螺旋起重器设计一、 螺旋起重器〔千斤顶〕简介螺旋起重器是一种简洁的起重装置， 用手推动手柄即可升起重物； 它一般由底座、 螺杆、螺母、托杯、手柄或扳手等零件所组成；二、 螺旋起重器〔千斤顶〕结构与功能螺旋起重器结构示意图如右图所示；零件 1 为托杯，当千斤顶承担重载时，由 1 直接托住重物；螺母 5 与螺杆 7 组成螺旋副， 同时，螺母5 又与底座 8 固定联接， 当转动手柄 4 时，托杯便会随着螺杆而上下移动， 从而将重物托起； 紧定螺钉 6 主要是为了提高了联接牢靠性；三、 设计题目设计起重量 F=50000Ｎ，最大起重高度 Ｈ= 150 mm的螺旋起重器〔千斤顶〕 ；四、 题目解答1. 选择螺杆、螺母材料螺杆接受 45 钢调质，由参考文献 [2] 表 10.2 查得抗拉强度 σb=600Mpa，σ s=355Mpa；由于速度较低，螺母材料用铝青铜 ZCuAll0Fe3；2. 耐磨性运算DOC.按耐磨性性条件设计螺纹中径 d2 ，对于梯形螺纹，d 2 0.8Fψ[ p]螺杆选用 45 钢，螺母用铝青铜 ZCuAll0Fe3，由参考文献 [3] 表 5.8 查得p 18 ~ 25 MPa，从表 5.8 注释中可以查得，人力驱动可提高约 20%，那么 p 21.6 ~30MPa，取 p 25MPa；由参考文献 [3] 查得，对于整体式螺母系数=1.2~1.5 ，取 =2；那么代入数据，得d 2 0.8Fψ[ p]0.8=25.3 mm式中： F──螺杆所受轴向载荷， N ；d2 ──螺纹中径， mm；[ p] ─—螺旋副材料的许用压力， MPa；查参考文献 [4] 表 11.5 取公称直径 d =32mm螺,距 P=3mm 中,径 d2 =30.5mm,小径 d3〔d1〕=28. 5 mm, 内螺纹大径 D4=32.5mm；3. 螺杆强度校核螺杆危险截面的强度条件为：σe= ≤[ σe]式中： F──螺杆所受轴向载荷， F=50 000 N ；d3〔 d1〕──螺纹小径， mmd3〔d1〕=28. 5 mm；T1──螺纹副摩擦力矩， T1=Ftan 〔 + ’ 〕 , 为螺纹升角，DOC.=arctan =arctan =1.7942 ；[ σe] —— 螺杆材料的许用应力， MPa查参考文献 [1] 表 5.10 . 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 f ’=arctan0.09=5.1428 ；把的值代入 T1 的运算公式中，那么得T1=50 000 =92 771 N mmσe= =86.02Mpa由参考文献 [3] 表 5.9 可以查得螺杆材料的许用应力 [ σ] = , s=355 Mpa,[ ]=71~118 Mpa，取[ ]=95 Mpa；明显， σe [ ] ，螺杆中意强度条件；4. 螺母螺纹牙的强度校核螺母螺纹牙根部的剪切强度为：≤ [ ]式中： F──螺杆所受轴向载荷， N,F=50 000 N ； D4──螺母螺纹大径， mmD, 4=32.5mm； Z──螺纹旋合圈数， Z 取 10；b──螺纹牙根部厚度，梯形螺纹 b=0.65 P=0.65 mm=1.95 mm代入数值运算得DOC.= Mpa=25.13 Mpa查参考文献 [3] 表 5.9 螺母材料的许用剪应力 [ ]=30~40Mpa，明显， <[ ] ；中意剪切强度条件；螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为：σb= ≤ [ σb]式中： l ──弯曲力臂， l = = mm =1 mm；其他参数同上；代入数值运算得σb= Mpa=38.66 Mpa < [ σb]查参考文献 [1] 表 5.9 得螺母材料的许用弯曲应力 [ σb]=40~60 Mpa； 取[ σb]=50Mpa；明显， σb < [ σb] ，即中意螺纹牙强度条件；5．