螺旋起重机设计说明书

1.设计方案确定与材料选择 1.1 结构设计方案

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。

螺旋起重器（千斤顶）是一种人力起重的简单机械，主要用于起升重物。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。

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。 1.2 选择主要结构材料

1.螺杆材料要有足够强度和耐磨性，一般用45钢，经调质处理，硬度220~250HBS

2.螺母材料除要有足够强度外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦因数小和耐磨，可用103ZCuAl Fe 、1032ZCuAl Fe Mn 等。

2.

滑动螺旋起重器的设计计算

2.1 耐磨性计算

耐磨性条件校核计算式为 []2F F

p p A d h πμ

=≤＝ （1） 式中，F ──螺杆所受轴向载荷，/N ； 2d ──螺纹中径，/ mm ；

h ──螺纹工作高度，/ mm 。 h ＝0.5(d －D 1)，d 为螺杆大径，D 1为螺母小径； μ──螺纹工作圈数，一般最大不宜超过10圈。

μ=P H ，H 为螺母高度，P 为螺纹螺距。

[ p ] ──螺旋副材料的许用压力，/MPa 。可取 []p =18~25MPa 。

对梯形螺纹，h ＝0.5P ，式（1）可演化为设计计算式： 8.02≥d ]

[p F

ϕ (2) MPa P 25~18][= 取MPa P 20][=

= cos15

2.3 螺杆的强度计算

起重时螺杆受压和受扭，按第四强度理论计算： ca σ＝ 2

23τσ＋ ＝2123）（＋）（T

W T A F =21

12

)431d T F A （＋≤ [ σ ] （4） 式中 A ──螺杆螺纹段的危险截面面积，A ＝4

2

1d π，/mm 2 ; W T ──螺杆螺纹段抗扭截面系数，W T ＝4

161

31d A d ＝π ，/mm 3

; d 1──螺杆螺纹小径，mm ； F ──起升载荷，/N ； T 1 ──螺杆所受扭矩，T 1 ＝F tan(ψ ＋v ϕ) 2

2d ，

/N mm ⋅； [ σ ] ──螺杆材料的许用应力。[ σ ] ＝s σ/(3~5)，

图2：螺杆结构示意图

s σ＝352MPa 。

22

21 3.1418.5268.6744

d A mm π⨯=== 21tan()2

v d T F ψϕ=+

3321.52310tan(4.73 4.23)39.0102

N mm =⨯⨯+⨯=⨯⋅

2

211

413()ca T F A d σ=+ 3

3221439.010

(2310)3()268.6718.5⨯⨯=⨯+⨯

MPa 115=

[]3~5s σσ= 取 []117.33

s MPa σσ==

[]ca σσ∴≤ 故安全。

2.4 螺母螺纹的强度计算

如将一圈螺纹牙沿螺母的大径D 展 开，则可看作宽度为D π的悬臂梁。螺母每圈螺纹所受的平均压力为F

μ

，并作用在以螺纹中径D 2为直径的圆周上，则螺纹危

螺杆强度校核正

确

2.5螺母外径与凸缘的强度计算

在起重载荷F 作用下，螺母下段悬置部分有拉伸应力，螺母凸缘与底座的接触面上会产生挤压压力，凸缘根部则有弯曲及剪切应力。它们的强度条件计算式分别为： 螺母下段悬置部分的抗拉强度条件为： σ＝)

(4

)3.12.1(223D D F －～π []σ≤ （7）

螺母凸缘的挤压强度条件为： p σ＝)

(4

2

324D D F －π p σ⎡⎤≤⎣⎦ （8） 螺母凸缘根部的弯曲强度条件为： b σ＝2

334(5.1a D D D F W M π）

－＝ []b σ≤ （9） 螺母凸缘根部的剪断很少发生，强度计算可从略。 式中 []σ ──螺母材料的许用拉伸应力，/MPa 。可取

[][]0.83b σσ=

p σ⎡⎤⎣⎦──螺母材料的许用挤压应力，/MPa 。可取[]1.5~1.7p b σσ⎡⎤=⎣⎦ 。 mm d D 75.365.245.15.13=⨯== 3D ∴取mm 38

因为

h L 要大于等于247.8mm ，为更省力，

所以选取手柄长为 450L mm =

[]33

331068.710

17.60.10.1125

h b T d mm σ⨯⨯≥==⨯⨯ 所以h d 取mm 20。

2.7底座的设计

底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图6），铸件的壁厚δ不应小于8~12mm ，取为10mm ，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外

形制成1∶10的斜度。

图中 1H =l +(14~28)mm 63D D =+(5~10)mm

2

834p F D D πσ≥+⎡⎤⎣⎦

式中 p σ⎡⎤⎣⎦──底座下枕垫物的许用挤压应力。

图6：底座设计示