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哈尔滨工业大学
机械设计作业设计计算说明书
题目：设计螺旋起重器〔千斤顶〕 系别：
班号： 姓名： 日期：
Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学 机械设计作业任务书
题 目：设计螺旋起重器
设计原始数据：题号 起重量 Fq=30 kN
最大起重高度 H=180mm
— 选择螺杆、螺母的材料
螺杆承受 45#调制钢，由参考文献[2]表查得抗拉强度s
b
螺母材料用铝黄铜 ZCuAl10Fe3。
二 耐磨性计算
= 600 MPa ，s
s
= 355 MPa 。
螺杆选用 45# 钢，螺母选用铸造铝黄铜 ZCuAl10Fe3，由参考文献[1]表 查得
[ p] =18~25MPa
从表 的注释中可以查得，人力驱动时[ p] 值可以加大 20%，则[ p] =~30MPa 取[ p] = 25 MPa 。
按耐磨性条件设计螺纹中径d ，选用梯形螺纹，则
2
d ³
2
F
Q
y [ p]
由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数y ==—2，取y = 2 。
则
d ³
2
F
Q
Y[ p]
=
30000
2 ´ 25
mm =
式中： F －－－－－轴向载荷，N；
Q
d －－－－－螺纹中径，mm；
2
[ p] －－－－－许用压强，MPa；
查参考文献[2]表取公称直径d = 28 mm，螺距 P = 3 mm，中径d = mm，小径d = mm，
2 3
内螺纹大径 D
4
= mm。
三 螺杆强度校核
螺杆危急截面的强度条件为：
æ 4F ö2
æ 16T ö2
3
s = ç Q ÷
+ 3ç 1 ÷ £ [s] (2)
è
e p d 2
3
ø è p d 3 ø
式中： F －－－－－轴向载荷，N；
Q
d －－－－－螺纹小径，mm；
3
T －－－－－螺纹副摩擦力矩，T
1 1
= F tan(y + r ”) d2 (3)
Q 2
y 为螺纹升角，y ；
[s ] －－－－－螺杆材料的许用应力， MPa 。
查参考文献[1]表得钢对青铜的当量摩擦因数 f ” = ~ ，螺纹副当量摩擦角
r ” = arctan f ” = arctan ~ arctan = ~ ，取 r ” = 〔由表的注释知， 大值用于启动时，人力驱动属于间歇式，故应取用大值〕。把数据代入(3)式中，得
T = 30000 ´
1
tan(° + °) = 50261N · mm
2
把数据代入(2)式中，得
s = (
e
4 ´ 30000
p ´
16 ´ 50261
)2 + 3´( )2
p ´
=
由参考文献[1]表可以查得螺杆材料的许用应力
[s ] = ss
4
〔4〕
其中s
s
= 355 MPa ，则
[s ] =
明显，s
e
< [s ]，螺杆满足强度条件。
四 螺母螺牙强度校核
螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为
Q
t = F Zp D b
4
£ [t ] 〔5〕
式中： F
Q
－－－－－轴向载荷，N；
D －－－－－螺母螺纹大径，mm；
4
Z －－－－－螺纹旋合圈数，取Z = 10 ；
b －－－－－螺纹牙根部厚度，梯形螺纹b = = ´3 mm = mm； [t ]－－－－－螺母材料的许用切应力。
代入数据计算得
t = 30000 MPa =
10 ´p ´ ´
查参考文献[1]表螺母材料的许用切应力[t ] = 30 ~ 40 MPa，明显t < [t ]。螺纹牙根部的弯曲强度条件为
F
l
3
s = Q
£ [s]
〔6〕
b p D
4
Zb2 b
式中： F
Q
－－－－－轴向载荷，N；
D - d -
l = 4 2 = mm = 1mm
l －－－－－弯曲力臂，
2 2 ；
D －－－－－螺母螺纹大径，mm；
4
Z －－－－－螺纹旋合圈数，取Z = 10 ；
b －－－－－螺纹牙根部厚度，mm；
[s ]
b
－－－－－螺母材料的许用弯曲应力。
数据代入式〔6〕得
s
b
= 3´ 30000 ´1 MPa =
10p ´ ´
查参考文献[1]表螺母材料的许用切应力[s ]
b
= 40 ~ 60 MPa 。
明显s
b
< [s ]
b
，即满足螺纹牙的强度条件。
五 自锁条件校核
因螺纹升角y = ° ，螺纹副当量摩擦角r ” = °
y < r ”
所以满足自锁条件。
六 螺母外径及凸缘设计
由阅历公式知，
螺纹外径 D
2
» = ´ 2mm = 42mm
螺纹凸缘外径 D
3
»
2
