千斤顶设计说明书浙江大学Word文件下载.docx
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3.1.4螺母的螺纹强度计算………………………………………6
3.1.5螺杆稳定性计算……………………………………………6
3.1.6螺杆螺母其他参数计算与确定……………………………7
3.2手柄设计及强度校核………………………………………………8
3.3底座设计及强度校核………………………………………………9
3.4托杯设计及强度校核………………………………………………10
第四章：
参考文献……………………………………………………11
4.1参考文献……………………………………………………………11
附录：
千斤顶装配图一张
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第一章
1.1设计题目：
请设计一螺旋起重器
螺旋起重器又名千斤顶，是一种简易独立起重机具，其结构简单、轻巧、可靠，而且携带使用方便，起重能力大，操作简单，依靠人力即可起重，工作平稳，这是他主要优点。
1.2设计要求：
1）设计要求该螺旋起重器最大起重重量为Q=20KN，最大升举高度L=150MM
2）设计完成结果，需有设计说明书，一张装配图。
3）固定统一采用梯形螺纹、单线GB5796-86，螺杆材料：
Q235或45＃；
螺母材料：
铸铁或青铜。
4）其自身具有自锁功能，不会自行上升或者下滑。
5）考虑人力有限，手柄不宜过短而人力不足以实用。
6）工作安全可靠，保证安全寿命等因素下，尽可能节省材料，经济性好。
1.3结构设计注意事项：
1）螺母内孔端部应有倒角，以便润滑；
2）螺杆螺纹部分应有退刀槽；
3）铸件壁厚大于或等于8mm。
1.4千斤顶结构图：
2
第二章
2.1零件名称及分析：
螺旋起重器结构见上，其主要零件也在图中标示了。
它主要由螺母、螺杆、底座、手柄、托杯这五部分组成。
1）托杯与待支撑物相接触，为了防止托杯在举重时与带支撑物发生相对滑动，需要将托杯上表面每90°
开矩形切口，并且托杯下表面要足够润滑保证与螺杆的相对运动，托杯内表面上侧要有固定螺钉及垫圈防止托杯脱落。
2）手柄设计时应该保证足够的长度，而且为了方便取下或者双手发力，手柄可以水平活动，并且手柄一端要有可旋式挡环，取下挡环时手柄可以从螺杆空中取出，方便携带放置。
3）螺钉要嵌入螺杆内，并且与托杯要有垫圈隔开，螺钉要保证托杯不会脱落。
4）螺杆上端开孔打出内螺纹与螺钉相配合，之后中上那段为实心圆柱并且横向开孔方便手柄穿过，下侧螺纹杆部分保证强度与自锁性，下端底部要有挡环防止螺杆旋出，螺杆设计时长度要考虑挠度稳定性，根据最大伸长量决定直径，并且考虑切实可行方便工人装配拆卸，下端挡板设计成内螺纹与螺钉相连接。
5）螺母部分主要是磨损，因此采用耐磨金属，螺母螺纹与螺杆相合出要有润滑保证旋转时顺畅性。
6）紧定螺钉是将螺母固定在底座上防止相对运动。
7）底座是铸件，至少要8MM厚，强度，稳定性要有保证，主要是抗压承重作用。
2.2零件材料：
1）底座：
一般灰铸铁制造，此处用HT200
2）托杯：
铸钢材料此处用ZG45
3）手柄：
Q235
4）螺母：
青铜，此处用ZQSn6-6-3
5）螺杆：
45#
6）紧定螺钉：
锥端紧定螺钉材料35#
7）垫圈：
A3
8）螺钉：
为十字槽平圆头螺钉材料A3
2.3零件受力分析：
在使用时，定座作为支撑体，主要受压应力，校核压应力即可。
托杯也是起支撑作用，受压应力，校核压应力即可。
3
手柄设计为实心圆形Q235，在扭转时，考虑一端打在最长处的平面弯矩即可。
校验的危险点位置为：
A，B两点拉压都要校验。
在使用时，主要受到螺杆对其产生的摩擦力矩以及压应力Q（支撑重物）。
螺杆在受力中，主要承受压应力Q（支撑重物）以及螺母对其的摩擦力矩和托杯下表面对它的摩擦力矩。
紧定螺钉起到防止螺母与底座在手柄使用时的相对转动，转动阻力一部分由螺母与底座接触面摩擦力矩提供，其余由紧定螺钉，紧定螺钉受剪切应力。
