螺旋起重器设计
说明书
姓名：学号：班级：
螺旋起重器设计任务
设计题目：螺旋起重器 设计要求：最大起重Q=20KN 最大升距145mm 设计工作量：
绘制装配图，标注主要尺寸，填写标题栏及零件明细表。 编写设计说明书一份。
注意事项：
1）螺母内孔端部应有倒角，以便润滑 2）螺杆螺纹部分应有退刀槽 3）铸件壁厚大于或等于8mm
目录
1、螺杆的设计与计算 ............................................................. 4 1.1螺杆螺纹类型 . ............................................................... 4 1.2螺杆材料 . ....................................................................... 4 1.3螺杆直径尺寸 . ............................................................... 4 1.4自锁验算 . ....................................................................... 4 1.5螺杆强度计算 . ............................................................... 5 1.6稳定性计算 . ................................................................... 5 2、螺母的设计与计算 ............................................................. 6 2.1螺母材料 . ....................................................................... 6 2.2螺母高度H 及螺纹工作圈数Z ..................................... 7 2.3校核螺母螺纹强度 ........................................................ 7 2.4校核螺母外径与凸缘的强度 ........................................ 8 3、其余零件的设计 ................................................................. 9 3.1手柄的设计与计算 ........................................................ 9 3.2底座的设计 . ................................................................. 10 3.3紧定螺钉 . ..................................................................... 10 3.4固定托环的螺栓 .......................................................... 11 4、使用说明 . .......................................................................... 12 5、参考文献 . ........................................... 错误！未定义书签。
1、螺杆的设计与计算
1.1螺杆螺纹类型
梯形螺纹，单线GB5796—86
1.2螺杆材料
此处选用45#。
1.3螺杆直径尺寸
按耐磨性条件计算螺杆中径d 2：
d 2>
πϕψp Q
(mm) ………… （1）
根据国家规定，ψ=1.2-2.5，为使受力均匀，梯形螺纹取ψ=1.2；ϕ=0.5，螺
纹接触高度h=0.5P ；[p]=18Mpa。代入公式（1）得：
d 2≥
20⨯1000
mm=24.28mm
0. 5⨯1. 2⨯3. 14⨯18
查机械设计手册，选择Tr26⨯3。外螺纹公称直径取d=26mm，螺距取P=3mm，小径取d 1 =22.5mm，中经d 2=24.5mm。 此时螺母圈数Z =
ψd 2H
==9. 8
1.4自锁验算
自锁条件是：
ψ≥ϕ v
其中前者为螺纹升角，后者为当量摩擦角。查表取 μ=0. 09
λ=arctan
nP 1⨯3
=arctan() =2. 23 …………（2） πd 23. 14⨯24. 5
ρ=arctan μ=5. 14
λ=2. 23
所以螺纹联接可以自锁。
1.5螺杆强度计算
螺杆工作时承受轴向力Q ，又承受扭矩T 的作用，使得螺杆危险截面上既有正应力又有剪应力。螺杆强度校核时按照第四强度理论计算，即当量应力小于许
⎡⎤⎢Q ⎥⎢⎥2⎥⎢d 1⎢⎥⎣4⎦
2
用应力：σc =
⎡⎤
⎢T ⎥+3⎢⎥
2⎥⎢d 1⎢⎥⎣16⎦
2
≤[σ]
…………（3）
其中，扭矩T 为：
T =
d 2
2
Q tan(λ+ρ) =0. 5⨯20000⨯tan(5. 14+2. 23) ⨯24. 5