= ´ 42mm = , 取D
3
= 60mm 。
螺纹凸缘厚 b=～H=～×30=6～9mm，取 b=8mm。
七 手柄设计
加在手柄上的力需要抑制螺纹副之间相对转动的阻力矩和托杯支承面间的摩擦力矩。设 F 为加在手柄上的力， L 为手柄长度，则
FL = T + T
1 2
〔7〕
式中： T
1
－－－－－螺纹副摩擦力矩， N × mm ；
T 2 －－－－－托杯支承面间的摩擦力矩， N × mm 。
其中 T
1
=59971 N × mm ，
T = 1 fF
[D - (2 ~ 4)]3 - (D
1
+ 2)3
〔8〕
2 3 Q [D - (2 ~ 4)]2 - (D
1
+ 2)2
式中： f －－－－－托杯支承面间摩擦因数；
F －－－－－轴向载荷，N；
Q
D - (2 ~ 4) 、 D
1
见以下图。
D = ( ~ )d = ( ~ ) ´ 28 mm=(~) mm ，取4580mmmm。
D = ( ~ )d = ( ~ ) ´ 28 mm = ( ~ ) mm，取20mm 。
1
h = ( ~ 1)D = ( ~ 1)´ 50 mm = (40 ~ 50)mm，取4464mm。
h = ( ~ )D
2 1
= ( ~ ) ´ 20 mm = (12 ~ 16)mm，取14mm 。
。
d = 10 mm ， a = 6 mm ， t = 6 mm 。
1
托杯铸铁，手柄Q215，摩擦因数f =
T = 1 fF
[D - (2 ~ 4)]3 - (D
1
+ 2)3
2 3 Q [D - (2 ~ 4)]2 - (D
1
+ 2)2
得T = 62669 N × mm 。
2
1
2
取 F=200N，则 L = T + T
= +
mm = 40， mLm= 200 mm ，加套筒长
F 300
550~650 mm 。
手柄直径
³
d
手柄 3
FL
[s ]
b
〔9〕
手柄材料的许用弯曲应力[s
b
s
] = s
~ 2
〔10〕
其中s = 205 MPa ，则可取[s ] = 110MPa 。设 F=200 N
s b
数据代入式〔9〕，得
取手柄直径d
= 24 mm 。
手柄
八 螺杆的稳定性校核
螺杆的柔度值
· l = ml
i
= 4ml
d
〔12〕
3
式中： m －－－－－长度系数，对千斤顶，可看作一端固定、一端自由，取m = 2 ；
d －－－－－螺纹小径，mm；
3
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，则
H
l = 180 + 螺母
2
h + l
1 退刀槽
〔13〕
H = ZP = 10 ´ 3 mm = 30 mm
螺母
l 指螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知， l
= 9mm 。
退刀槽
手柄直径d
手柄
= 24 mm ，由构造尺寸阅历公式h
1
退刀槽
= ( ~ 2)d
手柄
= ~ 48 mm ，取
h = 45 mm ，则
1
l = (180+15 + 45 + 9)mm = 249mm
数据代入式〔12〕，得
l = 4ml
d
3
= 4 ´ 2 ´ 249
= < 90
对于 45 调质钢，当l < 90 时：
F = 340
p d 2
1
= 340 p ´ = 88471N
c 1+ 4 1+ ´ 792 4
F 88471
c = = >
F 30000
因此，满足稳定性要求。
九 底座设计
螺杆下落到底面，再留20 ~ 30 mm 空间，底座铸造起模斜度1:10 ，厚度为d = 10 mm 。
D 由构造设计确定， D
5 5
=110040。mm
D =
4 5
=×´1100=015m4m。= 140 mm
校核底面的挤压应力：
sP = p
F
Q =
(D2 - D2 )
40000
p (1462 -1042 )
= MPa
4 4 5 4
底面材料选择铸铁HT100 ，查参考文献[2]表得铸件壁厚S=(~2)d = 15 ~ 20 mm时，
s ³ 100 MPa ，[s
b P
] = ( ~ )s
b
= ( ~ ) ´100 MPa = (40 ~ 50)MPa 。
明显，s
P
< [s
P
]，满足设计要求。
十 参考文献：
王黎钦，陈铁鸣. 机械设计. 4 版. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2025
宋宝玉. 机械设计课程设计指导书. 北京:高等教育出版社,2025
[2] 王连明，宋宝玉. 机械设计课程设计. 3 版. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2025