螺旋千斤顶设计指导书

第一篇：螺旋千斤顶设计指导书

螺旋千斤顶设计指导书

螺旋千斤顶的设计

千斤顶一般由底座1，螺杆

4、螺母

5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1—1）。螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。

设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。

设计的原始数据是；最大起重量Q（KN）和最大提升高度l（mm）。

螺旋千斤顶的设计步骤如下： 1.螺杆的设计与计算（1）螺杆螺纹类型的选择

螺纹有矩（方）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α=300，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB5796.1—86的规定。

（2）选取螺杆材料

螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。（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t及其它尺寸。

（4）自锁验算 自锁条件是λ≤φv

式中：λ为螺纹中径处升角；φv为摩擦角（非矩形螺纹应为当量摩擦角φv=tg-1fv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比摩擦角小1°。即φv－λ≥l°

（5）结构（见图1—2）

螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，因此需要加大直径。手柄孔径dk的大小根据手柄直径dp决定，dk≥dp十0.5mm。为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径d4应比螺杆小径d1小，其值可查手册按退刀槽规范确定。退刀槽的宽度可取为1.5t。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1的圆柱体。为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈，挡圈用螺钉固定在螺杆端部。

（6）螺杆强度计算

对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。强度计算方法参阅教材。

（7）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，计算时应注意正确确定螺杆长度系数μ。

当螺杆的柔度λs＜40时，可以不必进行稳定性校核。2.螺母设计与计算（1）选取螺母材料

螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。

（2）确定螺母高度H及螺纹工作圈数u

H，考虑到螺纹圈数u越多，t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。螺母高度H=φd2（H应圆整为整数）螺纹工作圈数u（3）校核螺纹牙强度

一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。螺母的其它尺寸见图1—3。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。

（4）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r7n7装简便，需在螺母下端（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。

3.托杯的设计与计算

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。为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此在起重时，托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。

pQ22(D12D11)4≤[p]

（或1-1）

式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。4.手柄设计与计算（1）手柄材料 常用Q235和Q215（2）手柄长度Lp

板动手柄的力矩

F·Lp=T1+T2

则

TT2

（式1-2）Lp1F式中：F——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

T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩

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D13+（50～150）mm。手柄实际长度不2应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。度还应加上（3）手柄直径dp

把手柄看成一个悬臂梁按弯曲强度确定其直径dp，按弯曲强度条件，手柄弯曲应力

FF·Lp0.1d3p≤[σ]F

（式1-3）

故

dp≥

Lp·F

（式1-4）

0.1[]F式中：[σ]F——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，[σ]F=120Mpa（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。

5.底座设计

底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1—7），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。

图中

H1=l+（14～28）mm

D6=D3+（5～10）mm HD7=D6+1

5D8=4Q2 D3[]p式中：[σ]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。

第二篇：螺旋千斤顶设计说明书

螺旋千斤顶设计说明书

姓名：班级: 学号: 2012年11月3日

设计要求：

一、设计题目：设计一螺旋千斤顶，已知起重重量50kN，起重高度250mm。

画3# 装配图一张，设计说明书一份。

二、结构原理、结构简图、组成、受力分析。

三、螺杆的设计计算

四、螺母的设计计算

五、底座的设计

六、手柄的设计计算

七、托杯的设计

图1 结构原理图

1.螺杆的设计与计算

1.1螺杆螺纹类型的选择

选择梯形螺纹，牙型角α=30˚,梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。选取螺杆材料为45钢。确定螺杆直径：

按耐磨性条件确定中径d2对于梯形螺纹，其设计公式为：

d20.8F/[p]

对于整体式螺母，为使受力分布均匀,螺纹工作圈数不宜过多，宜取1.2～2.5;此处取

1.5,许用压力P2Mpa从滑动螺旋传动的许用压强表中查得：人力驱动时，P可提高20%。故得

P201200024Mpa

带入设计公式，得

d224.5mm

按国家标准选择公称直径和螺距为：

Dd32mmd2d329mmP6mm1.2自锁验算

自锁验算条件是v d2d725mm

varctanf/cosarctan0.08/cos15o 4.73onp/d2arctanarvtan6/29

3.77ov

且螺纹中径处升角满足比当量摩擦角小1°，符合自锁条件。

1.3结构设计

根据图2进行螺母的结构设计

（1）螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，因此需要加大直径。手柄孔径dk的大小根据手柄直径dp决定，dk≥dp十0.5mm。

（2）为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径d4应比螺杆小径d1约小0.2~0.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5P，取d4d10.528.5mm。（3）为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1的圆柱体。

图2 螺杆顶端

1.4螺杆强度计算

螺杆受力较大，应根据第四强度理论校核螺杆的强度

强度计算公式为：

ca232F/A23T/W2

其中T为扭矩

TFtanvd2/2

查书上表5—8可得s360MPa

s/3120MPa

已知F50kN，又 TFtanvd2/2108.35Nm2A1/4d2490.625mm2

Wd133066.4mm3代入校核公式，得

ca118MPa

ca满足强度要求。

1.5稳定性计算

细长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s有关 其中sl/i 取2

lH5t1.5d(2505*61.532)mm328mmiI/A1/2d125/4mm6.25mm其中I为螺杆危险截面的轴惯性矩。将以上数据代入柔度计算公式，得

s23286.25104.9640

需进行稳定性校核。实际应力的计算公式为：

2Fcr2EI/l

其中IiAi12d2431400

E210GPa 将上述数据代入公式得

Fcr210309.4kN Fcr/F2.5~4

螺杆满足稳定性要求

2.螺母设计计算

2.1选取螺母材料为青铜

确定螺母高度H'及工作圈数u'

