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一、传动方案的确定螺旋千斤顶由螺杆、底座、螺母、手柄和托杯等组成。
通过转动手柄使螺杆在固定的螺母中边旋转、边相对底座上升或下降，从而能把托杯上的重物举起或放落。
装在螺杆头部的托杯应能自由转动，螺杆下端设置安全挡圈，以防止螺杆全部旋出。
螺旋千斤顶应具有可靠的自锁性能。
二、主要设计参数主要设计参数为A5，即最大起重重量F=26kN ，最大起重高度L=160mm 。
三、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸 3.1螺纹牙型的选择梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好。
所以选择梯形螺纹牙型。
螺杆螺母材料选择钢—青铜。
3.2螺纹基本尺寸螺纹中径按螺母螺纹牙面的耐磨性计算，对于梯形螺纹，P h 5.0=，则有[]p Fd φ8.02≥ 式中φ值一般取1.2~2.5，此处取1.2，许用压力[]p 经查表得[]13=p MPa 。
则[]033.010132.110268.08.0632≈⨯⨯⨯=≥P F d φm 33=mm 。
取螺杆标准中径332=d mm 。
查表可得螺距P=6mm ，牙顶间隙5.0=c a mm 。
螺杆大径3665.0335.02=⨯+=+=P d d mm 。
螺杆小径()295.02233=+-=-=c a P d h d d mm 。
螺母的标准中径3322==d D mm 。
螺母大径375.023624=⨯+=+=c a d D mm 。
螺母小径30636'1=-=-=P d D mm 。
选用梯形螺纹牙型332=d mm36=d mm293=d mm332=D mm374=D mm30'1=D mm四、螺杆的设计计算4.1材料螺杆的常用材料为Q235、Q275、35钢和45钢。
此处考虑成本与耐磨性要求，选用经正火或淬火处理的45钢。
4.2螺杆结构螺杆上端需用于支承托杯和插装手柄，故此处需要加大直径。
其结构如图1所示，图中L 为最大起重高度，H 为螺母高度，手柄孔径K d 的大小应根据手柄直径p d 决定，一般取5.0+>P K d d mm 。
题目：设计起重量Q F=30KN，最大起重高度H=180mm的螺旋起重器。
解：1.选用螺杆、螺母的材料σ=600MPa，螺杆采用45钢调质，由参考文献[2]表10.2查得抗拉强度bσ=355MPa.s螺母材料用铝青铜ZCuA10Fe3(考虑速度低)2.耐磨性的计算螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜ZCuA110Fe3，由参考文献[1]表8.11查得[p]=18-25MPa，从表的注释中可以查得，人力驱动时[p]值可加大20%,则d，选用梯形[p]=21.6-30MPa，取[p]=25MPa。
按照耐磨性条件设计螺纹中径2螺纹，则d≥2由表查得，对于整体式螺母系数ψ=1.2-2.5，取ψ=2，则解得2d=19.6，式中：F-----------轴向载荷，N；Qd----------螺纹中径，mm;2[p]-----------许用压强，MPa，Hψ=d查参考文献[3]表11.4，从中径2d=20mm，公称直径d=20.75mm,螺距P=1.5mm,小径1D=19.52取起，带入到下面螺杆强度校核中最后取公称直径d=28mm,螺距P=3mm,中径2d=26.5mm，小径1D=24.5mm,内螺纹大径4D=28.5mm。
3.螺纹强度校核螺杆危险截面的强度条件为：[]σσ=≤ 对于起重螺旋，因所受轴向力大，速度低，常根据螺杆强度确定螺纹小径，即 对于举行和锯齿形螺纹1d ≥对于梯形螺纹1d ≥式中1d ————螺杆螺纹小径，mm[]σ————螺杆材料许用应力，MPaF ———— 螺杆所受轴向力，NT ————螺杆所受转矩，N^mm ，T=Q F tan ()2'2d ψρ+，ψ为螺纹升角，2arctannpd ψπ==2.0637度。
