螺旋千斤顶说明书

螺旋千斤顶说明书（通用5篇）

篇1：螺旋千斤顶说明书

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：

AA

该螺旋千斤顶的使用方法是：将千斤顶平稳放在木质支承面上，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：Fmax25kN；（2）最大升距：hmax200mm；（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：[p]3MPa；（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

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HT200。（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：

pFPF d2hHZd2h其中，轴向载荷：F=25kN。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：Z10。

为方便计算，设螺纹参数中间变量：高径比耐磨性的要求是：

p[p]

H。d2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：

d2FP h[p]对梯形螺纹，h0.5，代入上式求得： Pd2³19.352mm

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=HZP==2.5 d2d2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：

dTmax=Fmax2tan(g+rn)

2其中螺纹中径：d2=31mm； 螺纹升角：g=arctannP»5.863°； pd2当量摩擦角：rn=arctanfn； 当量摩擦系数：fn=fcosa。

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：

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=(4Fmax2Tmax2)+3()»74.220MPa 23pd10.2d1 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：rn»8.247°大于螺旋升角：g=arctan

nP»5.863°，所以自锁性条件可以满足。pd25

4、稳定性设计

稳定性条件：

Sc=Fcr³[S] Fmax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hmax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：

4L104 d1已知使用45号钢且不做热处理，则临界载荷：

2EIa2Ed12Fcr89.585kN(L)2(L)264Sc3.583.5故稳定性条件可以满足。

综上所述，螺杆选择Tr36，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=Fmax£[t] Zpdb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：

sb=其中牙高：h=5.5mm；

3Fmaxh£[sb] 2Zpdb耐磨铸铁许用弯曲应力取为：[sb]=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：

a2=Fmax»6.023MPa sp=aZpd2hZpd2h/cos2Fmax/cos 已知螺母许用挤压应力：[sp]»1.5[sb]=75MPa，显然满足

sp<[sp]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D4=37mm。设螺母外部形状：小圆柱外径为D1=60mm，大圆柱外径为D2及小圆柱的高度为H1未知待求。

为防止大圆柱与千斤顶壳体的接触面被压坏，需要满足：

Fmax

sp=£[s]p2p(D2-D12)/4

对耐磨铸铁HT200，许用的抗压应力[sp]=设计大圆柱外径为：

1.5sb=100MPa,最后 3D280mm

为了防止大圆柱突出部分被剪断，需要满足：

t=Fmax£[t]

pD1(H-H1)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。小圆柱表面与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。螺母外部小圆柱与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 母外部小圆柱轴线与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：

TL=max»488mm

200N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，危险截面在手柄与螺杆接头处。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：

4200N t=23pD/4 危险截面最大弯曲正应力：

97.408N×m s=30.1D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]=600MPa=300MPa,代入第

s2 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：

Fsp=max£[sp]=3MPa

S=其中S为下支承面尺寸，解上述不等式，得S³8334mm2，为满足易于组

sb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。

篇2：螺旋千斤顶说明书

螺旋千斤顶 设计计算说明书

PB12009032 杜文文

目录

1.设计题目......................................................2 2.设计任务......................................................2 3.设计要求......................................................2 4.工作原理及结构简图............................................3 5.螺杆设计......................................................4 6.螺母设计......................................................7 7.手柄设计......................................................8 8.底座设计......................................................9 9.托盘设计......................................................9 10.参考资料.....................................................10

一．设计题目

螺旋千斤顶

最大起重量：

Qmax＝10kN，最大升距：

Hmax＝200mm

二．设计任务

1.设计计算说明书一份(10页，3000字)。2.装配图一张(1号)，主要零件图。

（螺杆、螺母、支座等）

3.选择螺旋材料，设计螺旋尺寸，校核螺旋自锁条件、强度和稳定性。4.选择螺母材料，设计螺纹圈数和螺母其它部分尺寸。5.确定手柄的截面尺寸和长度。6.要求运动轻便灵活。

7.设计其它部分的结构和尺寸。

三．设计要求

1.装配图

a.视图符合国家标准，装配关系正确，结构布置合理，能满足设计要求。

b.正确标注装配尺寸及轮廓尺寸，主要配合尺寸要标注配合精度。

c.列出零件明细表及标题栏，提出必要的装配技术要求。2.零件图

a.零件图表达完整合理，比例合适，尺寸形状与装配图一致。

b.尺寸标注完整合理，标注粗糙度、尺寸公差、材料、热处理和技术要求等。3.写出设计计算说明书(16开纸10页3000字左右)应包括:

a.设计任务和设计原始数据；

b.结构方案的分析和选择(结构,牙形,材料,强度,失效,安装,工艺,标准化等)；

c.设计计算应参考有关资料按步骤进行，写明计算公式，代入原始数据，写出结果和单位。计算公式和设计参数标明来源[1],[2]...。d.列出参考资料[1],[2]...。