H'd21.52943.5mm

u'H'/t43.567.25mm

考虑退刀槽的影响，取实际工作圈数为

u'u1.57.251.58.75

'应当圆整，又考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，故取

'9

H'u't9654mm

图3 螺母

2.2校核螺纹牙强度

螺母的其它尺寸见图3，螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。

（1）剪切强度校核

已知Dd32mm

D2d229mm 剪切强度条件为：

F≤[] Dbb0.65P0.656mm3.9mm []30~40MPa，查书上表5—13得：梯形螺纹：则剪切强度为 5000014.17MPa

323.99[]

符合剪切强度条件。

（2）弯曲条件校核

弯曲强度条件为：

3Fh[b]

Db2查书上表5—13得：[b]40~60MPa，h0.5P0.56mm3mm 则弯曲强度为

3453=29.44Mpa 323.929[b]

符合弯曲强度条件。

2.3配合：

（1）采用H8配合。r7（2）为了安装简便，需在螺母下端（图1―3）和底座孔上端（图1―7）做出倒角。（3）为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，查书上表5—2选择紧定螺钉。

3.托环的设计与计算

3.1托杯材料的选择

选择托环材料为Q235钢。

3.2结构设计

结构尺寸见图4。

为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，应在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。

3.3接触面强度校核

查表得Q235钢的许用压强为P225MPa 为避免工作时过度磨损，接触面间的压强应满足

PFP 22(D12D11)4根据图1-4，取相关尺寸为：

D110.6d0.632mm19.2mm

D102.5d80mmD131.8d58mmD12D134mm54mm

P5000025.3MPaP

(54219.22)4接触面压强满足要求，选材合理。

图4 托杯顶端

4.手柄的设计计算

4.1手柄材料的选择

选择手柄材料为Q235钢

4.2计算手柄长度Lp 扳动手柄的力矩：KLpT1T2，则

LpT1T2 K取K200N

v)又 T1Ftan(d297.51Nm 2T2(D12D11)fF/4(19.266)0.08345/488.39NmLP

T1T297.5188.39m929.5mm K200手柄实际长度为：

Lp929.5581001058.5mm 2由于手柄长度不超过千斤顶，因此取Lp350mm，使用时在手柄上另加套筒。

4.3手柄直径dp的确定

把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径Dp，强度条件为

FKLp0.1d3p[F]

得设计公式为

dp3KLp0.1[F]

已知[F]120MPa

dp32001058mm26.03mm

0.1120取dp30mm

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，并用螺钉固定，选择开槽沉头螺钉GB/T67 M816

5.底座设计

5.1选择底座材料

选择底座材料为HT200，其p2MPa

5.2结构设计

图5 底座

H1(H20)mm(25020)mm270mmD6(D38)mm(548)mm62mmH1250(62)mm112mm 554F450000D8D721122mm210mmp2D7D6取10mm，则有

H'a(5418)mm36mm

参考文献

【1】 吴宗泽，罗圣国；机械设计课程设计手册；北京：高等教育出版社；2006.05 【2】 濮良贵；机械设计；北京：高等教育出版社；2012.02

第三篇：螺旋千斤顶产品设计书

课程产品设计任务书

项 目 名 称： 螺旋千斤顶

小 组 成 员：胡天阳*** 李雪峰*** 耿杰*** 专 业 班 级： 13机械（4）指 导 教 师： 杨清艳

目录

第一章绪论..............................................................错误！未定义书签。第二章市场分析及调查............................................................................2 第三章模拟仿真概述................................................................................3 3.1模拟仿真的概念............................................................................3 3.2模拟仿真在机械教学中的影响....................................................4 第四章螺旋千斤顶具体零件设计............................................................7 4.1 SolidWorks模拟仿真基本概述.................................................7 4.2螺旋千斤顶的组成.......................................................................8 第五章 螺旋千斤顶的三维模型............................................................10

5.1 螺旋千斤顶零件图......................................................................10

5.2 螺旋千斤顶的装配图..................................................................13 第六章设计小结......................................................................................15 参考文献...................................................................................................16

第一章 绪论

SolidWorks有全面的零件实体建模功能，变量化的草图轮廓绘制，驱动参数改变特征的大小和位臵，丰富的数据转换接口使SolidWorks可以将几乎所有的机械CAD 软件集成到现在的设计环境中来，在SolidWorks的模拟功能中，不仅可以做机构的运动分析，模拟机构的运行过程，还可同时将运动过程进行演示，但是这种演示只能在SolidWorks中进行观看，但在新版本的SolidWorks中，结合使用模拟功能和运用插件Animator制作动画，可以真实地反映机构的运动过程，并把这个运动过程制成avi格式的动画文件，用于诸多播放器中随时、随地地进行演示。

SoildWorks为实现用户可以更加快捷方便的使用模拟仿真功能，从而进行几次开发，SolidWorks 的开发通常是利用SolidWorks 公司提供的功能齐全的API 函数库，使用Visual C ++ 或者Visual Basic 语言设计完成的。这样的工作对于软件开发企业来说比较简单，而一旦二次开发软件交付用户使用，理解和修改代码的工作对于用户来说将变得十分困难。下面的讨论就是基于用户只具有基本的计算机操作能力，没有软件开发能力的前提之下，如何绕开代码修改，仍能够对二次开发软件进行补充和升级的四种方法，以满足企业创新和发展的需要。

