机械设计大作业

便携式螺纹千斤顶设计计算说明书

（班级：车辆工程141 姓名：王俊 学号：1608140120 ） 1.设计任务书

1.1 螺旋千斤顶的原理：千斤顶的工作原理是:通过螺杆和螺母组成的螺旋副来实现将物体由低处向高处的传送的，并使托杯中的物体做直线运动，从而实现我们的传动要求。其中，螺母固定，当手柄旋动的时候，螺杆通过与螺母的螺旋副的运动，螺纹之间产生自锁，使装有重物的托杯往上运动。 1.2 原始数据

最大起重量： F = 35 kN

最大升程 ： H = 200 mm 2.计算内容和设计步骤

2.1螺杆的设计与计算 2.1.1 螺杆螺纹类型的选择

选择梯形螺纹螺旋传动，右旋，牙型角α=30˚,因为梯形螺纹的牙根强度高，易于对中，易于制造，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。 2.1.2选取螺杆材料

因为螺杆承受的载荷较大，而且是小截面，故选择45#钢。 2.1.3确定螺杆直径 按耐磨性条件确定中径d2

对于梯形螺纹，h=0.5p,由耐磨性条件可转化为： d20.8F/[p]

d2:螺纹中径，mm; F：螺旋的轴向载荷，N; Φ:引入系数；[p]:材料的许用压强，Mpa; 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20Mpa 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P201200024Mpa 带入设计公式，得

d224.9mm

按国家标准选择公称直径和螺距为：

Dd30mmd2d327mm

d1d723mmP6mm2.1.4自锁验算

自锁验算条件是v

varctanf/cosarctan0.08/cos15o 4.73onp/d2arctanarctan6/30

3.64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。 2.1.5结构设计

根据图1-2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34mm。

（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。

（4）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(GB/T891-1986)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。

2.1.6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

查表可得s360MPa

s/3120MPa

已知F = 35 kN ，又 TFtanvd2/279.82NmA1/4d12572.56mm2W1/16d133864.7mm3代入校核公式，得

ca101.2MPa

ca

满足强度要求。 2.1.7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(200511.530)mm250mmiI/A1/4d123/4mm5.75mm

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2505.7587.040

需进行稳定性校核。 实际应力的计算公式为

Fcr2EI/l 2其中Id146413736.66mm4 E2.06105MPa 将上述数据代入公式得

Fcr202326.15kN Fcr/F2.5~4

螺杆满足稳定性要求 2.2螺母设计计算 2.2.1选取螺母材料

螺母采用强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜 2.2.2确定螺母高度H\'及工作圈数u\'

H\'d21.52740.5mm

uH\'/t40.566.75mm

因为考虑退刀槽的影响，取实际工作圈数为：

u\'u1.56.751.58.25mm

\'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

2.2.3校核螺纹牙强度

螺母的其它尺寸见图1―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30mm D2d227mm 剪切强度条件为： F≤[] Db查表得：[]30~40MPa，b0.65P0.656mm3.9mm 则剪切强度为：

3500010.58MPa

30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：

6Fl[b] 2Db查表得[b]40~60MPa，l（DD2）/2(3027)/21.5mm 则弯曲强度为

6350001.524.42Mpa [b]，符合弯曲强度条件。 2303.99

2.2.4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，查表选择紧定螺钉GB/T711985 M612。 2.3托环的设计与计算

2.3.1托杯材料的选择

选择托环材料为Q235钢。 2.3.2结构设计

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，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。 2.3.3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(D122D112)4P

根据图1-4，取相关尺寸为：

D110.6d0.630mm18mmD102.5d2.530mm75mmD131.8d1.830mm54mmD12D134mm50mmP

3520.5MPaP 22(5018)4接触面压强满足要求，选材合理。 2.4手柄的设计计算 2.4.1手柄材料的选择

选择手柄材料为Q235钢 2.4.2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

又 T1Ftan(v)T2(D12D11)fF/4(5018)0.08335/449.39NmLPd2268.49Nm

T1T268.4949.39m0.589m589mm K200手柄实际长度为：

Lp58954100716mm 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。

2.4.3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1111mm22.9mm

0.1120取dp25mm 2.4.4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 2.5底座设计 2.5.1选择底座材料

选择底座材料为HT200，其p2MPa 2.5.2结构设计 由图1-7可得底座的相应尺寸：

H1(H20)mm(20020)mm220mmD6(D38)mm(588)mm66mmD7D6D84FH15(66D72220)mm110mm54501102mm102mm2

p取10mm，则有

H\'（1.5~2）(5418)mm36mm

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