查参考文献[1]表8.13得钢对青铜的当量摩擦因数f ’=0.08-0.10，取f ’=0.09，螺纹副当量摩擦角'arctan ' 5.1427f ρ==度。
江苏大学京江学院机械设计作业设计计算说明书题目：螺旋千斤顶系别: 机械电子工程班号: 1002班姓名: 陆胜凯学号: _____ 3101102037日期: 2 0 12年11月10号说明一托—瞬3—手I降4二渐痔一鴨；6 —KSSRT; 7—9—m • j 螺旋起重器的结构见图，螺杆7和螺母6是它的主要零件。
螺母6用紧定螺钉5固定在底座8上。
转动手柄3时，螺杆即转动并上下运动。
托杯1直接顶住重物，不随螺杆转动。
挡环9防止螺杆由螺母中全部脱旋出。
对这一装置主要的要求是：保证各零件有足够的强度、耐磨性、能自锁、稳定性合格等。
工作量1. 设计计算说明书一份，主要包括起重器各部分尺寸的计算，强度，自锁性，稳定性校核等。
2. 装配图一张，画出起重器的全部结构，标注出必要的尺寸与零件编号，填写标题栏与明细表选择螺杆、螺母的材料 (4)按耐磨性条件计算螺杆中径d2 (4)三、自锁条件校核 (5)四、螺杆强度计算 (5)五、螺母螺纹牙的强度校核 (6)六、螺杆的稳定性校核 (7)七、螺母其他参数设计及校核 (7)八、手柄设计 (8)九、螺杆其他参数设计 (10)十、底座尺寸设计 (11)I^一、螺钉尺寸 (12)十二、参考资料 (12)十三、各部件CAD图 (13)选择螺杆、螺母的材料螺杆采用45号调质钢，由机械设计手册查得抗拉强度(T B=600MPa (T S=355 MPa由于千斤顶属于低速重载的情况，故螺母材料用铝青铜ZCuAI10Fe3、按耐磨性条件计算螺杆中径d2Qn d 2 h uQPn d 2 h H '■P 1根据国家规定，® =1.2-1.5，这里取:即h=0.5P; [p]=20MPa,把数据代入得d-式中Q—轴向载荷Nd2—螺纹中径mm[p] ------ 许用压强Mpap—螺距h—螺纹的工作高度1.3 (梯形螺纹)，d2 > 27.1mm , d2 取带入得：31mm,d=34mm?d27mm,E=28mm,D=35mm,P=6因为® =H/d2 , H=zp,所以，H=42mm,z=7三、自锁条件校核自锁条件是■ <其中前者为中径出升角，后者为当量摩擦角。
设计计算说明书图1 螺旋副的螺纹种类、特点和应用由上表可知千斤顶螺旋副宜采用梯形螺纹，以下为所设计千斤顶四个方面的校核：耐磨性计算，自锁性计算，螺杆的强度计算，螺母螺纹牙的强度计算。
1. 耐磨性计算滑动螺旋的耐磨性计算主要是限制螺纹工作面上的压力p,使其小于材料的许用压力][p 。
梯形螺纹螺纹工作面上的耐磨性条件为：][8.0d 2p Fϕ≥ 式中●][p ：材料的许用压力，单位MPa ，由表5-12查的青铜的许用压力为18-25MPa,此处取值20MPa 。
● F ：轴向力，单位N ，此设计能够承受10吨物体的重力；● 2d ：外螺纹中径，单位mm ；●ϕ：一般取值1.2—3.5，此次设计取2。
根据上式计算得2d ≥40mm由设计手册按标准选取2d =44mm ，公称直径d=48mm ，螺距p=8mm ， 内螺纹小径1D =48-8=40mm ，大经D =48+1=49; 外螺纹小径1d =48-9=39mm ，大经d=48mm 。
2. 自锁性计算自锁条件为：V ϕφ< 式中：●φ：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度，2tanarc d pπφ=; ●V ϕ：当量摩擦角，单位度，βϕcos arctanfV =； ● p ：螺距，单位mm ； ● d 2：外螺纹中径，单位mm ； ●β：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型2αβ=;● f ：螺旋副的滑动摩擦系数，此处取0.08；●v f ：螺旋副的当量摩擦系数。