第二章 市场分析及调查

又称机械千斤顶，是由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件。普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，构造简单，但传动效率低，返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，装有制动器。放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂。螺旋千斤顶能长期支持重物，最大起重量已达100吨，应用较广。下部装上水平螺杆后，还能使重物作小距离横移。机械千斤顶是手动起重工具种类之一，其结构紧凑，合理的利用摇杆的摆动，使小齿轮转动，经一对圆锥齿轮合运转，带动螺杆旋转，推动升降套筒，从而重物上升或下降。

目前市场上多用螺旋千斤顶，其可以节约成本，使用简单方便，应用范围广。螺旋千斤顶的建模较为简单，因此选用螺旋千斤顶作为本次课程设计的课题。

第三章 模拟仿真概述

3.1模拟仿真的概念

模拟仿真就是用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际系统来进行实验和研究。事实上，习惯定义的模拟仿真，即用模型来模仿实际系统进行实验和研究，从来就是产品开发中的常用技术手段。计算机运动仿真作为计算机仿真技术的一个重要分支，可以归入虚拟现实技术VR(Virtual Reality)的范畴，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、实时计算技术、人机接口技术等多项关键技术。作为一门新兴的高技术，己经成为工程技术领域计算机应用的重要方向。

3.2模拟仿真在机械教学中的影响

传统的机械类课程休系一般采用二维设计平台进行教学，所存在的主要问题如下:

（1）传统的二维设计仅仅用于设计工程图，无法满足后续CAE/CAM/PDM等课程的信息需求。

（2）以二维设计为主线展开教学，耗时过大，又不便于掌握和理解。

（3）课程体系松散，没有考虑课程之间的相互关系，无法形成产品从设计到制造整个生命周期的信息链条。

（4）传授的知识陈旧，无法体系现代制造技术的特点，因而也无法满足用人单位的需要。

（5）设计、制图、修改工作大，使学生无法把主要经历放在创新设计上。因而也不利于学生综合创新能力的培养。

工程制图教学改革:在工程制图课程教学中，大幅度增加三维设计的内容，改变传统设计以二维-三维-二维的传统教学模式，运用Solidworks系统进行二维实体设计技术，采用新的三维-二维-三维的教学新模式。

机械基础课程教学改革：把Solidworks引入到这些课程的教学中可以极大地提高学牛的学习效率和学习的积极性，也为应用型、创新型人才培养奠定了素质基础。Solidworks软件不仅可以进行机械产品设计、还可以进行装配、运动学和动力学分析。

课程设计教学改革:引入Solidworks后，学生的学习积极性提高了，最后设计的作品还可以进行装配体的爆炸动画以及装配动画，设计的效果很快就可以进行评价，一个成功的设计使学生的学习很有成就感，进一步加强了付专业的认识。

数控技术教学改革:Solidworks软件也充分体现了现代制造工程的特点。它 提供了无缝集成的CAMWorks擂件数控加工环境，该环境提供数控车、数控铣、数控线切割、加工中心的编程等内容，基本可以满足现代数控加工技术的需求。

毕业设计中的应用:毕业设汁是大学生最后的一个集中性学习和实践环节。该环节中我们大量地引人了Solidworks软件的应用。比如，注塑模具设计的整个过程都可以在Solidwork环境下进行。设计流程图为：产品模型—模具分模—注塑分析—模具装配—模具加工。

综合创新能力的培养:在技术进步的大背景下，产品的制造和加工工艺越来越精细，产品的成品品质越来越精致、优良。表现在产品的性能特征方面是产品的功能日益强大化，产品的形态特征上表现为品种的多样化，在操作、控制上越来越简单方便化。

第四章 螺旋千斤顶具体零件设计

4.1 SolidWorks模拟仿真基本概述

SolidWorks是世界上第一款完全基于Windows的3D CAD软件 ,自1995年问世以来 ,以其优异的三维设计功能 ,操作简单等一系列的优点 ,极大地提高了设计效率 ,在与同类软件的激烈竞争中已经确立了它的市场地位 ,已经成为三维机械设计软件的标准。利用SolidWorks不仅可以生成二维工程图，而且可以生成三维零件，用户可以利用这些三维零件来建立二维工程图及三维装配体。SolidWorks采用双向关联尺寸驱动机制，设计者可以指定尺寸和各实体间的几何关系，改变尺寸会改变零件的尺寸与形状，并保留设计意图。

Solidworks用户界面非常人性化,便于操作。在Solidworks的标准菜单中包含了各种用于创建零件特征和基准特征的命令。其中基础实体特征主要有拉伸凸台基体、旋转凸台Π基体等。在基础实体特征上可添加圆角、倒角、肋、抽壳、拔模及异型孔、线性阵列、圆角阵列、镜像等放臵特征,这些特征的创建对于实体造型的完整性非常重要。在处理复杂的几何形状时还需要其他高级特征选项,包括扫描、放样凸台Π基体及参考几何体中基准轴、基准面这些定位特征等。通过以上特征造型技术在Solidwork中能设计出需要的实体特征。