螺钉紧固时压应力。
防止托杯脱落，只受垫圈反作用压应力。
第三章
3.1螺杆螺母的螺纹综合设计：
3.1.1耐磨性：
防止过度磨损，需要选择合适表面粗糙度和润滑剂润滑方式外，还要校验螺纹表面压强不能
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超过螺旋传动副的许用压强。
[p]根据资料，螺杆螺母对应是钢对青铜，低速传动时[p]取11~18MPa，此处为了方便后续计算采用16Mpa，校验公式为：
P=Q/πd2hZ<
=[P]
Q为载重量，此处Q=20kN。
d2为螺杆直径，确定螺杆直径，引入Ψ=H/d2、
=h/p。
从而d2>
=√（Q/π
Ψ[p]）。
由于此处螺纹工作圈数不多，Ψ=1.2~2.5，此处取2方便设计计算。
根据螺纹是梯形螺纹，取0.5，因此算得d2>
=19.95mm。
取21.5mm。
则螺母高度为43mm，考虑到螺母螺纹圈数不超过10，则螺距p取5mm，圈数Z=8.6。
查表得外螺纹大径d24mm，小径d118mm，内螺纹大径D25mm，小径D119mm，计算面积为254mm2，h=0.5P=2.5mm，
那么校验公式带入验算得P=13.78Mpa，满足要求，因此耐磨性检验完毕。
通过耐磨性检验，初步确定螺纹参数为：
螺距p取5mm，圈数Z=8.6，外螺纹大径d=24mm，中径d2=21.5mm小径d1=18mm，内螺纹大径D=25mm，小径D1=19mm，计算面积为254mm2，h=0.5P=2.5mm。
3.1.2自锁性检验：
滑动螺旋起重器必须保证可靠的自锁性，自锁的条件为：
≤
，
＝
式中ψ──螺纹升角；
f──螺旋副材料的摩擦因数，钢对铸铁有润滑时f＝0.05～0.15，此处考虑实际，f=0.1；
β牙型半角（牙侧角），梯形螺纹β＝α/2＝15o代入计算得
=5.91°
为保证自锁，螺纹升角至少要比当量摩擦角小1°
~1.5°
，此处
且大概小1.68°
，能保证自锁。
3.1.3螺杆强度：
由于螺杆危险截面上有正应力又有剪应力，因此校核螺杆强度时，按第四强度理论求出危险截面上的当量应力
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式中
为螺杆材料的许用应力（MPa），
考虑到T1＝Ftan（ψ＋
）
，/
。
代入计算得当量应力为97.9Mpa，
，查表可得45号钢
=353Mpa，因此353/3=117.7Mpa，满足强度要求。
3.1.4螺母的螺纹强度计算：
最大承载力为Q=20KN，并且，45#比螺母的青铜
强度要好，抗剪能力强，因此只用校核螺母螺
纹的牙根强度：
校核时，螺杆大径d和螺母大径D看做近似相等。
螺纹沿螺母展开，根部为危险点，则剪切强度
计算公式为：
τ=Q/πDbZ<
=[τ]
对于梯形螺纹，采用标准倾角30°
，b=0.65P，
而青铜[τ]=40Mpa，因此对于，所以带入数值得：
τ=9.5Mpa
又因为螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，不进行弯曲强度校核，因此能够保证螺母螺纹强度。
3.1.5螺杆稳定性：
稳定性校核为设计切入点，因为在最大提升高度一定情况下，L=150MM，因此柔度只与螺杆小径有关。
柔度公式：
λS=μL/i；
由于千斤顶可视为一端固定一段自由，则：
μ=2；
L=150MM;
i=d1/4;
螺杆采用45#时，校验公式：
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Qc=（461-1.257λS）×
πd12/4
带入柔度，计算接触该2次方程得Qc=95.9KN，极限载荷20KN小于极限载荷，因此稳定性符合要求。
3.1.6螺杆螺母其他参数计算与确定
螺母高度：
H=Ψd2=43mm
螺母上半部高度设计：
有内螺纹大径25MM，所以考虑到螺母上半部高度偏小
会造成上下半部分交界面应力集中而产生断裂，因此
螺母上表面不可过短，外径不可过小，参考书籍以及