经计算符合自锁条件3. 螺杆的强度计算在千斤顶中可不考虑螺杆受到的扭矩，则其强度条件为：[]21F F =A d 4σσπ=≤ 式中：● F ：螺杆所受的轴向压力，单位N ； ● 1d ：螺杆螺纹小径，单位mm ；●][σ为材料的许用拉应力，S[]Sσσ=，单位MPa ，其中S σ为屈服应力，单位MPa ，S 为安全系数，一般取3～5，45号钢的屈服应力为355MPa 。
机械设计大作业二-设计螺旋起重器（千斤顶）机械设计大作业报告二：设计螺旋起重器（千斤顶）一、设计题目：螺旋起重器（千斤顶）的设计二、设计背景与目的在工程领域，起重器是必不可少的设备之一，用于进行物体的提升、降落和搬运。
螺旋起重器作为一种常见的起重器，具有结构简单、操作方便、稳定性好等优点。
本次设计的目的是设计一款结构合理、性能稳定的螺旋起重器（千斤顶），以满足实际工程应用的需求。
三、设计要求与参数1.设计要求（1）最大起重量：1000kg（2）最大起重高度：100mm（3）螺旋直径：16mm（4）螺旋长度：根据实际需要确定（5）设备应具有足够的强度和稳定性，能够承受较大的载荷和冲击。
2.设计参数（1）材料选择：优质碳素结构钢（如Q235）（2）驱动方式：手动操作（3）传动方式：螺旋传动（4）结构形式：采用紧凑型设计，便于携带和使用。
四、设计步骤与方案1.确定总体方案根据设计要求和参数，确定螺旋起重器的总体方案。
主要包括传动方式、结构形式、操作方式等。
考虑到手动操作的特点，设计时应注重设备的便携性和易用性。
2.结构设计根据总体方案，进行结构设计。
主要包括螺旋部分的长度、直径和材质选择，以及支撑部分的材料和结构形式等。
在设计过程中，应考虑到设备的强度、刚度和稳定性要求。
3.传动系统设计根据总体方案和结构设计，进行传动系统的设计。
主要包括传动轴的直径、长度和材质选择，以及齿轮或蜗轮蜗杆等传动元件的选择和设计。
在设计过程中，应考虑到传动效率、平稳性和使用寿命等因素。
4.操作系统设计根据总体方案和结构设计，进行操作系统的设计。
主要包括操作手柄的形状、长度和材质选择，以及操作机构的运动方式和结构设计等。
在设计过程中，应考虑到操作简便、省力和安全等因素。
5.校核与分析对所设计的螺旋起重器进行校核与分析，主要包括强度校核、刚度校核和稳定性分析等。
确保设备能够满足实际工程应用的要求，具有较高的安全性和可靠性。
6.图纸绘制与说明根据所设计的螺旋起重器，绘制相关图纸，包括总装图、部件图和零件图等。
目录第1章千斤顶的概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.. 11.1千斤顶的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.. 11.1.1千斤顶原理实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．． (1)1.2千斤顶的介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.. 11.3千斤顶的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (1)1.3.1按结构划分3种 (2)1.3.2量具千斤顶 (3)1.3.3其他分类 (4)1.4千斤顶使用说明 (4)第2章千斤顶的设计任务 (5)2.1毕业设计方案选择 (5)2.2千斤顶的设计任务要求 (5)2.2.1设计题目及任务要求 (5)第3章千斤顶的结构设计 (7)3.1结构设计的意义 (7)3.2千斤顶的结构 (7)3.2.1螺旋传动选择 (7)3.2.2螺纹类型选择 (8)第4章千斤顶各部件参数的设定及强度校核 (9)4.1螺母、螺杆的材料及尺寸的选定与校核 (9)4.1.1螺母、螺杆的材料和许用应力.............................. .94.1.2螺母、螺杆的尺寸设计与校核 (10)4.2底座的设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (13)4.2.1底座材料的选定 (13)4.2.2底座的尺寸确定 (13)4.3手柄的设计计算 (14)4.3.1手柄的材料选择 (15)4.3.2手柄的尺寸确定 (15)4.4托杯的设计计算 (15)4.4.1托杯材料的选择 (16)4.4.2托杯的尺寸确定 (16)4.5千斤顶的效率计算 (16)4.6千斤顶其他附件的尺寸设定 (16)第5章计算结论 (17)5.1千斤顶的总体装配图 (17)5.2设计各零件图及画图的具体步骤 (17)5.2.1螺母的设计 (17)5.2.2起重螺杆的设计 (20)5.2.3底座的设计 (22)5.2.4手柄的设计 (23)5.3千斤顶的各零件尺寸工程图............................. .255.4千斤顶的装配图 (27)5.5千斤顶的爆炸分解图................................... .28第1章千斤顶的概述1·1千斤顶工作原理千斤顶有机械千斤顶和液压千斤顶等几种，原理各有不同。
千斤顶设计计算说明书嘿，朋友们！今天咱来聊聊千斤顶这玩意儿。
你说千斤顶像不像一个大力士啊，平时安安静静地待在那，可一旦需要它出力，嘿，那可不含糊！千斤顶的设计计算可重要啦！这就好比盖房子得先打好地基一样。
你想想，要是设计计算没做好，那千斤顶用起来能靠谱吗？那不得关键时刻掉链子呀！咱先说说千斤顶的顶升力吧。
这可得根据实际需求来好好琢磨琢磨。
就好比你要搬起一块大石头，你得知道自己使多大劲儿吧。
要是顶升力不够，嘿，那可就尴尬了，东西顶不起来呀！但要是顶升力太大了呢，是不是又有点浪费啦？所以啊，得找到那个刚刚好的点。
还有千斤顶的结构设计呢，这可不能马虎。
它得坚固耐用吧，总不能用几次就散架了吧。
就像咱的椅子，要是不结实，坐上去摇摇晃晃的，你心里能踏实吗？这千斤顶的结构就得像钢铁侠的盔甲一样，坚不可摧！再说说材料的选择。
那也得挑好的呀，总不能用那种一压就变形的材料吧。
好的材料就像是给千斤顶穿上了一层坚固的铠甲，能让它在工作的时候更有底气。
你说这千斤顶的设计计算是不是很有讲究？要是随随便便搞一下，那能行嘛！咱可不能拿安全开玩笑呀！想象一下，要是一辆车坏在路上了，要用千斤顶把车抬起来修，结果千斤顶不争气，那得多耽误事啊！或者在工厂里，要用千斤顶顶起一个大机器来维修，要是这时候出问题，那损失可就大啦！所以啊，在设计计算千斤顶的时候，可得多长几个心眼儿。
这就跟咱过日子一样，得精打细算，方方面面都考虑到。
不能马马虎虎，差不多就行。
千斤顶虽然看着不大，可它的作用可不小哇！它能在关键时刻帮我们大忙呢！总之，千斤顶的设计计算绝对不是小事一桩，得认真对待。
只有把每个细节都考虑到了，才能做出好用又可靠的千斤顶。
咱可不能小瞧了这个小小的千斤顶，它可是有着大大的能量呢！。
机械设计-千斤顶_设计计算说明书机械设计-千斤顶_设计计算说明书1、引言本文档旨在提供一份详细的机械设计计算说明书，用于千斤顶的设计。
千斤顶是一种常见的机械工具，用于举升重物。
在本文档中，我们将介绍千斤顶的设计原理、材料选择、力学计算和安全性考虑等相关内容。
2、设计原理2.1、工作原理：千斤顶利用手动或液压的方式，将力转化为一个能够举升重物的力。
在操作过程中，通过控制手柄或液压泵的运动，使得活塞在主缸体内上下运动，从而实现重物的举升和下放。
2.2、原理图：包括主缸体、活塞、液压泵等组成的千斤顶原理图，详细标注各个组件的名称和功能。
3、材料选择3.1、主缸体：使用高强度钢材料，以承受大的压力和重载。
3.2、活塞：采用钢材料，具有良好的耐磨和密封性能。
3.3、液压泵：选择合适的液压泵类型和材料，以确保泵的稳定性和工作效率。
4、力学计算4.1、举升能力计算：根据设计需求和预期工作负荷，计算千斤顶的最大举升能力和承受重量。
4.2、压力计算：通过力学分析和压力平衡方程，计算千斤顶在不同工作条件下的压力大小。
4.3、强度计算：使用强度学原理，计算主缸体和活塞的最大应力，以确保结构的强度和可靠性。