4.2螺旋千斤顶的组成

我们根据螺旋千斤顶的实物进行了一系列的测绘，然后根据其实际尺寸，进行了三维立体建模，使用了SolidWorks软件。

该图是螺旋千斤顶的三维建模的装配图

螺旋千斤顶由底座，顶垫，铰杠，螺钉，螺套，螺旋杆组成。

该图是我们测绘的螺旋千斤顶实物图

第五章 螺旋千斤顶的三维模型

5.1 螺旋千斤顶零件图

顶垫

底座

铰杠

螺钉

螺套

螺旋杆

以上就是该螺旋千斤顶的部件构成，该图全都是由SolidWorks作图绘制而成。

5.2 螺旋千斤顶的装配图

螺旋千斤顶装配图

该图即为螺旋千斤顶装配图，结构较为简单，我们在此基础上，进行了实物运动仿真。

螺旋千斤顶的装配过程：

（1）单击标准工具栏中的“新建”工具，单击（装配体），新建一个装配体文件。

（2）单击（插入零部件），浏览要打开的文件，点击确定）。

（3）插入千斤顶的主干零件—螺旋杆，然后插入顶垫，用移动零件，单击（配合），在配合列表中选择“同心轴”，“配合选择”中选择螺旋杆和顶垫的大小相等的圆周，单击（确定）。

（4）再插入螺套，用移动零件，单击（配合），在配合列表中“”选择“同心轴”，”配合选择”中选择螺旋杆和螺套的大小相等的圆周，点击高级配合，在菜单中选择齿轮，让螺旋杆和螺套的螺纹进行啮合，单击（确定）。

（5）再插入底座，用移动零件，单击（配合），在配合列表中选择“同心轴”和“重合”，“配合选择”中选择螺套和底座的大小相等的圆周和上表面，单击（确定）。

（6）最后插入绞杠，用移动零件，单击（配合），在配合列表中选择“重合”，“配合选择”中选择螺旋杆和绞杠，使螺旋杆上的圆的圆心和绞杠的轴线相重合，单击（确定）。

（7）生成装配列表。

（8）配合完毕，生成千斤顶的装配体。

第六章 设计小结

在整个产品设计阶段，通过对SolidWorks软件知识的学习，我了解到了Solidworks的基本原理和具体运用方法。并且能够运用SolidWorks软件对各种零件进行三维实体建模，掌握了利用插件对装配体进行动画演示。在本文中我利用SolidWorks软件对千斤顶进行了三维造型设计，并利用软件完成了对千斤顶的三维实体设计和动画演示制作，但还有很多不理解的地方需要更加努力学习。

另外在本次设计中，我们培养了团队精神，团队分工明确，任务分配合理，共同学习共同进步。

参考文献

[1]李晓燕，钱炜，仲梁维，Solidworks在毕业设计中的应用[J]，上海电力学院学报，2002 [2]繆朝东，Solidworks在机械制图教学中的应用研究，重庆工业高等专科学校学报[J]，2004 [3]安爱琴，宋长源，王宏强，聂永芳，基于Solidworks的液压泵工作原理动态仿真[J]，煤矿机械，2007 [4]褚莲娣，基于Solidworks的3D家居产品造型设计[J]，机械管理开发，2008 [5]蒋亮，黄维菊，肖泽仪，丁文武，邹庆，基于Solidworks的常规型抽油机三维动态仿真[J]，机械制造与研究，2008 [6]张书田，袁立军，仝国伟，基于Solidworks2007的减速器虚拟装配与运动仿真[J]，河北神风重型机械有限公司，2008 [7]余泽通，杨彬彬，宋长源，基于Solidworks的齿轮泵工作原理动态仿真研究[J]，河南科技学院报，2008 [8]祝永健，基于Solidworks的机械制图教学改进与应用[J]，文教资料，2008 [9]沈嵘枫，林宇洪，基于Solidworks的螺旋叶轮设计分析[J]，福建农林大学学报（自然科学报），2008 [10]卫江洪，基于Solidworks的连杆机构的运动分析与仿真[J]，机械工程与自动化，2008

第四篇：螺旋千斤顶设计计算说明书

螺旋千斤顶设计计算说明书

精04 张为昭 2010010591

目录

一、基本结构和使用方法-----------3

二、设计要求---------------------3

三、基本材料选择和尺寸计算-------3

（一）螺纹材料和尺寸---------3

（二）手柄材料和尺寸---------8

（三）底座尺寸---------------9

四、主要部件基本尺寸及材料-------9

五、创新性设计-------------------9

一、基本结构及使用方法

要求设计的螺旋千斤顶主要包括螺纹举升结构、手柄、外壳体、和托举部件几个部分，其基本结构如下图所示：

AA

该螺旋千斤顶的使用方法是：将千斤顶平稳放在木质支承面上，调整千 斤顶托举部件到被托举重物合适的托举作用点，然后插入并双手或单手转动 手柄，即可将重物举起。

二、设计要求

（1）最大起重量：Fmax25kN；（2）最大升距：hmax200mm；（3）可以自锁；

（4）千斤顶工作时，下支承面为木材，其许用挤压应力：[p]3MPa；（5）操作时，人手最大可以提供的操作约为：200N。

三、基本部件材料选择及尺寸计算

（一）螺纹材料和尺寸

考虑到螺旋千斤顶螺纹的传力特性选择的螺纹类型为梯形螺纹。（1）材料选择

千斤顶螺杆的工作场合是：经常运动，受力不太大，转速较低，故材料选用不热处理的45号钢。千斤顶螺母的工作场合是：低速、手动、不重要，故材料选用耐磨铸铁HT200。（2）螺杆尺寸设计

