机械设计作业螺旋起重器

机械设计基础设计实践设计计算说明书
题目：螺旋起重器
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机械设计基础
设计实践任务书
题目：螺旋起重器
设计原始数据及要求：
螺旋起重器（千斤顶）
已知条件：起重量Q F=40KN，最大起重高度H=200mm。

目录
一．强度校核
1.耐磨性计算
2.螺杆的强度校核
3.螺旋牙的强度校核
4.自锁条件校核
5.螺杆的稳定性校核
6.手柄设计
7.底座校核
二．主要部件尺寸
三．参考文献
一． 强度计算
1. 耐磨性计算
螺杆选用45号钢淬火，螺母选用铸造铝青铜，选用梯形螺纹，0.5h p =
225.3d mm
≥= 取
226d mm =
式中
2d ——梯形螺纹的中径（mm ）
Q F ——起重载荷（N ）
ψ——系数，整体式螺母，取2ψ=
[]p ——螺旋副的许用压强
（MPa ），钢-青铜，低速，查表取[]20p MPa = 查GB/T5796.4—1986取外螺纹公称直径226d mm =,螺距p 6mm =，小径
123d mm =，中径2227d D mm ==，内螺纹大径331D mm =，中径227D mm =，小径124D mm =，且有222754H d mm mm ψ==⨯=。

2. 螺杆强度校核
[]e σσ=≤
Q F ——螺杆收到的轴向载荷（N ）；
1T ——螺杆收到的摩擦力矩（N mm ）;
1d ——螺纹小径（mm ）;
[]σ——螺杆材料的需用拉应力（Mpa ）
，查表，取400
[]133.333
3
s
Mpa Mpa σσ=
=
= 其中
2
1tan()
2
Q V d T F ϕρ=+ V ρ为当量摩擦角，arctan
cos V f
ρβ
= 取0.1f =,
β为牙侧角，152
α
β=
=︒， 算得V ρ 5.91=︒
ϕ为螺纹升角，222
arctan arctan arctan 4.05s np p d d d ϕπππ====︒ 算得1T =94828N mm ⋅ 进而得到118.08[]e σσ=≤ 3. 螺旋牙强度校核
3Q F Z D b
τπ=
[]τ≤
3D ——螺母螺纹大径，由上可得331D mm =
Z ——螺纹旋合圈数，2
9d Z p
ψ=
=
b ——螺纹牙的根部厚度（mm ）
，对于梯形螺纹，0.65 3.9b p mm == []τ——螺母材料的许用剪应力（Mpa ），查表[]0.6[]80Mpa τσ== 算得τ=11.7[]Mpa τ≤ 满足剪切强度条件。

2
36[]Q b b F l Z D b σσπ=
≤
l ——弯曲力臂（mm ）
，32
22
D d l mm -== []b σ——螺母材料的许用弯曲应力（Mpa ），查表取[][]133.33b Mpa σσ== 计算得到b σ=36Mpa []b σ≤ 满足弯曲强度条件。

4. 自锁条件校核
V ϕρ≤
ϕ——螺纹升角，由2中计算可知 4.05ϕ=︒
V ρ——当量摩擦角，由2中计算可知 5.91V ρ=︒
满足自锁条件 5. 螺杆的稳定性校核
2.5~4c
Q
Q F ≥ 1
4l
d μλ=
μ——螺杆长度系数，对于螺旋起重器，取2μ=
l ——螺杆的最大工作长度，11
'22
l H H =⨯+⨯，'H 为最大起重高度为
200mm ，2H d ψ==54mm
1d ——螺纹小径，为23mm 计算得到44λ=<85
对于淬火钢螺杆
212
490
14675810.00024
c d Q N πλ=⋅=+ 得到
3.7(2.5~4)c
Q
Q F =≥ 满足稳定性条件 6. 手柄设计
托杯选铸铁材料，手柄选Q215 (1)手柄长度计算
12
P p
T T L F +=
p F ——扳动手柄的力，取200p F N =
1T ——螺旋副与托杯之间的摩擦力矩，由上面计算可知
2
1tan()
948282
Q V d T F N mm ϕρ=+=⋅ 2T ——螺杆端面与托杯之间的摩擦力矩，3360222
601
3Q D D T fF D D -=- 取f 为0.12
6 1.8450D d mm =-=，010.50.80.524.5D D d mm =+=+= （此部分尺寸计算在后面主要部件尺寸中有详细过程） 得292454T N mm =⋅
代入初始公式中有953.51P L mm =，取1000P L mm =，由于手柄长度一般不能大于螺旋起重器高度，所以取P L 为300mm ，其余长度靠套筒来实现。

（2）手柄直径计算
1d ≥
[]b σ——手柄材料的需用弯曲应力，[] 1.5~2
s
b σσ=
，对于215Q ，
190s Mpa σ=
取[]952
s
b Mpa σσ=
=
计算得125d mm ≥，为保证安全，取128d mm =。

7. 底座校核
螺杆落到底面后，再留20~30mm ，斜度1:10，厚度取10mm ，
22224540000
3.39()
(175125)
4
4
Q
p F MPa D D σπ
π
=
=
=--
由结果知，螺旋起重器在最大载荷下可以在木材上使用。

在底面材料为砖（白灰砂浆）、砖（水泥砂浆）及混凝土上使用时可以在下面垫上一块厚度合适的模板。

二. 主要部件尺寸
(2.0~2.5)T D d =，取 2.575T D d mm ==；
(1.6~1.8)D d =，取 1.854D d mm ==；
1(0.6~0.8)D d =，取10.824D d mm ==； 2 1.545D d mm ≈=；
321.463D D mm ≈=；
(0.2~0.3)b H =，取0.211b H mm ==。

(0.8~1)h D =，取0.840h D mm ==；
11(1.8~2)h d =，取111.847h d mm ==； 21(0.6~0.8)h D =，取210.615h D mm ==； 31(0.25~0.3)d D =，取310.38d D mm ==；
6~8a mm =，取8a mm =； 4~6t mm =，取5t mm =。

固定托盘用的挡圈内径8mm ，外径26mm ，厚5mm ；螺钉GB/T5783-2000A M810⨯。

螺杆底部挡圈内径8mm ，外径34mm ，厚5mm ；螺钉
16×M82000A -G B/T5783
紧定螺钉/711985GB T - 820M ⨯。

其余铸造圆角，取2R mm =。

螺旋起重器（千斤顶）装配图见A2图纸。

三. 参考文献
[1] 宋宝玉，王瑜，张峰主编. 机械设计基础（第4版）.哈尔滨：哈尔滨工
业大学出版社，2010.
[2]修世超，李庆忠，林晨. 机械设计习题与解析. 北京：科学出版社，2008. [3]王黎钦，陈铁鸣. 机械设计(5版). 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010. [4]宋宝玉. 机械设计课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，2006.。