4.4、传动效率计算：通过液压系统的分析和参数计算，评估千斤顶的传动效率和功率损失。
5、安全性考虑5.1、载荷限制：根据设计和制造标准，确定千斤顶的额定工作载荷和最大承载能力，并进行标识。
5.2、安全阀：为防止过载和压力过高，安装安全阀以保护千斤顶和操作者的安全。
5.3、密封性能：确保千斤顶的密封性能良好，防止泄漏和波动导致的意外事故。
5.4、操作规程：提供详细的操作规程和注意事项，包括保养、维修和安全操作等指导。
附件：- 图纸和设计图册- 强度计算报告- 结构分析报告- 材料选型数据表- 液压系统参数表法律名词及注释：1、《安全生产法》：指中华人民共和国国家安全生产法，该法规定了生产、经营单位的安全生产责任和相关要求。
课程设计说明书课程名称：机械制图课程设计系（部）：信息技术系班级：机械设计制造及其自动化2班学号：2014103210202姓名：xx机械制图课程设计任务书题目：千斤顶内容：1．绘制装配图1张（A2）2．绘制零件图5张（A3/A4）3．编写设计说明书一、概述千斤顶是一种起重高度小(小于1m)的最简单的起重设备，用钢性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在行程内顶升重物的轻小起重设备。
分机械式和液压式两种，千斤顶主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。
其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。
千斤顶作为一种使用范围广泛的工具，采用了最优质的材料铸造，保证了千斤顶的质量和使用寿命。
二、千斤顶的工作原理、装配关系和结构千斤顶分为机械千斤顶和液压千斤顶两种，原理各有不同。
从原理上来说，液压千斤顶所基于的原理为帕斯卡原理，即：液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。
所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。
我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。
机械千斤顶采用机械原理，以往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升或下降，而达到起重拉力的功能。
但不如液压千斤顶简易。
1.两条主要装配线围绕着输入轴和输出轴有两条主要装配路线。
由于输入轴17上需要安装齿轮直径很小，故将齿轮和轴制成一体，称为齿轮轴。
输入轴17均由滚动轴承22、25支撑。
轴承两端均装有嵌入端盖19、24、16、28，用以固定轴承。
轴从嵌入端盖16、24孔中伸出，该孔和轴之间留有一定的间隙。
为了防止机体内润滑油渗漏及灰尘进入箱体内，嵌入端盖16、24内分别装有填料15、23。
输入轴17上装有挡油环21，利用离心力的作用甩掉油液及杂质，防止机体内轮滑油溅入轴承。
机械设计-千斤顶-设计计算说明书图1计算及说明主要结果4.3自锁性校核自锁性条件为V ?ψ≤。
螺纹升角ο3.33361arctan arctan2≈??==ππψd nP 经查表，摩擦因数f 取0.08，螺纹牙侧角β取ο15，当量摩擦角οο7.415cos 08.0arctan cos arctan ≈==β?f V 。
由于影响摩擦因数f 的因素很多，其值并不稳定，为保证螺旋起重器有可靠的自锁能力，可取ο1-≤V ?ψ。
由上述计算可得οοο17.43.3-≤，所以自锁性满足要求。
4.4强度校核螺杆工作时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力，升至最高位置时，载荷分布如图2所示。
图2ο3.3=ψο7.4=V ?计算及说明主要结果5.2螺纹牙工作圈数z螺纹牙工作高度365.05.0=?==P h mm ，螺纹牙工作圈数[]43.613333102632≈=≥ππp h d F z 。