螺旋副受力如下图所示：

1、耐磨性设计

由上图螺旋副的受力分析可知，螺纹传动在旋合接触表面的工作压力为：

pFPF d2hHZd2h其中，轴向载荷：F=25kN。螺纹高：h，由选择螺纹的公称直径确定。

为了方便满足自锁性要求，采用单头螺旋，一般旋合圈数：Z10。

为方便计算，设螺纹参数中间变量：高径比耐磨性的要求是：

p[p]

H。d2其中[p]为满足耐磨性条件时螺纹副的许用压力。对于钢-铸铁螺纹螺母材料，由于千斤顶的工作速度较低，可认为滑动速度不大于3m/s。千斤顶中螺母为整体结构，螺母磨损后不能调整，但螺母兼作支承作用，故设计时可先认为 f=2.5，则可取此时的许用压力[p]为17MPa。

由螺旋副接触表面压力公式及耐磨性公式得到耐磨性设计公式：

d2FP h[p]对梯形螺纹，h0.5，代入上式求得： Pd2³19.352mm

查国标选梯形螺纹为公称直径d为Tr36，导程P为10mm，中径d2=31mm满足要求。代入高径比计算公式：

f=HZP==2.5 d2d2求得实际旋和圈数Z=7.75。

故暂定螺纹尺寸是公称直径d为Tr36，导程P为10mm，旋合 圈数Z=7.75。

2、强度设计

已知最大载荷为25kN，则在载荷最大时，螺杆受到扭矩：

dTmax=Fmax2tan(g+rn)

2其中螺纹中径：d2=31mm； 螺纹升角：g=arctannP»5.863°； pd2当量摩擦角：rn=arctanfn； 当量摩擦系数：fn=fcosa。

2由于螺杆－螺母为钢－铸铁材料，考虑到千斤顶既有稳定自锁，又有上升运动过程，故取摩擦系数f=0.14。又由于采用梯形螺纹，故牙型角a=30°。

联立以上各式解得螺杆受到的最大扭矩：

Tmax»97.408N×m

已知小径：d1=25mm，则由第四强度理论，危险截面应力：

sca=(4Fmax2Tmax2)+3()»74.220MPa 23pd10.2d1 已知45号钢屈服强度为355MPa，载荷稳定故取许用当量应

力：

[s]=ss4=88.75MPa

则有：sca<[s]，即已选定螺纹可以达到强度条件。

3、自锁性设计

千斤顶由于其用途，要求具有自锁功能。由于自锁是针对停止状态所说，故摩擦系数f可取较大值0.14，由强度设计中的计算结果，此时当量摩擦角：rn»8.247°大于螺旋升角：g=arctan

nP»5.863°，所以自锁性条件可以满足。pd25

4、稳定性设计

稳定性条件：

Sc=Fcr³[S] Fmax由于千斤顶为传力螺旋，故取安全系数［S］=3.5。

由千斤顶结构，螺杆端部结构为一端固定，一自由式支承，长度 系数m为2.0。要求最大升距hmax为200mm，由装配图测量得到此 时从支承螺母中心到千斤顶顶部的等效长度L为325mm，螺杆的 柔度：

4L104 d1已知使用45号钢且不做热处理，则临界载荷：

2EIa2Ed12Fcr89.585kN(L)2(L)264Sc3.583.5故稳定性条件可以满足。

综上所述，螺杆选择Tr36，导程P=10mm即可满足设计条件。

（3）螺母尺寸设计

由螺杆中的设计，将旋和圈数Z定为7.75。一般来说螺母只需校核螺纹牙即可，而且由于螺母材料为铸铁，强度小于螺杆材料，故只需要校核螺母螺纹牙的剪切强度、弯曲强度和抗挤压强度即可，螺杆上的螺纹牙强度则不用校核。螺母螺纹牙受力如下图所示：

1、剪切强度校核

剪切强度条件：

t=Fmax£[t] Zpdb其中旋合圈数：Z为7.75； 螺纹公称直径：d=36mm;螺纹牙根部厚度：b=0.65P=6.5mm。耐磨铸铁许用剪切应力取为：[t]=40MPa。

代入各项数据得上述剪切强度不等式成立，即剪切强度满足要求。

2、弯曲强度校核

弯曲强度条件：

sb=其中牙高：h=5.5mm；

3Fmaxh£[sb] 2Zpdb耐磨铸铁许用弯曲应力取为：[sb]=50MPa。

代入各项数据得上述弯曲强度不等式成立，即弯曲强度满足要求。

3、抗挤压强度校核

由螺母螺纹牙受力图可得平均挤压应力：

a2=Fmax»6.023MPa sp=aZpd2hZpd2h/cos2Fmax/cos 已知螺母许用挤压应力：[sp]»1.5[sb]=75MPa，显然满足

sp<[sp]的抗挤压强度准则。

4、螺母外部尺寸设计

由基本结构图可以看到，螺母的外部形状可以看作是两个半径不同的同心圆柱连接在一起，这样设计的目的是保证螺母的定位。为了保证千斤顶的正常工作，需要设计这两个圆柱的尺寸以使其在工作中不会失效。

由前述计算已知的螺母尺寸为：H=ZP=77.5mm，圆整后高度H=78mm，内螺纹大径D4=37mm。设螺母外部形状：小圆柱外径为D1=60mm，大圆柱外径为D2及小圆柱的高度为H1未知待求。

