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千斤顶设计说明起重力Q=20 KN,行程S=200mm 。
1. 螺杆，螺纹类型的选择千斤顶采用梯形螺纹螺旋传动，牙形角30°。
(书本P121: 螺旋传动主要采用梯形螺纹)螺杆采用45号钢。
（书本P121: 一般常用材料螺杆为45，50号钢） 螺母材料采用青铜ZcuSn10P1。
（重载低速）2. 螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径d 2。
根据国家规定ψ=1.2～2.5，此处取ψ=1.5。
梯形螺纹ϕ=0.5；查教材表5-2，[p ]取22Mpa []mm 65.191022.515.014.31020632=⨯⨯⨯⨯⨯=≥p Qd πϕψ 查表GB/T 5796.3-1986 等效ISO2904-1977d=36mm, P=6 mm, 2d =33mm, 1d =29mm 3.自锁验算λ=arc tan 2S d π= arc tan .3314.36⨯=3.31° υρ= arc tan v f = arc tan γcos f = arc tan ︒15cos 1.0=5.91° 自锁条件是λ≤ρv ，式中：λ为螺纹中径处升角；ρv 为当量摩擦角（当量摩擦角ρv =arctan μv ，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。
∴λ＜υρ-1，自锁性可以保证3.螺杆强度校核c σ==+223τσ≤[]σ其中T=Q ·tan(λ+ υρ)·22d （书本P112公式5-4) 代入数据计算得：T=20×tan(3.31°+5.91°)×16.5=53.56 N ·m查手册GB/T 699-1999得，45号钢的s σ=355 Map,安全系数为3～5，此处取4，则 []σ===43554sσ88.75Map 把1d =29 mm ，Q=20 KN 带入上式中，得：c σ =30.30MPa ≤[]σ∴螺杆强度满足要求4.确定螺母高度H 及螺纹工作圈数z螺母高度z =ψd 2，螺纹工作圈数pH =z ，考虑到螺纹圈数z 越多，载荷分布越不均，故z 不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d 。
机械设计课程大作业螺旋千斤顶设计计算说明书目录1设计任务书 (3)2任务分析 (4)3螺旋传动设计 (4)3.1螺杆的设计与计算 (4)3.1.1螺杆材料 (4)3.1.2螺杆螺纹类型 (4)3.1.3螺杆的直径 (4)3.1.4校核自锁条件 (5)3.1.5螺杆的结构 (5)3.1.6螺杆强度校核 (6)3.1.7螺杆稳定性校核 (6)3.2螺母的设计与计算 (7)3.2.1螺母材料 (7)3.2.2螺母高度及旋合圈数 (7)3.2.3校核螺母螺纹牙强度 (7)3.2.4螺母结构 (7)4支撑部件设计 (8)4.1托杯的设计与计算 (8)4.1.1托杯材料 (8)4.1.2托杯结构 (8)4.1.3托杯强度校核 (9)4.2底座设计 (10)4.2.1底座材料 (10)4.2.2底座结构 (10)5其他部件设计 (11)5.1手柄设计 (11)5.1.1手柄材料 (11)5.1.2手柄长度 (11)5.1.3手柄直径 (12)6总结 (12)7参考文献 (13)附录1螺旋千斤顶总装配图................................................. 图纸1 附录2螺母零件工作图..................................................... 图纸2 附录3螺杆零件工作图..................................................... 图纸3 附录4托杯零件工作图..................................................... 图纸41设计任务书设计任务名称：螺旋千斤顶设计设计参数：最大起重量F：30kN最大起升高度H：110mm螺旋千斤顶示意图工作量：总装配图一张；螺母、螺杆、托杯零件工作图各一张。
计算说明书一份。
2任务分析螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的，它主要是用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。
螺旋千斤顶设计1.题目介绍：（1） 基本要求：● 设计一个螺旋千斤顶（如右图） （2） 工作参数： ● 最大起重量Fmax=26KN ● 最大起升距Hmax=220mm （3） 设计要求：● 根据最大起升重量选择材料 ● 确定螺纹尺寸 ● 满足耐磨性 ● 强度条件 ● 稳定性条件 ● 自锁条件 （4） 计算要求：● 螺旋传动的材料选择，工作能力计算和自锁性计算，其它结构的工作能力计算；(螺母许用挤压应力[σp] ≈1.5[σb])● 地面承压能力计算，确定下支承面尺寸；(木材许用挤压应力[σp]=3MPa) ● 人手的操作能力计算，确定手柄的直径和长度(人手最大操作力≈200N)。
（5） 绘制装配图和螺母零件图（确定全部结构形式和尺寸）。
2.千斤顶设计2.1螺旋传动设计2.1.1选择螺纹类型千斤顶是传力机构，常用于传力或传递运动的螺纹为矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。
矩形螺纹效率高，但牙型精确制造困难，螺旋副磨损后间隙难以补偿，且内外螺纹旋合定心较难，故常为梯形螺纹所代替；锯齿形螺纹牙的工作边接近矩形直边，多用于承受单向轴向力；梯形螺纹的牙型角α=30°，牙根强度高，螺纹的工艺好，对中性好，不易松动。
