤顶的最小高度，所以将手柄实际长度改为
300mm ，另外加套筒，套筒长800mm 。
（3）手柄直径：
3)][1.0(b p p KL d σ≥
式中，b ][σ为材料的许用弯曲应力，对于Q235的手柄，
MPa b 120][=σ 所以， []mm KL d b P p 25.25)1.0(3=≥σ 取 mm d p 5.25=
则螺杆上手柄孔径 mm d d p k 265.0=+=
（4）手柄结构：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，并用螺钉固定，其结构见图4。
图 4
固定螺钉选用200068/-T GB 208?M 开槽沉头螺钉。 6.底座的设计和计算： （1）材料：HT100铸铁
（2）尺寸设计：见图5，取壁厚mm 10=δ，锥度按照5:1设计。 各部分尺寸为：
图 5
m m 23020210201=+=+=H H
m m 6465865=+=+=D D m m 1105/230646=+=D
mm
85.1931105
.210504][423
2
67=+???=+=
πσπD F D p
为方便取D 7=194mm 。式中，p ][σ为底座下枕垫物的许用挤
压应力。以下枕垫物为木材考虑， MPa p 5.2][=σ。 因为 18D D ≥
所以，取 mm 808=D 7、千斤顶的效率：
)
(221T T FP
+πη＝（一般η＜0.3）
3.0247.025.620
4.13126
50<=+???=
）
（πη
因此， 设计效率符合要求。