为防止大圆柱与千斤顶壳体的接触面被压坏，需要满足：

Fmax

sp=£[s]p2p(D2-D12)/4

对耐磨铸铁HT200，许用的抗压应力[sp]=设计大圆柱外径为：

1.5sb=100MPa,最后 3D280mm

为了防止大圆柱突出部分被剪断，需要满足：

t=Fmax£[t]

pD1(H-H1)对耐磨铸铁许用剪切应力为40MPa，最后设计小圆柱高度为：

H1=60mm 综上所述，螺旋千斤顶的螺纹选为公称直径d为Tr36,导程P=10mm。此

时螺母高度H=78mm，螺母外部小圆柱外径60mm，高60mm，大圆柱外径80mm。小圆柱表面与外壳体之间有基轴制配合关系，故选其公差带为h7。查标准 得：所选螺纹配合为中等旋合长度。由于千斤顶为中等精度机械设备，故查 标准得内螺纹公差带为6H，外螺纹公差带为6g。螺母外部小圆柱装配时对 精度要求不高，圆柱度公差取为9。螺母外部小圆柱与内部螺孔需要有一定 同轴度以保证千斤顶工作正常，但形位度要求不高，取同轴度公差为9。螺 母外部小圆柱轴线与大圆柱和外壳体的接触面还有垂直度的要求，也取公差 为9。整个螺母接触面都较重要，表面粗糙度Ra值选为3.2，未接触面Ra 可选为12.5以降低加工成本。

（二）手柄材料及尺寸（1）材料选择

综合考虑成本和强度，手柄的材料选用普通未经热处理的45号钢。（2）长度设计

由螺杆的强度设计可知，手柄需要提供最大97.408Nm的扭矩，则 手柄的有效作用长度应为：

TL=max»488mm

200N在实际设计中，由于手柄还要满足插入螺杆上部接头的要求，同时考虑 到千斤顶本身运动部件具有摩擦力，因此实际设计长度还要在此长度上 加上一部分，最终应设计长度为520mm。（3）直径设计

手柄在操作时会受到剪力和弯矩的作用，最大操作力为200N,最大扭矩为97.408Nm，则力的分布图如下所示：

剪力图

弯矩图

可见，危险截面在手柄与螺杆接头处。手柄的材料选为未经热处理的45号钢，设计手柄直径为D，则危险截面最大剪应力：

4200N t=23pD/4 危险截面最大弯曲正应力：

97.408N×m s=30.1D由第四强度理论，要使手柄正常工作，需要满足条件：

sca=s2+3t2£[s]

当安全系数为2时，许用应力[s]=600MPa=300MPa,代入第

s2 四强度理论计算式，并联立剪应力、切应力计算公式，求得手柄直径：

D=15mm 综上所述，手柄长520mm，直径15mm。

（三）底座尺寸

千斤顶使用时的下支承面为木材，许用挤压应力为3MPa，则由抗击压强度准则：

Fsp=max£[sp]=3MPa

S=其中S为下支承面尺寸，解上述不等式，得S³8334mm2，为满足易于组

sb装及各方向受力均匀的要求，选择下支承面为环形结构，内径尺寸为100mm可以满足准则要求，综合考虑到千斤顶本身具有的重量、体积和使用时的稳定性，将外径尺寸设计为180mm。

综上所述，下支承面设计为环形，内径100mm，外径180mm。

四、主要部件基本尺寸及材料

（1）螺杆螺纹：Tr36´10-6g，45号钢；

（2）螺母螺纹：Tr36´10-6H，HT200耐磨铸铁；（3）手柄：长度500mm，直径15mm，45号钢；

（4）底座：外径180mm，内径100mm，HT200灰铸铁。

五、创新性设计

（1）手柄加上橡胶手柄球而非普通塑料手柄球，既节约成本，又易于拆卸，减少千斤顶存放的体积；

（2）为了携带方便，给千斤顶外壳加上把手；（3）为提高外壳强度，给外壳加上肋板；

（4）为了使用过程中省力，在托举部分和旋转的螺杆间加入推力轴承51105，并在相关旋转部件处涂润滑油以减小使用阻力；（5）为了增强千斤顶对托举点形状的适应能力，将托举部件顶部由杯状改成平顶，同时为了减小对被托举物的损害，给托件部分加上橡胶保护套；（6）在千斤顶底部设计成密封用的橡胶盖，使千斤顶在存放时，螺旋运动部件免受灰尘侵扰。

第五篇：螺旋千斤顶设计方案

螺旋千斤顶设计方案

班级 A05机械（2）姓名 金煊 学号 050101237 指导老师 章海

2007.11

目录

一

千斤顶设计任务分析...............................................................................................................3

1.1 千斤顶载荷Q及起重高度L............................................................................................3 1.2 螺旋传动的特点、结构及材料.....................................................错误！未定义书签。1.3 千斤顶组成.......................................................................................................................3 二

千斤顶总体示意图...................................................................................................................4 三

各部件参数设定及强度校核...................................................................................................5

3.1 螺母材料、尺寸的选定及校核.......................................................................................5

3.1.1 螺母材料及尺寸的基本参数...............................................................................5 3.1.2 螺纹牙的强度校核...............................................................................................5 3.1.3 螺纹自锁性校核...................................................................................................7 3.1.4 螺母其他尺寸设定...............................................................................................6 3.1.5 螺母凸缘强度校核...............................................................................................6 3.2 螺杆材料、尺寸的设定及强度校核.............................................................................7

3.2.1 螺杆材料选取及强度计算...................................................................................7 3.2.2 螺杆稳定性校核...................................................................................................8 3.3 底座及机架材料的选定及校核.....................................................................................9