四．工作原理及结构简图

从图中可以看出，千斤顶的工作原理是：通过螺杆和螺母组成的螺旋副来实现将物体有低处向高处的传送的，并使托杯中的物体做直线运动，从而实现我们的传动要求。其中，螺母固定，当手柄旋动的时候，螺杆通过与螺母的螺旋副的运动，螺纹之间产生自锁，使装有重物的托杯往上运动。

从其工作原理中可以看出，这对螺杆与螺母螺纹的耐磨性、稳定性等要求较高，同时对底座及其他相应材料的强度也有一定的要求。

其机构特点是简单易操作，便宜制造。

五．螺杆设计

1.材料选择

螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。这里我选45钢。

2.螺杆结构选择

(1)螺旋传动选择：螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，分为滑动螺旋副，滚动螺旋副和静压螺旋副。滑动螺旋副结构简单，便于制造，易于自锁，所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副。

(2)滑动螺旋采用的螺纹类型有矩形、梯形和锯齿形。其中以梯形和锯齿形螺纹应用最广。本设计中千斤顶的螺纹选择梯形螺纹，并为右旋的方式。因为其内外螺纹以锥面贴紧不易松动，对中性好，并牙根强度高，同时采用单线螺纹，螺纹的自锁性也比较高。

3.螺杆尺寸设计及校核

（1）按耐磨性计算螺纹中径

利用教材表9-1，由螺旋副材料得许用压强[P]=18～25 Mpa，取为均值18Mpa；螺距为P；螺纹工作高度为h=0.5P;ζ=H/d2;采用整体式螺纹，ζ=1.2-2.5，则取ζ=1.4；而千斤顶载荷10KN，Fa=10000N；则：

d2≥FP = hζp10000FP =15.9mm；

0.53.141.4181060.5Pζp根据计算得的错误！未找到引用源。选择螺纹及螺杆的尺寸(GB/T 5796.2-2005，GB/T 5796.3-2005，)：

螺距（外螺纹）P=4mm；公称尺寸d=20mm;中径错误！未找到引用源。=18mm;外螺纹小径d3=15.5mm;查询机械设计手册(第五版)12篇第一章螺旋传动，依次计算得轴的径向尺寸：

D=32mm;D1=14mm;D2=30mm;

(2)螺杆轴向尺寸设计（参考 图12-1-2）

工作行程为200mm；

则轴向从上依次取：l1=12mm;h1=26mm;螺母高度H=ζ*d2=25.2mm,取26mm;此时螺母螺纹圈数Z=H/P=6.5；

则轴的螺纹部分长度l2200+24mm,取230mm； 螺纹退刀槽取2mm；

螺杆轴端螺钉为标准件，取M610，(3)螺纹自锁校核

自锁条件是v，式中：为螺纹升角；v为螺旋副当量摩擦角，v=arctanfv，当螺旋副材料为钢对青铜时取f0.08～0.10,n=1;fv1.155f0.104;

=arctan(n*P / d2)=arctan（1*4/3.14/18）4.05°

v=arctan0.1045.94° <5.94°，所以满足自锁条件.=4.05°

(4)螺杆强度校核

由机械设计手册（第五版）表12-1-3，螺纹摩擦力矩： 45号钢屈服极限S355Mpa;

Mt1=1/2*d2*Ftan(+V)=0.5×18×10000×tan(4.05°+5.94°)=15853 N·mm； 带入表12-1-2中式4：

4FT cad230.2d311对45号钢： 22故 s3~5s435588.75MPa4

ca88.75Mpa符合强度要求。(5)稳定性校核

在正常情况下，螺杆承受的轴向力

410103158533F必须小于临界载荷Fcr。则螺杆稳3.1415.520.215.5364.56MPa定性条件为：

22Ssc 又临界载荷可按欧拉公式计算，即

FcrSs F2EIa FscL2d化简为：Facm32；

L4d344同时，m2mm，取m2.510;644Fac36075N 又螺杆的稳定性安全系数Ss为：2.5-4，则：

SscFsc360753.6Ss F10000由上式可知，本设计满足螺杆的稳定性设计。

六．螺母设计

1.螺母材料选择为铸锡青铜

则：许用应力b40～60Mpa，30～40Mpa； 其挤压许用应力为：1.4b56～84Mppa，取其平均值为70Mpa;拉伸许用应力为：0.832b32.28～49.92 Mpa，取其平均值为41.1Mpa。

