螺旋千斤顶设计计算说明书

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 25

F kN

=；

（2）最大升距：

max 200

h 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：[]3

p MPa

σ=；

（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 h

ππ== 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2

H 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：

d

2

³19.352mm

查国标选梯形螺纹为公称直径d为Tr36，导程P为10mm，中

径d

2

=31mm满足要求。代入高径比计算公式：

f=H

d

2

=

ZP

d

2

=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 =F

max

d

2

2

tan(g+r

n

)

其中螺纹中径：d

2

=31mm；

螺纹升角：g=arctan nP

p d

2

»5.863°；

当量摩擦角：r

n =arctan f

n

；

当量摩擦系数：f

n =

f

cos

a

2

。

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：

T

max

»97.408N×m

已知小径：d

1

=25mm，则由第四强度理论，危险截面应力：

s

ca =

»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]=s

s

4

=88.75MPa

则有：s

ca

<[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 max

³[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：

1

4104L d μλ== 已知使用45号钢且不做热处理，则临界载荷：

22212289.585()()64

3.58 3.5

a 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 ]