3.3.1 底座及机架基本参数与结构的设定...................................................................9 3.3.2 底座内外径的设定...............................................................................................9 3.4 托杯的材料及尺寸的设定...........................................................................................10 3.4.1材料及尺寸的设定..............................................................................................10 3.4.2强度校核..............................................................................................................10 3.5 手柄材料及尺寸的设定...............................................................................................11 3.5.1 手柄材料及长度的选定.....................................................................................11 3.5.2 手柄直径的选定.................................................................................................12 3.6 其他保险零件的选定...................................................................................................12 3.6.1螺杆及手柄处挡圈及螺杆上端螺钉选取..........................................................12 3.6.2 底座与螺母间紧定螺钉得选取.........................................................................12 四

设计结果（主要参数列表）.................................................................................................13 五

参考文献.................................................................................................................................14

一

千斤顶设计任务分析

1.1 千斤顶载荷Q和重高度L 已知条件：最大载荷Q=60000KG

起重高度L=180mm 手动

分析已知可得：（1）Q=60KN（2）因为设计的千斤顶是手动，故对螺纹的精度要求不高。可以采用9级梯形螺纹。

（3）可选用45钢作为千斤顶材料，调质HB=217～255,α=315(课本P362表15-1)(4)千斤顶的组成:A)螺纹B)螺母:为青铜或球墨铸铁C)底座:HT180灰铸铁E)手柄D)其他保险圈,螺钉等

1.2材料选择

因为设计的千斤顶是手动的，故对螺纹的精度要求不是很高。因此采用9级梯形螺纹，材料为45钢。

1.3千斤顶组成

A 螺母、B 螺杆、C 拖杯、D 底座（机架）、E 手柄、F 其他保险零件（垫圈、螺钉等）

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二

千斤顶总体示意图

托杯手柄螺母底座螺杆

三

各部件参数设定及强度校核

3.1 螺母材料、尺寸的选定及校核

3.1.1 螺母材料及尺寸的基本参数

螺母材料：铸铝青铜（ZCuAl9FeNi4Mn2）。材料耐磨性好，强度高，适用于低速重载的传动。

查表5－12得材料 [P]=18-25MPa 取[P]=20MPa。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f＝1.2～2.5，取f＝2。

Q601030.830.98mm。由式5－43，对于梯形螺纹，中径d20.86[p]22010查机械设计手册，选取Tr32´6螺纹 基本参数（mm）：P6,d34,小径d0,28.10,31.中径d,35.20028.大径DD1

3.1.2 螺纹牙的强度校核

螺母高度Hd2231.062mm 工作圈数uH/p231.0/610 计算螺纹根部弯曲强度校核公式由式5－49：

6Ql[b]

Db2uD-D2=2 其中对于梯形螺纹b=0.65p=0.656=3.9mm,l=2b代入得：b6Ql6600247.8MPa 2332Dbu3510(3.910)9查表5－13：[sb]=40-60MPa。故合适。计算螺纹根部剪切校核由式5－48：

Q60103Dbu3510－33.910－39＝15.6MPa

查表5－13：[t]=30-40MPa。故合适。

3.1.3 螺母其他尺寸设定

凸缘尺寸的设定 ：由抗压强度求凸缘外径 Qca1.21.5

D2243D由表5－13得：[sb]=4-0M60Pa，则[s]=11.2s[b=]3-3.2[]4M0Pa。代入得：D3=55-59mm。取D358mm。

aH/368/3mm 取a=20mm。

D4(1.21.4)D369.681.2mm取D480mm。

螺母结构设计：3.1.4螺母凸缘强度校核

凸缘与底座接触表面的挤压强度：

M4P9.a，8取

pQ460103(D42D32)754257210632.2MPa[p] 故合格。

其中p1.51.7b60102MPa。凸缘根部的弯曲强度：

33MQ(D4D3)/460108058106b28.6MPa[b]，故合格。

WD3a2/6801032021064其中[sb]=40-60MPa。

凸缘根部被剪断的情况较少发生，故强度计算从略。

3.2 螺杆材料、尺寸的设定及强度校核

3.2.1 螺纹自锁性校核

螺纹的自锁条件需满足v12

查表5－12得：f=0.09 梯形螺母b=j/2=15 故varctanf5.32 cos又tan P60.062 得3.65.λ＜v 故自锁，安全。d231.03.2.2 螺杆材料选取及强度计算

螺杆材料：45＃钢 调质。

查表15－1：s355MPa,b640MPa，据表5－13： []s3~570120MPa，校核螺杆强度，根据第四强度理论求出危险截面计算应力ca，ca232[]； 其中Q4代入数据s=102.5MPa , t=39.4MPa。

226得：ca102.9339.410123.5MPa，故不太安全。d12，T/W，TQtan(v)d2p3d1。，W=216

改进方法：1 选用40CrNi调质钢 ；2 增大螺杆尺寸。选用改进方法1 采用40CrNi调质钢，由表15－1： 毛坯尺寸<100mm ,ss=735MPa ,[s]=故确定采用40CrNi调质钢及以上强度钢。

ss=147-245MPa,安全。3~53.2.3 螺杆稳定性校核

查表5－14： 螺杆的长度系数m在一端固定，一端自由时为m=2.00。

iId128.07.0 A44螺杆工作长度：

lH/2l2l3l468/21801.8341.21.634370mm，螺杆的柔度： sl/i 代入得：s2370105.7 <[s] ,为中柔·度杆，故不能用欧拉公式计算。7.0由经验公式得：Qsc(abs)4d12