2.螺母尺寸设计：

根据图12-1-2：H=26mm；D2=30mm；D3=42mm；b=6mm;内螺纹大径D4=20.5mm；D1=16mm；

3.强度校核

（1）螺纹牙强度校核

梯形螺纹的螺纹牙根部宽度b0.65P0.6542.6mm 青铜螺母的30~40MPa 考虑剪切强度

F101039.19MPa，所以满足条件 33D4bZ3.1420.5102.6106.5

（2）螺母凸缘拉伸强度校核 拉伸应力：  1.2FD422d21.210000(3010432)(20103)230.56Mpa，满足条件

螺母凸缘与底座接触表面的挤压强度：

pF42(D3D2)242104101033230103214.7MPap，满足条件；

七．手柄设计

1.手柄材料

由于螺旋千斤顶是手动产生力矩，普通碳素钢即可满足强度要求，这里手柄材料选择Q235,许用弯曲应力120Mpa； 2.由前面知道，驱动螺旋运动的驱动力矩

T1=Mt1=1/2*d2*Ftan(+V)=0.5×18×10000×tan(4.05°+5.94°)=15853 N·mm； 同时考虑托杯与螺杆间的摩擦力矩

1D3D1；其中f取0.1-0.12； T2Ff223DD11323143312087Nmm 则T210100.123321423而通常人手施加的力Fb取100N；

故手柄长度L(T1T2)Fb(1585312087)100279.4mm，取280mm； 3.手柄直径设计 考虑手柄弯曲应力：

aTWaa32TT（材料力学第6章）3132d13227940d13312010613.3mm，取15mm； 4.锁定手柄的球状螺钉

为方便手持，球直径取25mm，螺钉M48;;八．底座设计

1.材料

底座需要较好的抗压强度，选用灰口铸铁即可 2.尺寸设计

由于该千斤顶为最大起重10KN，壁厚一般取8-10mm，取10mm； 斜度取1:10；底座下底D5取80mm；则各部分尺寸可以计算得到：

D41.4D598mm，取112mm

螺母凸缘直径D3=42mm;底座上底宽度取60mm则底座高度 底座厚度S(1.52)15mm;

HdD5D3斜度SHb(8060)1015266235mm；

九．托盘设计

1.材料

托盘相对比较薄，需要承受较大的弯曲应力及压应力，且与载重接触面间摩擦很大，需要有较低缺口灵敏性，因此选择铸钢ZG230-450；

2.尺寸

由前面的参数的托盘参数：

厚度1取8mm；D1=14mm；h=D=32mm；底面直径Df=螺杆D直径除去倒角，取30mm；

为了增加稳定性，斜度取1:4，则支撑面直径DWDf2h1;446mm在工作面上开槽减少加工面大小：槽数取4；宽度取10mm；

参考资料

篇3：螺旋千斤顶说明书

《中国石拱桥》是初中语文八年级一篇经典说明文。作者是我国著名的桥梁专家茅以升先生。该文以赵州桥为例，旨在说明我国石拱桥历史悠久、形式优美、结构坚固的特点，充分表现了我国劳动人民的聪明智慧。每次讲到“赵州桥设计巧妙绝伦”这个特点时，笔者都感觉学生从课文说明的语言中，并没有真切地体会到这一点。大拱和拱上加拱设计是赵州桥最具特色的地方，这就是赵州桥结构坚固的最重要原因，教学要紧紧围绕这个重点及难点。但是因为缺少具体可感的教具模型，特别是没有桥的内部结构的直观展示，教师讲解和学生的理解总是不到位，在这样的教学困惑中，笔者产生了自制赵州桥模型教具的想法。

二、自制教具应用于教学实践的多种作用

1. 突破了教学中的难点

赵州桥让世人惊叹的地方就是它的大拱设计。课文中有这样一段文字：“大拱由28道拱券拼成，就像这么多同样形状的弓合拢在一起，作成了一个弧形的桥洞。每道拱券都能独立支撑上面的重量，一道坏了，其他各道不致受到影响。”这段文字很好地说明了赵州桥结构坚固的最主要原因。为了突破这个教学难点，真正让学生理解大拱设计到底巧在何处，就要在此处下工夫。赵州桥的模型不是固定的，教具主要分为桥身、桥拱、桥座三部分，它的桥身与桥拱可以拆分演示 (如图1～3所示) 。教具模仿28道拱券，可以灵活展示，各道拱券先后施工。一道砌完拢合后，独立站稳，移出桥架，依次砌筑下一道拱券，直至28道拱券全部完成。每一拱券都采用下宽上窄、略有“收分”的方法，使每个拱券向里倾斜，相互挤靠，增强其横向联系，以防止拱石向外倾倒。这也是大拱“两端宽9.6米，中部略窄，宽9米”的原因。学生在课堂上可以动手演示，具体、直观、可感。因为有教具的帮助，教学难点迎刃而解，自制教具起到了“四两拨千斤”的教学效果。

