螺旋千斤顶设计

机械设计螺旋千斤顶设计结构草图：载重：2t 行程：230 最大起重量F=20000N 最大起升高度 H=230mm工作原理图：1.螺杆的设计与计算1.1螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，千斤顶常用的是梯形螺纹。

梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，梯形螺纹的外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。

千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。

因此选用的螺杆螺纹是牙形角α=30º的单线梯形螺纹1.2螺杆的材料的选择螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。

在此选用的是45钢。

1.3确定螺杆的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。

计算过程：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]。

p=QPπd2ℎH<[p]令φ=H /d2(H为螺母高度，且H=uP)，代入得d2>=√QPπℎ∅[p]式中p──工作压强(MPa);Q──轴向工作载荷(N)；d2──螺纹中径(mm)；P ──螺距h──螺纹工作高度(mm)，对矩形、梯形螺纹，h=0.5P；对锯齿形螺纹，h=0.75P；u──旋合螺纹圈数；[p] ──螺旋副许用压强(MPa)。

值选取：对整体式螺母，=1.2～2.5，对剖分式和兼做支承螺母，=2.5～3.5. 此处取1.5。

因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，所以两者的材料均选为钢-青铜需用应力取[p]=20MP。

螺杆螺纹的中径：d2≥0.8√Q[]=0.8∗√20000=20.65根据求得的此螺纹中径，查表GB/T5796.2—2005和表GB/T5796.3—2005有：公称直径d=28,螺距P=5,中径d2=D2=25.50,螺杆小径d3=22.50,螺母小径D1=23.00，螺母大径D4=28.50，螺母高度H=Φd2=25.5*1.5=38.25,螺旋圈数μ=HP =365=7.65≈8≤10(圈)1.4自锁验算自锁条件：ψ≤ψv式中：ψv──螺纹副当量摩擦角，ψv = arctgf v =arctg(f/cosβ)ψ为螺纹升角摩擦系数f由查表可知，f= .11~0.17，由于千斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时区最大值0.17。

机械设计大作业计算说明书螺旋千斤顶的设计设计要求：设计一人力驱动的螺旋千斤顶，其轴向承载能力为F=60000N,要求提升高度为h=150mm；要求耐磨性好，螺母材料为ZCuSn10-1，采用梯形螺纹。

摘要螺旋千斤顶主要是有螺杆、手柄、底座、螺套、旋转杆、挡环、托杯的零部件组装而成的。

在本次设计过程中对螺旋传动的计算和各零部件的设计与选材最为重要；并且重点运用了机械设计方面的知识，另外还运用了辅助绘图工具AoutCAD、Solidworks等。

本文从螺旋千斤顶的零部件的设计与选材等多方面，阐述了它设计的全过程。

尤其在工艺规程设计中，运用了大量的科学加工理论及计算公式，对它进行了精确地计算。

由于螺旋千斤顶是一种小型的起重设备，体积小方便携带，造价成本低，所以在日常生活中被广泛应用。

本设计既是产品开发周期中的关键环节，有贯穿于产品开发过程的始终。

设计决定了实现产品功能和目标的方案，结构和选材。

制造方法以及产品运行，使用和维修方法。

现代机械产品的要求不对传统机械产品高的多，因而在产品开发和改进过程中只有全面深入地运用现代设计理论，方法和技术才能满足社会对现代机械产品愈来愈苛刻的要求，提高其市场竞争能力。

目录摘要 (II)1 起重机械的概述 (1)2 千斤顶的概述 (2)2.1 千斤顶的种类 (2)2.2 千斤顶的结构和技术规格 (3)2.3千斤顶的工作原理 (5)3 螺旋传动的设计与计算 (6)3.1螺旋传动的应用和类型 (6)3.2螺旋传动的结构和用途 (8)3.3螺旋传动的计算 (9)3.4螺旋传动的设计和选材 (10)3.5螺旋机构耐磨性的计算 (11)3.6螺母螺纹牙的计算 (12)3.7螺杆强度和稳定性的校核 (13)3.7.1强度的校核 (13)3.7.2稳定性的校核 (14)3.8自锁性的校核 (15)4千斤顶的设计 (16)4.1选择材料 (16)4.2耐磨性计算 (17)4.3螺母外部尺寸计算 (18)4.4手柄设计计算 (19)4.5螺杆稳定性校核 (20)5 螺旋千斤顶图形的绘制 (21)6 使用千斤顶的注意事项 (23)7 设计总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)1 起重机械的概述起重机械是现代工业企业中实现生产过程机械化、自动化、减轻繁重体力劳动、提高劳动生产率的重要工具和设备。