查经验公式直线公式的系数得： a=461,b=2.57，代入数据得：Qsc(4612.5761.2)由螺杆的稳定性条件Ssc4282186.9kN。

Qsc186.926.7Ss Q70其中对于传力螺旋 Ss=3.5~5.0。符合螺杆稳定性条件。螺杆两断各钻M10的螺孔，用于安装挡圈。

螺杆结构设计：

3.3 底座及机架材料的选定及校核

3.3.1 底座及机架基本参数与结构的设定

查机械设计手册，工程材料选用金属材料性能与特性，用HT150－HT200灰铸铁都可，适用于重载低速等情况。抗拉强度180MPa,抗弯强度240MPa。

机架厚度与斜度：厚可取 810mm，取10mm。斜率可取k=111-，取k=。

1020103.3.2 底座内外径的设定

底座内径 D52kL10~15D3，L＝起重高度180；

118010~155897mm，可取D597mm 10Q底座外径D6通过挤压强度求出： pP

D62D524计算得：D52由表5－6得到，当接触表面为混凝土时p2~3MPa，取p2.8MPa，4Q4601032D5982106192mm 求得：D662.810p机架总高：H(D5D3)/2螺母下沿（69-26mm）+(10~20mm),取H250mm.k机架及底座结构设计：

3.4 托杯的材料及尺寸的设定

3.4.1材料及尺寸的设定

查机械设计手册，托杯可选用的材料有Q235，Q275或35＃，45＃或铸铁均可。选用Q235钢，毛坯£100mm, s225MPa。

111-，取k=。

102010壁厚8~10mm，取10mm，斜率k=D70.6d1mm0.634121mm，d0d3(2~4)mm1.6d(2~4)mm50mm，托杯高度h(1~1.2)d366mm，托杯开口宽度D8(2~2.4)d32.21.6d120mm。

3.4.2强度校核

对托杯下底面尺寸d0进行强度校核：

pQ4(d02D72)p 查表5－6，钢对钢p0.8s0.8225180MPa，代入数据算得：p604(502212)10937.1MPap。故强度合格。

托杯的结构设计：

3.5 手柄材料及尺寸的设定

3.5.1 手柄材料及长度的选定

手柄材料可用Q235,Q275或45#,35#调质钢均可。现取用Q235钢。

手柄长度的选定：

拧紧力矩T等于螺旋副间摩擦力矩T1和托杯与螺杆上端支撑面的摩擦阻力矩T2之和，TT1T2Qd2tan(v)fcQrfFNL，2其中fc为接合面的摩擦系数，查表5－5得：fc＝0.1～0.16，取fc＝0.15，rf为支撑面的摩擦半径 rfd4d0205017.5mm，44人力FN一般可以取150～250N，考虑到持久耐力性取FN＝150N，计算得到手柄有效长度L100440.1517.51000.12/1500.13m。

2手柄实际长度可取L=L+d3/2+50～100mm1302890250mm。手柄一端钻M10的螺孔，用于安装挡圈。

3.5.2 手柄直径的选定

FNLsM由弯曲强度计算 b bWdK3/321.5~2得：[sb]=ss=113~150MPa 取[sb]=130MPa

1.5~23整理计算得 ：dK

32FNLb33215013010341mm 取dK=41mm。6130103.6 其他保险零件的选定

3.6.1螺杆及手柄处挡圈及螺杆上端螺钉选取

手柄一端可自由拆卸，故只用一个挡圈。直径ddk(5~10)41(5~10)mm,螺钉可取M6～M10。现取M10。

螺杆上端挡圈dd4(5~10)mm20(5~10)mm，螺杆下端挡圈dd(5~10)mm34(5~10)mm。其中螺杆两端螺钉都取M10。

3.6.2 底座与螺母间紧定螺钉得选取

底座与螺母间紧定螺钉可以选取M8。适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合。

四

设计结果（主要参数列表）

一

螺母

材料：铸铝青铜（ZCuAl9FeNi4Mn2），Tr42´7 螺纹基本参数（mm）：P6,d34,小径d0,28.10,31.中径d,35.20028.大径DD1，下断尺寸D358mm，凸缘a20mm，上断尺寸D480mm。

二 螺杆

螺杆材料：40Cr调质钢及以上强度钢，如20CrNi, 40CrNi等，螺杆尺寸（mm）：l1H68,l2L180,l15,0,l14l3845l6357,d35,20,d440,d550d0

三

底座

底座材料：用HT150－HT200灰铸铁都可，尺寸：厚度d=10mm，斜率k=1，10底座内径D597mm，底座外径D6192mm，机架总高：H250mm。四

托杯

壁厚d=10mm，斜率k=1，10下端尺寸：D7=24mm，d050mm，托杯高度h55mm，托杯开口宽度D8120mm。

五 手柄

手柄材料可用Q235,Q275或45#,35#调质钢均可，手柄实际长度可取L250mm，手柄直径dK=41mm。六

其他保险零件

手柄挡圈：直径d41(5~10)mm,螺钉取M10。

螺杆上端挡圈d20(5~10)mm，螺杆下端挡圈d34(5~10)mm，其中螺杆两端螺钉都取M10。

底座与螺母间紧定螺钉可以选取M8。

五

参考文献

[1] 机械设计第八版 濮良责 纪名刚 2006.05 高等教育出版社。[2] 机械设计课程设计图册 龚桂义 高等教育出版社。[3] 机械设计手册 电子版V2.0