⨯10-3=31. 69N ∙m
忽略退刀槽的影响，d 1取螺纹小径；查手册，45钢有：
σs =360MPa [σ]=
显然
σs
4
=90M P a
σc =53. 31MPa
1.6稳定性计算
螺杆受压不失稳的条件为
Ssc =
F cr
≥S s F
μL
i
其中：S s 为保证螺杆不失稳的最小安全系数，对于传力螺旋传动S s =3.5-5.0。 根据材料力学，失稳时的临界载荷Q c 与螺杆的柔度λs =
的值有关，此
处L 为螺杆承受压力的一段长度，mm ；i 为螺杆危险截面的惯性半径，mm ，此处i =
d 1
4
，mm ；μ为螺杆的长度系数，对于螺旋千斤可视为一端固定，一端自
由，取μ=2。
螺杆危险截面的惯性矩I 为：
3. 14⨯22. 54
I ==mm 4=12574. 18mm 4
6464
惯性半径i 为：
4πd 1
i =
d 1
=5. 63mm 4
对于受力长度L ，可以近似认为L=H 所以柔度：
2⨯150
λs ===53. 28
i 5. 63
对45钢，由于强度极限σB 载荷为：
μL
>480MPa ，并且40
Q c =(461-2. 57λs )
代入数据得Q c =132.1KN
πd 1
4
2
…………（4）
Q c
132. 1==6. 67>3.5 Q 20
所以螺杆稳定性符合。
2、螺母的设计与计算
2.1螺母材料
此处选择青铜QAl9-4
2.2螺母高度H 及螺纹工作圈数Z
螺母高度
H =φ⨯d 2=1. 2⨯24. 5mm =29. 4mm
螺纹工作圈数
H Z ==9. 8
P
2.3校核螺母螺纹强度
由于螺杆材料45钢的强度远大于螺母材料青铜的强度，因此只需校核螺母螺纹的牙根强度。
与螺杆外螺纹相配合，取D=26.50mm，D 1=23mm，D 2=24.50mm，P=3mm 螺纹根部的剪切强度为：
τ=
Q Q
≈≤[τ] …………（5）
πDbZ πdbZ
已知[τ]=30-50MPa ，梯形螺纹b=0.65P，代入数据得：
τ=12. 8MPa
显然，螺纹强度满足要求。
弯曲强度校核
[σ] =
40~60
螺母耐磨强度校核
[p ] = 18~25
2.4校核螺母外径与凸缘的强度
（1）考虑螺旋副摩擦力矩的作用，螺母悬置部分危险截面的拉伸强度条件：
σ=
1. 3Q
π
≤[σ]=0. 83[σb ] …………（6）
4
(D 23-D 2)
已知σb =550MPa ，D=26.5mm，安全系数取n=2，解得：
D 3≥30. 3mm
不妨取D 3=45mm
（2）凸缘与底座接触表面的挤压强度条件
σp =
Q π
≤[σp ]=1. 3[σb ]2 …………（7）
4
(D 4-D 23)
⇒ D 4≥45. 78mm
取D4=55mm
（3）凸缘根部的弯曲强度条件
σ. 5Q (D 4-D 3)
b =
1πD [σb ] …………（8）
3a
2
≤⇒ a ≥2. 78mm
取a=10mm
3 蜗轮蜗杆
3.1选材：蜗杆 45钢
蜗轮 QAL9-4
模数m=1.25 传动比i=82 中心距a=63mm
3.2蜗杆参数设计 T1/d1=T2/d2
头数z1=1
直径系数q=17.9 mm
分度圆直径 d1=mq=22.4 mm 圈数n=10
齿距pa=1.92 mm
齿顶圆直径 da1=24.9mm 齿根圆直径 df1=19.4mm 导程角tan Ƴ=0.056 扭矩T1=29.2N.m
3.3蜗轮参数设计
齿数z2=82
分度圆直径d2=102.5mm 齿顶圆直径da2=105mm 齿根圆直径df2=100mm 尺宽b=13mm 扭矩T2=107.0 3.4
蜗杆轴强度校核 σ=
T T 29. 2==pa =40. 7MP ≤[σ] πd 3. 14⨯(19. 4⨯10) W
3232
4其余零件的设计
4.1手柄的设计与计算
手柄材料为45钢，形状为长方体，主要承受弯曲载荷，所以只校核弯曲强度
手柄长度为80mm, 计算得，扭矩T3=104.4弯曲强度条件为：
T T
σ==2≤[σ] …………（9）
W b h
6
对45钢，[σ]=100MPa ，代入数据，解得：
6T 6⨯104. 4
bh ≥=m =18. 4mm
8
[σ]10
2
取手柄宽b=10mm。h=15mm 可以满足强度要求。
4.2底座的设计
底座呈圆锥形，可有效防止侧翻，取坡度为1:10，厚度为8mm ，材料采用铸铁。高度H=145mm+30mm+20mm=195mm
根据结构确定底座尺寸，校核底部挤压强度
底部支承为铸铁时取[σp]=σp/2=6.5~9MP；为混凝土时取[σp]=3MPa；为木材时取[σp]=2MPa。
D6=180mm，D5=100mm
4.3托杯的设计
4.3.1托杯材料
4.3.2底面耐磨性校核
4.3.3托杯强度校核
4.4固定托杯的螺钉
开槽圆柱头螺钉 GB/T 65-2000 M 10 16
11
4.5紧定螺钉
开槽锥端紧定螺钉 GB/T71-1985 M 4 10
5、使用说明
（1）摇动手柄，使蜗轮蜗杆转动，带动螺杆平稳转动即可。
（2）及时添加润滑油，减轻摩擦损耗
（3）千斤顶必须放置在平坦的平面上，否则易发生侧翻
6、参考文献
（1）《机械设计》 高等教育出版社 濮良贵主编
（2）《机械设计课程设计手册》 高等教育出版社 吴宗泽主编
（3）《机械原理》 国防工业出版社 李瑞琴主编
12
