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 ==。