(1) 桥面 (2) 小拱 (3) 大拱

(1) 腰铁 (2) 拱石

2. 拓展了教学的资源

为了更好地突破教学难点，本教具还补充了28道拱券砌置连接的方法，“铁拉杆”横贯拱背，串联住28道拱券，加强横向联系。为了使相邻拱石紧紧贴合在一起，在两侧外券相邻拱石之间都穿有起连接作用的“腰铁”，各道券之间的相邻石块也都在拱背用“腰铁”把拱石连锁起来 (如图4所示) 。正因为采取这样的巧妙设计，使整个桥拱连成一个紧密整体，增强了整个大桥的稳定性和可靠性。难怪赵州桥历经风雨沧桑1 400年仍安然无恙。“铁拉杆”和“腰铁”在课文中并没有出现，但是这些对学生理解桥的“结构坚固”又是非常必要的，设计制作教具的时候，有意识地把它体现出来。教师借助教具很轻松地给学生讲明白了。

3. 有利于课堂上学生的探究性学习

拱上加拱，这也是赵州桥创造性的设计，课堂上通过教具的直观呈现，引发学生研讨：为什么赵州桥要拱上加拱呢？这4个小拱有什么作用呢？通过学生研讨和教师的点拨，归纳出以下原因：其一增强桥洞的过水量，减轻洪水对桥身的冲击，起到泄洪作用；其二减轻桥身的重量，可减轻整个桥身的五分之一重量；其三可节省石料，大约节省200多立方米，约500吨的石料；其四拱上加拱可使桥身更美观。对照教具，学生不再是机械地、被动地接受知识，而是在探究的过程中积极思考，真正体会到赵州桥设计的巧妙绝伦，赞叹我国古代劳动人民的聪明才智。

4. 有利于学生揣摩说明文语言的科学严谨

课文作者是我国著名的桥梁专家茅以升先生，语言非常准确。而品味语言体现了语文学科的特征。赵州桥模型教具为这个教学任务提供了便利条件。例如课文中有“大拱的两肩上各有两个小拱”这样的描述，其说明精准，不能做删改。笔者为此设计了品析语言的教学环节—请学生对照模型教具说明为什么“大拱的两肩上各有两个小拱”换成下列说法不好：

例1：“大拱上各有两个小拱”

分析说明：少了“两肩”，不能说清楚4个小拱的准确位置。

例2：“大拱的两肩上有两个小拱”

分析说明：少了一个“各”字容易产生歧义，也许是一肩上一个，变成大拱上只有两个小拱了。

因为有赵州桥模型教具，学生可以指着教具进行讲解分析，品析语言也变得很“实”了。

三、结束语

篇4：螺旋千斤顶产品设计书

项 目 名 称： 螺旋千斤顶

小 组 成 员：胡天阳*** 李雪峰*** 耿杰*** 专 业 班 级： 13机械（4）指 导 教 师： 杨清艳

目录

第一章绪论..............................................................错误！未定义书签。第二章市场分析及调查............................................................................2 第三章模拟仿真概述................................................................................3 3.1模拟仿真的概念............................................................................3 3.2模拟仿真在机械教学中的影响....................................................4 第四章螺旋千斤顶具体零件设计............................................................7 4.1 SolidWorks模拟仿真基本概述.................................................7 4.2螺旋千斤顶的组成.......................................................................8 第五章 螺旋千斤顶的三维模型............................................................10

5.1 螺旋千斤顶零件图......................................................................10

5.2 螺旋千斤顶的装配图..................................................................13 第六章设计小结......................................................................................15 参考文献...................................................................................................16

第一章 绪论

SolidWorks有全面的零件实体建模功能，变量化的草图轮廓绘制，驱动参数改变特征的大小和位臵，丰富的数据转换接口使SolidWorks可以将几乎所有的机械CAD 软件集成到现在的设计环境中来，在SolidWorks的模拟功能中，不仅可以做机构的运动分析，模拟机构的运行过程，还可同时将运动过程进行演示，但是这种演示只能在SolidWorks中进行观看，但在新版本的SolidWorks中，结合使用模拟功能和运用插件Animator制作动画，可以真实地反映机构的运动过程，并把这个运动过程制成avi格式的动画文件，用于诸多播放器中随时、随地地进行演示。

SoildWorks为实现用户可以更加快捷方便的使用模拟仿真功能，从而进行几次开发，SolidWorks 的开发通常是利用SolidWorks 公司提供的功能齐全的API 函数库，使用Visual C ++ 或者Visual Basic 语言设计完成的。这样的工作对于软件开发企业来说比较简单，而一旦二次开发软件交付用户使用，理解和修改代码的工作对于用户来说将变得十分困难。下面的讨论就是基于用户只具有基本的计算机操作能力，没有软件开发能力的前提之下，如何绕开代码修改，仍能够对二次开发软件进行补充和升级的四种方法，以满足企业创新和发展的需要。