自锁条件校核因 ψ =1.7942 ， ’ =5.1427 ，因此ψ < ’中意自锁条件；6. 螺杆的稳固性校核螺杆的柔度值λ = =式中：l ──螺杆的最大工作长度， 取螺母中部到另一端支点间的距离， 那么 l =DOC.150 + + h1+ l 退刀槽 ；l 退刀槽 指螺杆与手柄座相接触处的尺寸，查手册知 l 退刀槽 = 9 mmH螺母 =ZP=10 =30 mm假设手柄直径为 d1=20 mm,由结构尺寸体会公式 h 1=〔1.8~2〕 d =36~40 mm,取 h1=38 mm，那么l =150+15+38+9=212 mm──长度系数，对千斤顶，可看作一端固定、一端自由，取 = 2 ； d1──螺纹小径， mm, d1=28. 5 mm；代入以上数值得λ= = 59.5对于 45 钢正火，当 λ<90 时：Fc= = =148 462 N那么= =2.969 > 2.5因此，中意稳固性要求；7. 螺母外径与凸缘设计螺纹外径 D2 1.5 d=1.5 32 mm=48 mm；螺纹凸缘外径 D3 1.4 D 2 mm=67.2 mm,取 D3=68 mm；螺纹凸缘厚 b=〔0.2~0.3〕 H=〔0.2~0.3〕 30 mm =6~9 mm，取 b=8 mm ；DOC.8. 手柄设计加在手柄上的力需要克制螺纹副之间相对转动的阻力矩和托杯支撑面间的摩擦力矩；设 F’为加在手柄上的力，取 F’ =300N，L 为手柄长度，那么F’L=T1 +T2式中： T1──螺旋副螺纹牙间的摩擦力矩， N mm， T1=92 771 N mm； T2──螺杆与托杯底面间的摩擦力矩， N mm；T2= f FD=〔1.6~1.8〕 d=〔1.6~1.8〕 ；D1=〔0.6~0.8〕 d= 〔0.6~0.8〕F──螺杆所受轴向载荷， N L──手柄的长度， mm；托杯选铸铁，手柄选 Q215，摩擦因数 f ＝ 0.12 ，代入运算得T2= ≈ 117360 NmmL= = mm=700.44 mm取 L=200 mm，加套筒长 500 mm；手柄直径d 手柄DOC.查教材可得： [ b]= ，查参考文献 [2] 表 10.1 ，对于 45 钢， s=205Mpa那么[ b]=102.5~136.7 MPa , 取[ b]=110 MPa；代入数值运算得 d 手柄 mm=26.73mm取手柄直径 d=28 mm；9. 底座设计螺杆下落到地面，再留 20~30 mm的空间，底座铸造起模斜度 1:10 ，厚度为 10 mm ；D5 有结构设计确定， D5=103 mm；D4=1.4 D5=1.4 103 = 144.2 mm ，取 D5=144mm；结构确定后校核地面的挤压应力：p= = =6.29 MPa底面材料选择铸铁 HT100，由参考文献 [2] 表 10.3 可知，当铸件壁厚=30~50 mm 时， b 80 MPa,[ p]=〔0.4~0.5〕明显， p [ p] ，中意设计要求；10. 绘制螺旋起重器〔千斤顶〕装配图〔见 2 号图纸〕参考文献[1] 张锋，宋宝玉 . 机械设计大作业指导书 . ：高等训练， 2021.[2] 宋宝玉 . 机械设计课程设计指导书 . ：高等训练， 2006DOC.[3]王黎钦，陈铁鸣 . 机械设计 . 4版.哈尔滨：哈尔滨工业高校， 2021.[4]机械设计课程设计手册DOC.。