螺旋起重器设计
说明书
姓名：学号：班级：
螺旋起重器设计任务
设计题目：螺旋起重器 设计要求：最大起重Q=20KN 最大升距145mm 设计工作量：
绘制装配图，标注主要尺寸，填写标题栏及零件明细表。 编写设计说明书一份。
注意事项：
1）螺母内孔端部应有倒角，以便润滑 2）螺杆螺纹部分应有退刀槽 3）铸件壁厚大于或等于8mm
目录
1、螺杆的设计与计算 ............................................................. 4 1.1螺杆螺纹类型 . ............................................................... 4 1.2螺杆材料 . ....................................................................... 4 1.3螺杆直径尺寸 . ............................................................... 4 1.4自锁验算 . ....................................................................... 4 1.5螺杆强度计算 . ............................................................... 5 1.6稳定性计算 . ................................................................... 5 2、螺母的设计与计算 ............................................................. 6 2.1螺母材料 . ....................................................................... 6 2.2螺母高度H 及螺纹工作圈数Z ..................................... 7 2.3校核螺母螺纹强度 ........................................................ 7 2.4校核螺母外径与凸缘的强度 ........................................ 8 3、其余零件的设计 ................................................................. 9 3.1手柄的设计与计算 ........................................................ 9 3.2底座的设计 . ................................................................. 10 3.3紧定螺钉 . ..................................................................... 10 3.4固定托环的螺栓 .......................................................... 11 4、使用说明 . .......................................................................... 12 5、参考文献 . ........................................... 错误！未定义书签。
1、螺杆的设计与计算
1.1螺杆螺纹类型
梯形螺纹，单线GB5796—86
1.2螺杆材料
此处选用45#。
1.3螺杆直径尺寸
按耐磨性条件计算螺杆中径d 2：
d 2>
πϕψp Q
(mm) ………… （1）
根据国家规定，ψ=1.2-2.5，为使受力均匀，梯形螺纹取ψ=1.2；ϕ=0.5，螺
纹接触高度h=0.5P ；[p]=18Mpa。代入公式（1）得：
d 2≥
20⨯1000
mm=24.28mm
0. 5⨯1. 2⨯3. 14⨯18
查机械设计手册，选择Tr26⨯3。外螺纹公称直径取d=26mm，螺距取P=3mm，小径取d 1 =22.5mm，中经d 2=24.5mm。 此时螺母圈数Z =
ψd 2H
==9. 8
1.4自锁验算
自锁条件是：
ψ≥ϕ v
其中前者为螺纹升角，后者为当量摩擦角。查表取 μ=0. 09
λ=arctan
nP 1⨯3
=arctan() =2. 23 …………（2） πd 23. 14⨯24. 5
ρ=arctan μ=5. 14
λ=2. 23
所以螺纹联接可以自锁。
1.5螺杆强度计算
螺杆工作时承受轴向力Q ，又承受扭矩T 的作用，使得螺杆危险截面上既有正应力又有剪应力。螺杆强度校核时按照第四强度理论计算，即当量应力小于许
⎡⎤⎢Q ⎥⎢⎥2⎥⎢d 1⎢⎥⎣4⎦
2
用应力：σc =
⎡⎤
⎢T ⎥+3⎢⎥
2⎥⎢d 1⎢⎥⎣16⎦
2
≤[σ]
…………（3）
其中，扭矩T 为：
T =
d 2
2
Q tan(λ+ρ) =0. 5⨯20000⨯tan(5. 14+2. 23) ⨯24. 5