第二章 市场分析及调查

又称机械千斤顶，是由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件。普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，构造简单，但传动效率低，返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，装有制动器。放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂。螺旋千斤顶能长期支持重物，最大起重量已达100吨，应用较广。下部装上水平螺杆后，还能使重物作小距离横移。机械千斤顶是手动起重工具种类之一，其结构紧凑，合理的利用摇杆的摆动，使小齿轮转动，经一对圆锥齿轮合运转，带动螺杆旋转，推动升降套筒，从而重物上升或下降。

目前市场上多用螺旋千斤顶，其可以节约成本，使用简单方便，应用范围广。螺旋千斤顶的建模较为简单，因此选用螺旋千斤顶作为本次课程设计的课题。

第三章 模拟仿真概述

3.1模拟仿真的概念

模拟仿真就是用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际系统来进行实验和研究。事实上，习惯定义的模拟仿真，即用模型来模仿实际系统进行实验和研究，从来就是产品开发中的常用技术手段。计算机运动仿真作为计算机仿真技术的一个重要分支，可以归入虚拟现实技术VR(Virtual Reality)的范畴，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、实时计算技术、人机接口技术等多项关键技术。作为一门新兴的高技术，己经成为工程技术领域计算机应用的重要方向。

3.2模拟仿真在机械教学中的影响

传统的机械类课程休系一般采用二维设计平台进行教学，所存在的主要问题如下:

（1）传统的二维设计仅仅用于设计工程图，无法满足后续CAE/CAM/PDM等课程的信息需求。

（2）以二维设计为主线展开教学，耗时过大，又不便于掌握和理解。

（3）课程体系松散，没有考虑课程之间的相互关系，无法形成产品从设计到制造整个生命周期的信息链条。

（4）传授的知识陈旧，无法体系现代制造技术的特点，因而也无法满足用人单位的需要。

（5）设计、制图、修改工作大，使学生无法把主要经历放在创新设计上。因而也不利于学生综合创新能力的培养。

工程制图教学改革:在工程制图课程教学中，大幅度增加三维设计的内容，改变传统设计以二维-三维-二维的传统教学模式，运用Solidworks系统进行二维实体设计技术，采用新的三维-二维-三维的教学新模式。

机械基础课程教学改革：把Solidworks引入到这些课程的教学中可以极大地提高学牛的学习效率和学习的积极性，也为应用型、创新型人才培养奠定了素质基础。Solidworks软件不仅可以进行机械产品设计、还可以进行装配、运动学和动力学分析。

课程设计教学改革:引入Solidworks后，学生的学习积极性提高了，最后设计的作品还可以进行装配体的爆炸动画以及装配动画，设计的效果很快就可以进行评价，一个成功的设计使学生的学习很有成就感，进一步加强了付专业的认识。

数控技术教学改革:Solidworks软件也充分体现了现代制造工程的特点。它 提供了无缝集成的CAMWorks擂件数控加工环境，该环境提供数控车、数控铣、数控线切割、加工中心的编程等内容，基本可以满足现代数控加工技术的需求。

毕业设计中的应用:毕业设汁是大学生最后的一个集中性学习和实践环节。该环节中我们大量地引人了Solidworks软件的应用。比如，注塑模具设计的整个过程都可以在Solidwork环境下进行。设计流程图为：产品模型—模具分模—注塑分析—模具装配—模具加工。

综合创新能力的培养:在技术进步的大背景下，产品的制造和加工工艺越来越精细，产品的成品品质越来越精致、优良。表现在产品的性能特征方面是产品的功能日益强大化，产品的形态特征上表现为品种的多样化，在操作、控制上越来越简单方便化。

第四章 螺旋千斤顶具体零件设计

4.1 SolidWorks模拟仿真基本概述

SolidWorks是世界上第一款完全基于Windows的3D CAD软件 ,自1995年问世以来 ,以其优异的三维设计功能 ,操作简单等一系列的优点 ,极大地提高了设计效率 ,在与同类软件的激烈竞争中已经确立了它的市场地位 ,已经成为三维机械设计软件的标准。利用SolidWorks不仅可以生成二维工程图，而且可以生成三维零件，用户可以利用这些三维零件来建立二维工程图及三维装配体。SolidWorks采用双向关联尺寸驱动机制，设计者可以指定尺寸和各实体间的几何关系，改变尺寸会改变零件的尺寸与形状，并保留设计意图。