考虑到螺纹牙工作圈数越多，载荷分布越不均匀，故螺纹牙工作圈数不宜大于10，故1043.6≤≤z 。
取5.7=z 。
考虑到螺纹杆退刀槽的影响，螺母螺纹牙实际圈数应取95.1'=+=z z 。
5.3螺母的结构尺寸螺母的结构如图3所示，螺母的高度5469'=?==P z H mm ；螺母外径6.66378.18.14=?==D D mm ；螺母的凸缘外径24.936.664.14.11=?==D D mm ；螺母的凸缘厚度183543==≈H a mm 。
螺母装入底座孔内，配合选取78r H 。
为防止螺母转动，设置紧定螺钉，其直径取M6。
图33=h mm5.7=z9'=z54=H mm6.66=D mm 24.931=D mm 18=a mm图4计算及说明主要结果图5八、底座的设计计算8.1材料底座材料常选用铸铁HT150、HT200，当起重量大时可选用铸钢。
此处我们选用HT150。
8.2底座结构底座铸件的厚度不应小于8~10mm；为增加底座的稳定性，故需将外形制成1：10的斜度，如图6所示，图中底座选用HT150图6计算及说明主要结果。
手动螺旋千斤顶优化设计
专业班级机检0811 学生姓名冯露张建长
指导教师蔡兰蓉
学院名称机械工程学院
1 数学模型的建立
手动螺旋千斤顶主要包括底座、棘轮、圆锥齿轮副、托杯、传动螺纹副等部分。
千斤顶最大起重量是其最主要的性能指标之一。
千斤顶在工作过程中，传动螺纹副承受主要的工作载荷，螺纹副工作寿命决定千斤顶使用寿命，故传动螺纹副的设计最为关键，其设计与最大起重量、螺纹副材料、螺纹牙型以及螺纹头数等都有关系。
1.1 目标函数与设计变量
手动螺旋千斤顶在满足设计性能和要求的前提下，从结构紧凑、减轻重量、节省材料和降低成本考虑。
在给出千斤顶最大起重量、传动螺纹副材料及其屈服应力、螺纹头数等基本设计要求和圆锥齿轮副等已定的情况下，可从螺纹副设计着手考虑，使螺纹副所用材料最少，即在满足设计性能的情况下，传动螺杆、螺母所占体积最少。
螺杆的体积为：螺母的体积为：
2
2
14
d L
v
π
=
22
2
2
(')
4
D D H v
π-
=
式中:d2——螺杆中径，mm ；
D′——螺母外径（虚拟），mm ；
D 2——螺母中径，mm ；
L ——螺杆总长，mm ；
H ——螺母高度，mm.
考虑到传动效率要求较高和螺纹受力较大等因素，千斤顶一
般采用锯齿形螺纹传动，其大径、中径、小径之间有如下关
系：
且内、外螺纹有如下关系：
式中，D2、d2为内、外螺纹中径；P 为螺距;Ｄ、ｄ为内、
外螺纹大径；ｄ1为内螺纹小径。
则目标函数（即传动螺纹副体积之和）为：
V=V 1+V 2=πL(d -0.75P)2/4+π［D′2--(d-0.75P)2-］H/4
从目标函数表达式中可以看出，Ｌ、Ｄ′均为常量，而螺距P
取值虽为整数，但其取值随螺纹公称直径而变化，这里将其
21d d 0.75P d d 1.736P
==－－2
2D ;D d =＝d
作为变量。
故变量有ｄ、Ｈ、P 三个，记作：
T T 123X x ,x ,x d,H,P ==［］［］
目标函数表达式为：
1.2 优化约束条件
1.2.1 约束条件分析
(1)耐磨性条件
锯齿形螺纹工作高度h ：h=0.75P
根据手动螺旋千斤顶传动螺纹副滑动速度较低，及螺母和螺
杆材料等条件，查取许用比压［p ］：
计算比压为：p=FP/[(d-0.75P)πhH]＜［p ］
(2) 螺纹的自锁条件
()()()22213132L x 0.75x D x 0.75x x V x 44
ππ-'--=+［］
螺旋升角ψ：
当量摩擦角ρv=arctanuv ，uv 为螺纹副当量摩擦系数。
自锁条件为：ψ＜ρv －(1°～1.5°),即
arctanP/[π(d -0.75P)]＜ρv －(1°～1.5°)
(3)螺杆的强度条件
螺纹危险截面面积A 为：A=π(d -1.736P)2/4
螺杆所受转矩T ：T=F·tan(ψ+ρv)(d －0.75P)/2
当量应力为：
式中，F 为千斤顶最大起重量，单位为N.