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。

螺旋千斤顶设计计算说明书一、 设计条件：1、最大起重量 Fmax=30 kN2、最大起升距离 hmax=180 mm二、 螺纹的设计与计算1. 选择螺纹类型梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺性好，牙根强度高，对中性好，所以选择梯形螺纹，其牙形为等腰梯形，牙型角α=30° 2. 选取螺杆和螺母材料螺杆材料选择常用的45号钢，查询可知σs =355 MPa ，σb = 600 MPa ；螺母选择青铜（ZCuAl10Fe3），查询可知σs =180 MPa ，σb = 490 MPa ；查询可知滑动螺旋副钢-青铜的许用压力[p]=15 MPa 。

3. 确定螺杆直径由耐磨性条件，螺杆中径d 2≥0.8√Fφ[p]由于螺母为整体结构，且磨损后不能调整，选取φ =2.0，又F=Fmax=30 kN 代入数据可得d 2≥0.8√300002.0×15=25.3 mm按GB/T 5796.2-2005选取公称直径d=28mm 的螺纹，螺距P=5mm ，线数n=1，螺旋副的摩擦系数f=0.09，螺旋角β=15°，查询可知其中径d 2=25.5mm ，满足要求。

4. 自锁性校核螺旋升角γ=arctan nP πd 2=3.57°；当量摩擦角ρv =arctan fcosβ=5.32°故ρv >γ，满足自锁性条件。

5. 螺杆强度校核螺杆所受扭矩T =Fd 22tan (γ+ρv )=59.8 N ∙m螺杆危险截面上既受拉压应力又受扭转切应力，应用第四强度理论，有：σca=√σ+3τ=√(4Fπd12)2+3(T0.2d13)<[σ]查询可知，螺纹小径d1=22.5 mm,代入数据可得σca=75.5 MPa;查询可知，取安全系数S=4，许用应力[σ]=σs4=3554=89 MPa;故σca<[σ],满足强度要求。

6.稳定性计算螺杆柔度λ=4μld1,其中长度系数μ=2，根据经验公式有效长度取l=hmax+1.5d+H2=247 mm，则λ=4×2×24722.5=87.8>80查表可知螺杆临界载荷F cr=π2EI a(μl)2 ,其中惯性半径I a=πd1264,查询可知45号钢E=210GPa，代入数据可得F cr=243.4 kN由稳定性校核公式：S C=F crF≥[S]取[S]=2.5-4,则S C=243.430=8.11>[S],满足稳定性要求。

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F=60KN 、最大升起高度H=230mm 。

螺旋千斤顶的设计步骤如下：1.螺杆的设计与计算：（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Q255——《现代工程材料成型与机械制造基础》 孙康宁 P80（3）螺杆直径螺杆工作时，同时受压力与扭矩的作用，因此它的计算可近似按紧螺纹栓联接的计算公式估算出螺纹内径，即：[]σπF2.5d 1≥查式中螺杆的屈服极限σs=255MPa ，由于Q235是塑性材料，取安全因数n=2，得许用压应力[]σ=127.5MPa ，取整数[]σ=130MPa 。

——《材料力学》 王世斌 亢一澜 P19、P28将上述数据带入得螺杆的直径为d1≥0.02764m ，取d 1=30mm 。

根据经验公式4p d1=，得P=7.5mm 。

参考梯形螺纹标准，螺纹牙型高h=2p，得h=3.75mm 。

d 圆整为整数后，取p d d1-==38-7.5=30.5mm 。

（4）自锁验算在考虑众多因素后，实际应满足的自锁条件为： 1-'≤ρψ原始数据 F=60KN H=230mm配合选H8/h8螺杆的材料选Q255螺杆直径取30.5mm（4）螺母与底座的配合螺母压入底座上的孔内，圆柱面的配合采用H8/n7，为了方便安装，应在螺母下端和底座孔上端制出倒角，紧固螺钉的直径取M8。