Solidworks用户界面非常人性化,便于操作。在Solidworks的标准菜单中包含了各种用于创建零件特征和基准特征的命令。其中基础实体特征主要有拉伸凸台基体、旋转凸台Π基体等。在基础实体特征上可添加圆角、倒角、肋、抽壳、拔模及异型孔、线性阵列、圆角阵列、镜像等放臵特征,这些特征的创建对于实体造型的完整性非常重要。在处理复杂的几何形状时还需要其他高级特征选项,包括扫描、放样凸台Π基体及参考几何体中基准轴、基准面这些定位特征等。通过以上特征造型技术在Solidwork中能设计出需要的实体特征。

4.2螺旋千斤顶的组成

我们根据螺旋千斤顶的实物进行了一系列的测绘，然后根据其实际尺寸，进行了三维立体建模，使用了SolidWorks软件。

该图是螺旋千斤顶的三维建模的装配图

螺旋千斤顶由底座，顶垫，铰杠，螺钉，螺套，螺旋杆组成。

该图是我们测绘的螺旋千斤顶实物图

第五章 螺旋千斤顶的三维模型

5.1 螺旋千斤顶零件图

顶垫

底座

铰杠

螺钉

螺套

螺旋杆

以上就是该螺旋千斤顶的部件构成，该图全都是由SolidWorks作图绘制而成。

5.2 螺旋千斤顶的装配图

螺旋千斤顶装配图

该图即为螺旋千斤顶装配图，结构较为简单，我们在此基础上，进行了实物运动仿真。

螺旋千斤顶的装配过程：

（1）单击标准工具栏中的“新建”工具，单击（装配体），新建一个装配体文件。

（2）单击（插入零部件），浏览要打开的文件，点击确定）。

（3）插入千斤顶的主干零件—螺旋杆，然后插入顶垫，用移动零件，单击（配合），在配合列表中选择“同心轴”，“配合选择”中选择螺旋杆和顶垫的大小相等的圆周，单击（确定）。

（4）再插入螺套，用移动零件，单击（配合），在配合列表中“”选择“同心轴”，”配合选择”中选择螺旋杆和螺套的大小相等的圆周，点击高级配合，在菜单中选择齿轮，让螺旋杆和螺套的螺纹进行啮合，单击（确定）。

（5）再插入底座，用移动零件，单击（配合），在配合列表中选择“同心轴”和“重合”，“配合选择”中选择螺套和底座的大小相等的圆周和上表面，单击（确定）。

（6）最后插入绞杠，用移动零件，单击（配合），在配合列表中选择“重合”，“配合选择”中选择螺旋杆和绞杠，使螺旋杆上的圆的圆心和绞杠的轴线相重合，单击（确定）。

（7）生成装配列表。

（8）配合完毕，生成千斤顶的装配体。

第六章 设计小结

在整个产品设计阶段，通过对SolidWorks软件知识的学习，我了解到了Solidworks的基本原理和具体运用方法。并且能够运用SolidWorks软件对各种零件进行三维实体建模，掌握了利用插件对装配体进行动画演示。在本文中我利用SolidWorks软件对千斤顶进行了三维造型设计，并利用软件完成了对千斤顶的三维实体设计和动画演示制作，但还有很多不理解的地方需要更加努力学习。

另外在本次设计中，我们培养了团队精神，团队分工明确，任务分配合理，共同学习共同进步。

参考文献

篇5：千斤顶设计计算说明书

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：2014.10.12

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： 起重量：FQ=30KN 最大起重高度：H=180mm

目 录

1.选择螺杆、螺母的材料·······································3 2.耐磨性计算··················································3 3.螺杆强度校核················································4 4.螺母螺纹牙的强度校核······································4 5.自锁条件校核················································5 6.螺杆的稳定性校核···········································5 7.螺母外径及凸缘设计·········································6 8.手柄设计····················································6 9.底座设计····················································7 10.其他零件设计··············································8 11.绘制螺旋起重器（千斤顶）装配图·························8 12.参考文献···················································8

1.选择螺杆、螺母的材料

考虑到螺杆承受重载，需要有足够的强度，因此选用45钢，需要调质处理。由参考文献[3]表10.2查得45钢的抗拉强度σb=600MPa，屈服强度

σs=355MPa。

螺母是在重载低速的工况下使用的，并且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小、耐磨，因此，螺母的材料选择铸造铝青铜ZCuAl10Fe3。

2.耐磨性计算

螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜ZCuAl10Fe3，由参考文献[1]表5.8查得，钢对青铜的许用压强[p]=18~25MPa，由表5.8注释查得，人力驱动时，[p]值可提高约20%，即[p]=21.6~30MPa,取[p]=25MPa。由参考文献[1]表5.8查得，对于整体式螺母，系数ψ=1.2~2.5，取ψ=2.5。