综上，本设计选择用梯形单头螺纹。
由于千斤顶对精度的要求不高，而且属于中等旋合长度，因此，公差带选7e 。
A2.1.2选择螺旋副材料《机械设计教程》表2-38千斤顶最大起升重量为26KN ，最大起升距离为220mm ，由千斤顶工作条件可得：其工作转速低，而受力较大。
因此：螺杆材料选择45号钢，螺母材料选择ZCuAl10Fe3。
2.1.3 耐磨性设计根据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P 及其它尺寸。
耐磨性设计公式如下：[]p h FPπφ≥2d由于螺母为整体结构，故φ=1.2~2.5，这里取φ=1.7 梯形螺纹h/P=0.5螺杆材料为钢，螺母材料为青铜，滑动速度为低速时，许用压强为[p]=(18~25)MPa 。
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。
题目：螺旋千斤顶
起重量Q= 25 KN
起重高度H= 200 mm
手柄操作力P= 250 N
作业任务：
1.设计计算说明书一份
2.设计装配图一张（1:1）
班级
学号
姓名
完成日期2011年11月19日
指导教师评分
目录设计任务与设计说明
1、螺旋副的设计计算
、耐磨性的计算
、自锁性校核
2、螺杆的设计计算
、螺杆强度计算
、螺杆稳定性计算
3、螺旋副的计算
、螺杆的计算
、螺母的计算
4、拖杯设计计算
5、底座设计计算
6、手柄设计计算
手柄长度设计计算
手柄直径设计计算
7、螺旋千斤顶的效率计算
设计任务与设计说明
设计任务书：
设计一螺旋千斤顶，该千斤顶要求最大起重重量为25kN，最大起重高度为250mm，手柄操作力矩为200N，且要求工作安全可靠，成本不得过高。
设计简单说明：
该千斤顶采用螺旋传动的工作方式，最大起重高度为250mm，手柄操作力200N，工作稳定可靠，满足自锁条件，使用安全，选材合理、加工方便、生产成本较低。
题目：螺旋千斤顶学院：专业：班级：设计者：学号：指导老师：完成日期：目录一、目的 (3)二、题目及方案 (3)三、受力简图 (3)四、设计进行步骤 (4)五、参考文献 (7)六、计算机截图 (7)七、计算机辅助程序 (8)八、结构图 (9)一．目的1．熟悉螺旋千斤顶的工作原理与设计方法；2．初步学会综合、运用所学过的知识，解决实际问题，培养独立工作能力；3．熟悉有关设计资料，学会查手册。
二．题目螺旋千斤顶原始数据如下：(按学号尾数)最大起重高度H’=210 mm手柄施加力Fp=200N四．设计进行步骤及注意事项：五、参考文献[1] 濮良贵纪名刚：机械设计高等教育出版社。
[2] 吴宗泽罗圣国：机械设计课程设计手册高等教育出版社[3] 龚溎义等机械设计课程设计图册高等教育出版社六、计算机截图七、计算机辅助程序#include<stdio.h>#include<math.h>#define PI acos(-1)void main(){doublea[17][5]={{15.5,20,20.5,18,4},{16.5,22,22.5,19.5,5},{18.5,24,24.5,21.5,5}, {20.5,26,26.5,23.5,5},{22.5,28,28.5,25.5,5},{23,30,31,27,6},{25,32,33,29,6 },{27,34,35,31,6},{29,36,37,33,6},{30,38,39,34.5,7},{34,42,43,38.5,7},{36, 44,45,40.5,7},{37,46,47,42,8},{39,48,49,44,8},{41,50,51,46,8},{43,52,53,48 ,}};double d1,d,d3,d2,p,f,h1,fp,t,g,h,u,k,lp,n,m,dp,x,w,l,z;double fc;int i=0;scanf("%lf%lf%lf",&f,&h1,&fp);d1=1.25*sqrt(f/101.4);loop:if(d1>a[i][0]){i++;goto loop;}d1=a[i][0];d=a[i][1];d3=a[i][2];d2=a[i][3];p=a[i][4];t=atan(p/(PI*d2));g=atan(0.0924);while(t>g){i++;goto loop;}h=2*f/(PI*d2*20);u=h/p;k=h/d2;n=d3-2;m=d3-p+2;lp=(0.5*f*d2*tan(t+g)+0.043*f*(pow(n,3)-pow(m,3))/(pow(n,2)-pow(m,2)))/200 ;x=fp*lp/15;dp=exp(log(x)/3);w=PI*pow(d1,4)/64;l=(1.5*dp+h1+0.5*h)*2;fc=9.87*206000*w/pow(l,2);z=fc/f;if(z<3.5){i++;goto loop;}printf("d1=%lf,d=%lf,d3=%lf,d2=%lf,p=%lf,t=%lf,g=%lf,h=%lf,u=%lf,z=%lf,k=% lf,dp=%lf\n",d1,d,d3,d2,p,t,g,h,u,z,k,dp);}八、结构图旋转螺杆起重式千斤顶结构图用推力滚动轴承结构。