3.螺杆稳定性验算计算螺杆柔度时，螺杆最大受压长度l 可按将重物举到最大起升高度后，托杯底面到螺母中部的高度计算，即：1.5d /2H l +'+=H式中d 为大径，d=34mm ，得l=230+56.25/2+1.5X34=309mm由稳定性验算公式22cr l EIF π=——《材料力学》 王世斌 亢一澜 P117、248查表得Q255的弹性模量E=200GPa ， 由惯性矩公式I=()212d d 64-π，得I=1.192510-⨯4m式中cr F 为满足条件的轴向压力将上述数据带入公式得，cr F =2.456KN 510⨯,满足条件，装置稳定。

21螺杆的设计与计算给定数据 Q=20KN （轴向力） ，H=200mm （起重高度）,P=200N(手柄操作力） 1.1螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。

1.2选取螺杆材料螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。

选45钢。

1.3确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径d 2。

求出d 2后，按标准选取相应公称直径d 、螺距p 及其它尺寸。

d 2≥][/8.0P Q ψ 根据国家规定ψ=1.2~2.5，取ψ=2.0（梯形螺纹）；h=0.5p ；，[p ]取20Mpa故，d 2≥ ][/8.0P Q ψ≈17.9mm 查机械设计手册，基本尺寸优选第一尺寸系列，考虑到螺杆的稳定性，公称直径d 取28mm 。

则螺距p=5mm ， 外螺纹小径d 1=22.5mm ，中经d2=25.5mm 螺母高度H '=ψd2=51mm,螺母的螺纹工作圈数μ=H '/p ≈101.4自锁验算自锁条件是λ≤ψv 。

式中：λ为螺纹中径处升角；ψv 为当量摩擦角（=arctan ，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。

）查教材表，fV 取0.09。

λ =arctan(n p / π d 2)=arctan （1⨯5/3.14⨯25.5）=3.57选梯形螺纹 45钢Q-轴向力[P]-材料许用压力 Mpah-螺纹牙的工作高度 P-螺距取d=28mm d 1=22.5mmd2=25.5mmp=5mmH '=51mmμ=10fV=arctan=arctan=5.32故， =3.5<5.32；满足自锁条件。

1.5结构如下图:自锁条件合格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d k的大小根据手柄直径d p决定，d k≥d p十0.5mm。

为了便于切制螺纹，螺纹34上端应设有退刀槽。

退刀槽的直径d 4应比螺杆小径 d 1约小0.20.5mm 。

螺旋千斤顶的设计千斤顶一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄等零件所组成。

螺杆在固定螺母中旋转，旋转，并上下升降，并上下升降，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。

把托杯上的重物举起或放落。

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F=30（kN kN）和最大提升高度）和最大提升高度H=170（mm mm）。

）。

计 算 及 说 明 结 果1、螺杆的设计与计算1.11.1、螺杆螺纹类型的选择、螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、螺纹有矩形、梯形与锯齿形，梯形与锯齿形，梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。

常用的是梯形螺纹。

常用的是梯形螺纹。

梯形螺纹牙型梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30&ordm;=30&ordm;，梯形螺纹的内外螺纹以锥面，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GB/T5796.1GB/T5796.1——2005的规定。

根据螺旋千斤顶要较强的自锁性选择自锁性较好的梯形螺纹。

01.21.2、螺杆材料的选取、螺杆材料的选取螺杆材料常用Q235Q235、、Q275Q275、、40钢、钢、4545钢、钢、5555钢等。

螺杆承受重载，可初选螺杆的材料为45钢。

最后根据强度条件来验证确定最终材料。

1.31.3、确定螺杆基本尺寸、确定螺杆基本尺寸（1）螺杆公称直径d ：估计螺杆公称直径为30mm 左右，根据手册表3-7可知螺距p螺母为整体式、磨损后间隙不能调整可得φ根据为梯形螺纹h=0.5p由螺纹副材料为钢对青铜，滑动速度为低速，根据表6.5根据公式（根据公式（6.206.206.20）d2≥ =25.24mm，再根据手册的表）d2≥ =25.24mm，再根据手册的表3-7取标准公称直径d ，并检验螺距p 满足条件。