查表,确定许用应力［σ］.
40ca σ=()2arctanP arctanP d d 0.75P ψππ==-
当量应力应小于许用应力，即：
(4) 螺纹牙剪切强度条件
按机械性能较弱的螺母材料进行计算：
螺母的外径D 等于螺杆外径d ：D=d
螺纹牙根厚b ：b=0.75P
螺纹旋合圈数z ：z=H/P
查表取得许用剪切应力［τ］.
按剪切强度进行计算：τ=F/(πDbz)=F/(πd·0.75P·H/P)，τ＜［τ］.
(5)螺纹牙弯曲强度条件
同样，取机械性能较弱的螺母材料进行计算。
按弯曲强度进行计算：
σb ＜［σb ］, 对静载，许用应力应取较大值。
ca
σσ＜［］()()2b 2223F d d23F d d 0.75P 3F(D D )Db z Db z Db z
σπππ----===［］
(6)螺杆的稳定性条件
确定螺杆的柔度λ值：λ=μL/i
式中，μ为螺杆的长度系数，L 为螺杆的总长度，i 为螺杆危
险截面惯性半径，
螺杆的长度系数根据螺纹副固定形式取值。
λ值小于许用值［λ］，即：λ＜［λ］.
(7)螺杆公称直径取值范围
查《机械设计手册》，取d 值范围为：20mm≤d≤650m m.
(8)螺母最大高度（螺纹啮合长度）范围：30 mm≤H≤280 mm.
(9)螺纹螺距取值范围
查《机械设计手册》，得P 值范围为2 mm≤P≤24 mm .
1d 4
i
约束条件表达式如下：
13
4(6)[]01.736L c x x μλ=-≤-312
2.25F x (5)[]0b c x x σπ⋅=-≤12
F (4)0.75c x x τπ=≤-［］
0(3)[]0c σ=-≤()313arctan (2)(1~1.5)00.75x c v x x ρπ=
-+≤-o o ()31332
(1)[]0.750.75Fx c p x x x x π=-≤-0
2 优化方法
本问题有三个变量6个约束条件，采用MATLAB优化工具对其进行优化设计。
3 优化设计实例
某厂生产一种手动螺旋千斤顶，最大设计起重量为40 kN，螺纹为锯齿形，螺杆材料采用40Cr，热处理HRC45～50，σs=785Mpa，螺母用ZCuAl10Fe3，螺纹副当量摩擦系数为μv=0.13,千斤顶最大起重高度为130 mm,试设计传动螺纹副，使其结构紧凑、所用材料最省。
根据前面的数学建模，我们先通过查表或计算，得到约束条件的各个相关参数，然后再将其代入上述建模的约束条件，从而得到螺纹副的最优设计方案。
［1］机械设计手册联合编写组.机械设计手册第二分册.第二版［M］.北京:化学工业出版社，1987.757-814.［2］范鸣玉，张莹.最优化技术基础［M］.北京：清华大学出版社，［3］邱宣怀，吴宗泽，郭可谦，等.机械设计.第四版.［M］北京：高等教育出版社，
［4］Eva Part Enander Ander Sjober.MATLAB 5手册［M］.北京：机械工业出版社
［5］高俊斌.MATLAB 5.0语言与程序设计.［M］武汉：华中理工大学出版社，1998.189-198.［6］龚小平，张丹峰.高速齿轮传动可靠性优化设计［J］.机械设计与制造.
［7］王步瀛.现代设计方法综述［M］.北京：高等教育出版社，
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