以前设计经验，参数如下：
D3=1.6*D=40MM
D4=1.3*D3=52MM
a=H*0.25=10.75MM,取11MM。
强度校核如下：
对于下半部：
（7）
螺母上部分的挤压强度条件为：
（8）
螺母交界面的弯曲强度条件为：
算得
=23.69Mpa
=39.97Mpa
=23.08Mpa
对于青铜螺母，
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采用分别采用50Mpa，40Mpa，80Mpa为临界参数进行设计。
因此上述参数设计皆满足强度要求。
螺杆其他参数设计计算：
D1=（1.7~1.9）d
取D1=1.8d=43.2mm
D2=D3=（d1-2）=16mm
D4=d+16=24mm
H1=15mm
H2=（1.4~1.6）d=36mm
H3=6mm
L=150mm+43mm+5mm-6mm-3mm=189mm
3.2手柄设计及强度校核
考虑到使用者握持方便，拆卸使用方便，此处手柄将设计为圆柱形，且一端有螺纹及螺母，使得手柄可以拆下装上，方便携带。
手柄可以水平移动，方便不同场合（单手发力扭转或者双手发力扭转），由于单手发力扭转，且手柄伸长至最长是最危险情况，所以只用校核这种
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情况下的危险点拉压应力。
最大举重量Q=20KN
使用者力矩：
T1是螺旋副螺纹牙间的摩擦力矩，即螺杆所受扭矩。
T2是螺杆与托杯底面间的摩擦力矩。
其中，该处公式为磨合轴颈的摩擦计算公式。
算得T2=29.6Nm
算得T1=38.5Nm
所以T=68.1Nm
考虑到人力限制，普通人力非疲劳双手配合使用大概能提供25Kg力，所以长度:
取300mm
手柄的直径
，式中
为手柄材料的许用弯曲应力，可取
=120MPa，所以
取20mm（略大保证强度）
手柄长度300mm，直径20mm，而一端螺纹螺母段长度可以不考虑计算，此处对强度几乎无影响。
3.3底座设计及强度计算：
由于壁厚大于等于8mm，因此设计时采用最薄处为10mm（整体因为转角倒角关系有些地方厚一些），材料为铸铁铸造而成，采用HT200。
主要承受的强度为压力，因为底座设计采用灰铸铁非常抗压，一般自身不可能强度不够压坏，而唯一可能是由于底部环状面积不够大造成压强过大而将路面压坏。
查阅资料知高速公路路面
设计时，根据节约材料以及结合螺母高度和螺杆高度，算出：
底座，H=208mm
上表面D=76mmd=62mm
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下表面D=200mmd=82mm
当重物为20KN
因此，能够保证强度要求，不会压坏路面。
其余倒角设计，是为了加工方便，并且节省材料以及以免棱角刮伤使用者。
3.4托杯设计及强度校核：
托杯支撑重物，由ZG45为材料，为防止与支撑体发生相对移动，上端每隔90°
开槽，托杯设计参数如下：
上半部分开槽深5mm，水平宽10mm
上侧大径66，小径46.2
下侧大径31.2，小径17
算得压强为
因此对于低滑动速度，人力传动时，一般耐磨性许用压强为13~18Mpa
取16Mpa作为标准，符合耐磨性条件，托杯校验完毕。
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第四章
4.1参考文献
1.《机械设计》——主编，陈秀宁，顾大强，浙江大学出版社
2.《材料力学》——刘鸿文高等教育出版社
3.《简明机械零件设计手册》——东北工学院编写组冶金工业出版社
4.《机械零件》——张英会主编机械工业出版社
5.《实用起重工手册》——赵正湘宁夏人民出版社
6.《机械零件强度计算手册》——【苏】约西列维奇绍尔著姚兆生翻译机械工业出版社
7.《机械设计课程设计》——刘安俊何永然唐增宝主编华中理工大学出版社
装配图见附录
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