⨯10-3=31. 69N ∙m
忽略退刀槽的影响，d 1取螺纹小径；查手册，45钢有：
σs =360MPa [σ]=
显然
σs
4
=90M P a
σc =53. 31MPa
1.6稳定性计算
螺杆受压不失稳的条件为
Ssc =
F cr
≥S s F
μL
i
其中：S s 为保证螺杆不失稳的最小安全系数，对于传力螺旋传动S s =3.5-5.0。 根据材料力学，失稳时的临界载荷Q c 与螺杆的柔度λs =
的值有关，此
处L 为螺杆承受压力的一段长度，mm ；i 为螺杆危险截面的惯性半径，mm ，此处i =
d 1
4
，mm ；μ为螺杆的长度系数，对于螺旋千斤可视为一端固定，一端自
由，取μ=2。
螺杆危险截面的惯性矩I 为：
3. 14⨯22. 54
I ==mm 4=12574. 18mm 4
6464
惯性半径i 为：
4πd 1
i =
d 1
=5. 63mm 4
对于受力长度L ，可以近似认为L=H 所以柔度：
2⨯150
λs ===53. 28
i 5. 63
对45钢，由于强度极限σB 载荷为：
μL
>480MPa ，并且40
Q c =(461-2. 57λs )
代入数据得Q c =132.1KN
πd 1
4
2
…………（4）
Q c
132. 1==6. 67>3.5 Q 20
所以螺杆稳定性符合。
2、螺母的设计与计算
2.1螺母材料
此处选择青铜QAl9-4
2.2螺母高度H 及螺纹工作圈数Z
螺母高度
H =φ⨯d 2=1. 2⨯24. 5mm =29. 4mm
螺纹工作圈数
H Z ==9. 8
P
2.3校核螺母螺纹强度
由于螺杆材料45钢的强度远大于螺母材料青铜的强度，因此只需校核螺母螺纹的牙根强度。
与螺杆外螺纹相配合，取D=26.50mm，D 1=23mm，D 2=24.50mm，P=3mm 螺纹根部的剪切强度为：
τ=
Q Q
≈≤[τ] …………（5）
πDbZ πdbZ
已知[τ]=30-50MPa ，梯形螺纹b=0.65P，代入数据得：
τ=12. 8MPa
显然，螺纹强度满足要求。
弯曲强度校核
[σ] =
40~60
螺母耐磨强度校核
[p ] = 18~25
2.4校核螺母外径与凸缘的强度
（1）考虑螺旋副摩擦力矩的作用，螺母悬置部分危险截面的拉伸强度条件：
σ=
1. 3Q
π
≤[σ]=0. 83[σb ] …………（6）
4
(D 23-D 2)
已知σb =550MPa ，D=26.5mm，安全系数取n=2，解得：
D 3≥30. 3mm
不妨取D 3=45mm
（2）凸缘与底座接触表面的挤压强度条件
σp =
Q π
≤[σp ]=1. 3[σb ]2 …………（7）
4
(D 4-D 23)
⇒ D 4≥45. 78mm
取D4=55mm
（3）凸缘根部的弯曲强度条件
σ. 5Q (D 4-D 3)
b =
1πD [σb ] …………（8）
3a
2
≤⇒ a ≥2. 78mm
取a=10mm
3 蜗轮蜗杆
3.1选材：蜗杆 45钢
蜗轮 QAL9-4
模数m=1.25 传动比i=82 中心距a=63mm
3.2蜗杆参数设计 T1/d1=T2/d2
头数z1=1
直径系数q=17.9 mm
分度圆直径 d1=mq=22.4 mm 圈数n=10
齿距pa=1.92 mm
齿顶圆直径 da1=24.9mm 齿根圆直径 df1=19.4mm 导程角tan Ƴ=0.056 扭矩T1=29.2N.m
3.3蜗轮参数设计
齿数z2=82
分度圆直径d2=102.5mm 齿顶圆直径da2=105mm 齿根圆直径df2=100mm 尺宽b=13mm 扭矩T2=107.0 3.4
蜗杆轴强度校核 σ=
T T 29. 2==pa =40. 7MP ≤[σ] πd 3. 14⨯(19. 4⨯10) W
3232
4其余零件的设计
4.1手柄的设计与计算
手柄材料为45钢，形状为长方体，主要承受弯曲载荷，所以只校核弯曲强度
手柄长度为80mm, 计算得，扭矩T3=104.4弯曲强度条件为：
T T
σ==2≤[σ] …………（9）
W b h
6
对45钢，[σ]=100MPa ，代入数据，解得：
6T 6⨯104. 4
bh ≥=m =18. 4mm
8
[σ]10
2
取手柄宽b=10mm。h=15mm 可以满足强度要求。
4.2底座的设计
底座呈圆锥形，可有效防止侧翻，取坡度为1:10，厚度为8mm ，材料采用铸铁。高度H=145mm+30mm+20mm=195mm
根据结构确定底座尺寸，校核底部挤压强度
底部支承为铸铁时取[σp]=σp/2=6.5~9MP；为混凝土时取[σp]=3MPa；为木材时取[σp]=2MPa。
D6=180mm，D5=100mm
4.3托杯的设计
4.3.1托杯材料
4.3.2底面耐磨性校核
4.3.3托杯强度校核
4.4固定托杯的螺钉
开槽圆柱头螺钉 GB/T 65-2000 M 10 16
11
4.5紧定螺钉
开槽锥端紧定螺钉 GB/T71-1985 M 4 10
5、使用说明
（1）摇动手柄，使蜗轮蜗杆转动，带动螺杆平稳转动即可。
（2）及时添加润滑油，减轻摩擦损耗
（3）千斤顶必须放置在平坦的平面上，否则易发生侧翻
6、参考文献
（1）《机械设计》 高等教育出版社 濮良贵主编
（2）《机械设计课程设计手册》 高等教育出版社 吴宗泽主编
（3）《机械原理》 国防工业出版社 李瑞琴主编
12