按照耐磨性条件设计螺杆螺纹中径d2，选用梯形螺纹，则螺纹的耐磨性条件为

ps=

FQpd2hH≤[p]

H以消去H，得 d2计算螺纹中径d2时，引入系数ψ=

FQp

d2≥0.8h[p]FQ

对于梯形螺纹，h=0.5p，则

d2≥0.8[p]=0.830000=19.6mm 225以上三式中，FQ—螺旋的轴向载荷，N；

p —螺距，mm；

d2—螺纹中径，mm；

h —螺纹工作高度，mm；

H—螺母旋合高度，mm；

ps—螺纹工作面上的压强，MPa；

[p]—许用压强，MPa。

根据螺纹中径d2的取值范围，由文献[3]表11.5查得，取螺杆的公称直径d=32mm，螺距p=6mm，中径d2=29mm，小径d1=25mm，内螺纹大径D4=33mm。

说明：此处如果选择螺杆的公称直径d=24mm，螺距p=3mm，中径d2=22.5mm，小径d1=20.5mm，内螺纹大径D4=24.5mm，螺杆的强度校核不满足要求。

3.螺杆强度校核

螺杆的断面承受轴向载荷FQ和螺纹副摩擦转矩T1。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度理论为

4FQ16T1≤ [σ]

σ=

d23d311式中：FQ—轴向载荷，N；

d1—螺纹小径，mm；

T1—螺纹副摩擦力矩，N·mm，T1=FQtan(ψ+ρ’）

d2； 22

2[σ]—螺杆材料强度的许用应力，MPa，[σ]=

s。3~5查参考文献[1]表5.10，钢对青铜的当量摩擦系数f ‘=0.08~0.10,取 f ‘=0.09，则螺纹副当量摩擦角ρ’=arctan f ‘=arctan0.09=5.1427°。

ψ为螺纹升角，ψ=arctan

16np=arctan=3.7679°。

29d2把已知的数据带入T1的计算公式中，则得

T1=30000tan(3.7679°+5.1427°)=68201N·mm

2代入强度计算公式，则

43000016682013

σ==72.2MPa 23252522由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆材料的许用应力[σ]=

s，3~5σs=355MPa，[σ]=71~118MPa,取[σ]=95MPa。

显然，σ≤[σ]，螺杆满足强度条件。4.螺母螺纹牙的强度校核 由系数ψ=

H可求得螺母的旋合高度H=ψ×d2=2×29=58mm。d2螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为

τ=

FQZD4b≤[τ]

式中：FQ—轴向载荷，N；

D4—螺母螺纹大径，mm；

Z—螺纹旋合圈数，Z=

H58==9.7，取Z=10； p64

b—螺纹牙根部厚度，对于梯形螺纹，b=0.65p=0.65×6=3.9mm。代入数值计算得

30000

τ==7.4MPa

10333.9查参考文献[1]表5.9得螺母材料的许用剪切应力[τ]=30~40MPa，显然，τ≤[τ]。

螺纹牙根部的弯曲强度条件为

σb=

3FQlZD4b2≤[σb]

式中：l—弯曲力臂，l=

D4d23329==2mm；

FQ—轴向载荷，N；

D4—螺母螺纹大径，mm；

Z—螺纹旋合圈数，Z=

H58==9.7，取Z=10； p6

b—螺纹牙根部厚度，对于梯形螺纹，b=0.65p=0.65×6=3.9mm。代入数值计算得

3300002

σb==11.4MPa

10333.92查参考文献[1]表5.9得螺母材料的许用弯曲应力[σb]=40~60MPa。显然，σb≤[σb]，由上述计算分析可知，螺母螺纹牙满足强度条件。5.自锁条件校核 由ψ=3.7679°，ρ’=5.1427°，得