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：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：max 25F kN=；（2）最大升距：max 200h mm=；（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：[]3p MPaσ=；（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A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HT 200。
（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：22FP F p d hH Z d hππ== 其中，轴向载荷：=25F kN 。
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：10Z ≤。
为方便计算，设螺纹参数中间变量：高径比2H d φ=。
耐磨性的要求是：[]p p ≤ 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：2d ≥ 对梯形螺纹，0.5h P=，代入上式求得：d2³19.352mm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=Hd2=ZPd2=2.5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：T max =Fmaxd22tan(g+rn)其中螺纹中径：d2=31mm；螺纹升角：g=arctan nPp d2»5.863°；当量摩擦角：rn =arctan fn；当量摩擦系数：fn =fcosa2。
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 =»74.220MPa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：r n »8.247°大于螺旋升角：g =arctan nP p d 2»5.863°，所以自锁性条件可以满足。
4、稳定性设计稳定性条件：S c =F cr F max³[S ] 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h max 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：14104L d μλ== 已知使用45号钢且不做热处理，则临界载荷：22212289.585()()643.58 3.5a cr c EI d E F kN L L S πππμμ==≈≈> 故稳定性条件可以满足。
综上所述，螺杆选择Tr 36，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 =F max Z p db£[t ]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：s b =3F maxh Z p db 2£[s b ] 其中牙高：h =5.5mm ；耐磨铸铁许用弯曲应力取为：[s b ]=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：s p =F max /cosa 2Z p d 2h /cos a 2=F max Z p d 2h »6.023MPa 已知螺母许用挤压应力：[s p ]»1.5[sb ]=75MPa ，显然满足s p <[s p ]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D 4=37mm 。
设螺母外部形状：小圆柱外径为D 1=60mm ，大圆柱外径为D 2及小圆柱的高度为H 1未知待求。
为防止大圆柱和千斤顶壳体的接触面被压坏，需要满足：对耐磨铸铁HT 200，许用的抗压应力[s p ]=1.5s b 3=100MPa ,最后 设计大圆柱外径为： 280D mm为了防止大圆柱突出部分被剪断，需要满足：s p =F max p (D 22-D 12)/4£[s p ]t=Fmaxp D1(H-H1)£[t]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。
小圆柱表面和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。
螺母外部小圆柱和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和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：L=Tmax200N»488mm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，危险截面在手柄和螺杆接头处。
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：t=43200N p D2/4危险截面最大弯曲正应力：s=97.408N×m0.1D3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]=sbs=600MPa2=300MPa,代入第四强度理论计算式，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：sp =FmaxS£[s p]=3MPa其中S为下支承面尺寸，解上述不等式，得S³8334mm2，为满足易于组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。