再根据手册的表3-8查的：（2）螺杆中径d2=d-2.5（3）螺杆小径d1=d-5.5 根据经验公式可知（4）手柄孔径d k 由手柄直径d p决定，决定，d d k ≥d p +0.5mm（5）螺纹退刀槽d4的直径比螺杆小径d1小约0.2~0.5mm（6）退刀槽宽度取1.5p（7）螺杆上支撑手柄的大径D13=1.8d（8）螺杆上支撑手柄的大径高度取1.5d（9）螺杆下端挡圈直径D=d+D=d+（（6~106~10））mm 再由设计手册的表5-3取标准件（1010）下端挡圈厚度）下端挡圈厚度H 由表5-3取标准件5mm（1111）螺杆下端与挡圈靠螺钉固定，螺钉孔直径为）螺杆下端与挡圈靠螺钉固定，螺钉孔直径为0.25d（1212）螺杆总长度为）螺杆总长度为H1+H1+H &cent; （1313）螺杆上所有倒角根据手册表）螺杆上所有倒角根据手册表1-28可知（1414）螺杆上超过支撑手柄大径的高度可取比托杯下端厚度厚）螺杆上超过支撑手柄大径的高度可取比托杯下端厚度厚3~4mm1.41.4、自锁验算、自锁验算（1）根据表6.76.7，螺纹副材料为钢对青铜（定期润滑）可知螺，螺纹副材料为钢对青铜（定期润滑）可知螺纹副的当量摩擦系数m v（2）根据当量摩擦角定义可知r v =arctan m v（3）根据自锁条件y ≤r v ，且螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°，可得中径升角1.51.5、螺杆强度计算、螺杆强度计算（1）根据公式）根据公式（2）由手册表2-7知螺杆材料45钢的屈服强度δs（3）由表6.6可知螺杆许用应力可知螺杆许用应力[[δ]=δs /4（4）根据第四强度理论参考公式（6.236.23））可知螺杆受的应力δ= ,满足强度δ<[δ]。

一、设计原始参数螺旋千斤顶的最大起重重量F=60KN，最大起重高度H=230mm。

二、设计计算书4、 稳定性校核 细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力，螺杆可能失稳，为此按下式验算螺杆的稳定性。

/ 2.5~4.0er F F ≥式中，er F 为螺杆的临界压力。

22()er EIF L πβ=。

查【2】P4，E=206GPa ，42441*368.24*106464d I mm ππ===。

52305*765330L H P l mm '=++=++=。

由002//125/40.5 3.083l d H d ''===>，为固定支承 见【1】P121，2β=（一端固定，一端自由）。

25442*2.0*10*8.24*1038.46*10N (2*330)er F π==/38.46/6 6.44er F F ==>，压杆可以稳定工作。

图2 螺杆简图 （二） 螺母的设计计算螺母常用铸铁或青铜制造，在这里选用HT300 1、 确定螺纹旋合圈数Z依【1】P120式（6-19），根据耐磨性计算螺纹旋合圈数Z ，E=206GPa448.24*10I mm =L=330mm2β=438.46*10N er F =/ 6.4er F F =查【1】P121表6.6 []45~55b MPa σ=323*60*10*3.523.79[]*45*4.44*9.5b b σσπ==≤，故满足要求。

3、 螺母其他结构尺寸 螺母外径(1.6~1.8)(1.6~1.8)*4572~81D D mm '===取72D mm '=(1.3~1.4)(1.3~1.4)*7293.6~100.8D D mm '''===取95D mm ''= 螺母凸缘厚度/365/325.6a H mm '===取26a mm =，结果见图图3 螺母简图4、 螺母外径和凸缘强度的计算及螺母悬置部分拉——扭组合校核（注：螺母旋合长度77H mm '=，螺母实际长度125H mm ''=，1257748H H mm '''-=-=。