ψ≤ρ’ 因此，满足自锁性条件。6.螺杆的稳定性校核 受压螺杆的稳定性条件为

Fc≥2.5~4 FQ式中：Fc—螺杆稳定的临界载荷，N；

FQ—螺杆所受轴向载荷，N。

螺杆的柔度值为

λ=

4l d1式中：l—螺杆的最大工作长度，mm。当螺杆升到最高位置时，取其顶端承受载荷的截面到螺母高度中点的距离作为最大工作高度，则

l=180+

H螺母2+h手柄座+l退刀槽

查参考文献[3]表11.25得，l退刀槽=7.5mm。手柄直径d手柄=24mm(将在手柄设计中给出这一尺寸的计算），由结构尺寸经验公式得

h手柄座=（1.8~2）d手柄=43.2~48mm 取h手柄座=44mm。

代入数值计算得

l=180+29+44+7.5=260.5mm

μ—长度系数，对于千斤顶，可看作一端固定，一端自由，故取μ=2。代入以上数值计算得

λ=

42260.5=83.36

25对于45钢调质（淬火+高温回火），当λ<85时，有

d1490490252 Fc===100648.8 N 410.0002210.000283.36242于是有

Fc100648.8= =3.35≥2.5

30000FQ因此，螺杆满足稳定性条件。

7.螺母外径及凸缘设计

螺母外径由结构尺寸经验公式得

D2 ≈1.5d=1.5×32=48mm 螺母凸缘外径由结构尺寸经验公式得

D3 ≈1.4D2=1.4×48=67mm 螺母凸缘厚度由结构尺寸经验公式得

b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×58=11.6~17.4mm 取b=14mm。

8.手柄设计

加在手柄上的力需要克服螺纹副之间相对转动的阻力矩和托杯支撑面之间的摩擦力矩。

设F为加在手柄上的力，取F=200N，L为手柄长度，则

FL=T1+T2

式中：T1—螺纹副之间相对转动的阻力矩，N·mm；

T2—托杯支撑面之间的阻力矩，N·mm。由前述计算可得

T1=68201N·mm

331D2~4D12

T2=fFQ3D2~42D221

式中：D—手柄座直径，mm，由结构尺寸经验公式得

D=(1.6~1.8)d=(1.6~1.8)×32=51.2~57.6mm 取D=52mm；

D1—螺柱与托杯连接处直径，mm，由结构尺寸经验公式得

D1=(0.6~0.8)d=(0.6~0.8)×32=19.2~25.6mm 取D1=22mm。

托杯选用铸铁，手柄选用Q215，摩擦因数f=0.12，则

524222=67200N·mm T2=0.123000035242222233于是有

L=T1T26820167200=≈677mm

200F取L=200mm，加套筒长500mm。

手柄直径

d手柄≥3FL

0.1b查教材可知[σb]=

s1.5~2，查参考文献[3]可知，σs=205MPa,则

[σb]=102.5~136.7MPa，取[σb]=110MPa。

代入数值计算得

d手柄≥3200677=23.1mm

0.1110取手柄直径d手柄=24mm。

9.底座设计

螺杆下落到最低点，再留10~30mm空间，底座铸造拔模斜度1:10，厚度选择8mm。

D5由结构设计确定，则D5=128mm。由结构尺寸经验公式得

D4=1.4D5=1.4×128=179mm 结构确定后，校核底面的挤压应力

σp=

FQD424D52=

3000017947

21282=2.4MPa

底面材料选用HT100，查参考文献[3]表10.3得，当铸件壁厚δ=2.5~10

时，σb≥130MPa，[σp]=(0.4~0.5)σb=(0.4~0.5)×130=52~65MPa。

显然，σp≤[σp]，满足设计要求。

10.其他零件设计

⑴ 螺杆顶部和底部的挡圈及螺钉尺寸设计

螺杆底部必须有一个挡圈，并用螺钉加以固定，以防止螺杆全部从螺母中旋出。托杯在相应的位置也要设置挡圈，以防止托杯与螺杆脱离。

挡圈的直径略大于螺杆外径，所以，顶部挡圈直径取为26mm，底部挡圈直径取为36mm。

根据结构尺寸经验公式得螺钉大径为

d3=(0.25~0.3)D1=(0.25~0.4)×22=5.5~8.8mm 取其直径为M8，根据GB/T 5783—2000确定其他尺寸。

⑵ 紧定螺钉尺寸设计

对于螺母与底座分开的结构，为了防止螺母随螺母转动，必须用紧定螺钉加以固定，紧定螺钉的直径取为M6，根据GB/T71—1985确定其他尺寸。

⑶ 托杯尺寸设计

托杯直径根据结构尺寸设计经验公式得

DT=(2.0~2.5)d=(2.0~2.5)×32=64~80mm 取DT=70mm。

托杯高度根据结构尺寸设计经验公式得 h=(0.8~1)D=(0.8~1)×52=41.6~52mm 取h=42mm。

托杯顶部开槽的槽深和槽宽根据经验公式得

a=6~8mm

t=6~8mm 取a=8mm，t=8mm。

⑷ 倒角、铸造圆角及拔模斜度设计 所有加工表面需要倒角。拔模斜度取为1:10。铸造圆角R=2mm。

11.绘制螺旋起重器（千斤顶）装配图 见附A2图纸。

参考文献

[1] 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，2008.[2] 张锋，宋宝玉.机械设计大作业指导书.北京：高等教育出版社，2009.[3] 王连明，宋宝玉.机械设计课程设计.4版.哈尔滨：哈尔滨工业大学