螺旋起重器的设计

哈尔滨工业大学

机械设计作业设计说明书

题目:螺旋起重器

院系：能源科学与工程学院

班号：

学号：

姓名：

哈尔滨工业大学机械设计任务书

1.题目：设计螺旋起重器

螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可起升重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄或板手等零件组成。

2.已知条件：

表3.1 螺旋起重器的示意图及已知数据

3.设计要求：

（1）绘制装配图一张，画出起重器的全比结构，按照比例装配图要求标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏、编写技术要求。

（2）撰写设计说明书一份，主要包括起重器各部分尺寸的计算，对螺杆和螺母螺纹牙强度、螺纹副自锁性、螺杆的稳定性的校核等。

目录

一、设计题目---------------------------------------------------------------3

二、螺母、螺杆选材---------------------------------------------------------3

三、螺杆、螺母设计计算

3.1 耐磨性计算------------------------------------------------------------------------------------------------3 3.2 螺杆强度校核---------------------------------------------------------------------------------------------4 3.3 螺纹牙强度校核-----------------------------------------------------------------------------------------4 3.4 螺纹副自锁条件校核-----------------------------------------------------------------------------------5

3.5 螺杆稳定性校核-----------------------------------------------------------------------------------------5

四、螺母外径及凸缘设计-----------------------------------------------------6

五、手柄设计---------------------------------------------------------------6

六、底座设计---------------------------------------------------------------7

七、托杯及其他参数-------------------------------------------------------8

八、设计示意图------------------------------------------------------- -- - 9

九、参考资料--------------------------------------------------------------10

一、 设计题目

设计起重重量FQ=40 000N ， 最大起重高度H=200mm 的螺旋起重器。

二、 选择螺杆、螺母的材料

由于螺杆承受载荷较大，而且是小截面，故可选用45钢调质处理。查参考文献[2]表10.2得抗拉强度600b Mpa σ=，[]355s Mpa σ=。

千斤顶属于低速重载的情况，且螺母与螺杆之间存在滑动磨损，故螺母采用强度高、耐磨、摩擦系数小，且适合低速重载情况的铸铝青铜1103ZCuA Fe （考虑速度低）。

三、 螺杆、螺母设计计算

3.1耐磨性计算

螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜1103ZCuA Fe ，由参考文献[1]查表5.8得螺母材料的MPa p 25~18][=,从表5.8的注释中可以查得，人力驱动时[p]的值可加大20%，则[p]=21.6~30Mpa,取[p]=25Mpa 。按耐磨性条件设计螺纹中径d 2，

选用梯形螺纹，则2d ≥[1]查得，对于整体式螺母系数1.2~2.5ψ=，取2ψ=。则

222.6d mm ≥== 式中 F ——轴向载荷，N ；

2d ——螺纹中径，mm;

[p]——材料的许用压强，MPa;

H d ψ=

H ——螺母旋合高度，mm; d ——公称直径：

查参考文献[3]表11.5取公称直径d =32mm ，螺距P =3mm ,中径 d 2=30.5mm , 小径d 3(d 1)=28.5mm ,内螺纹大径D 4=32.5mm 。 3.2螺杆强度校核

千斤顶螺杆受轴向力F 和扭转力矩1T 的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩1T 。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为

[]e σσ=≤ 式中：Q F ——螺杆所受的轴向载荷，N ；

3d ——螺杆螺纹的小径，mm ；

1T ——螺杆所受转矩，N ·mm ；2

)'tan(2

1d F T Q ρψ+=，ψ为螺纹升角，ψ=arctan np πd 2

=arctan 1×3

π×30.5=1.7933°

[]σ——螺杆材料的许用应力，MPa;

查找参考文献[1]表 5.10得对青铜的当量摩擦因数'0.08~0.10f =，取

'0.09f =，螺纹副当量摩擦角''arctan arctan 0.09 5.1427f ρ===。把已知的值带

入1T 的计算公式中，则得

T1=40 000×

30.5

2

tan (1.7933°+5.1427°)=74207N ∙mm σe =√(4×40 000π×28.52)2

+3×(16×74207

π×28.53)2

=68.78MPa

由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆的材料许用应力

[]3~5

s

σσ=

，355s Mpa σ=，[]71~118Mpa σ=，取[σ]=95MPa . 显然，σe <[σ]，螺杆满足强度条件。

3.3螺纹牙强度校核

因为螺母材料强度低于螺杆，所以螺纹牙的剪切和弯曲破坏大多发生在螺母上，故可只校核螺母螺纹牙强度。螺母螺纹牙根部剪切强度条件为：

][4τπτ≤=

b

D Z F Q

式中: Q F ——轴向载荷，N ；

D 4——螺母螺纹大径，mm;

Z ——螺纹旋合圈数，Z 取10；

b ——螺纹牙根部厚度，mm ，对于梯形螺纹

b=0.65P=0.65×3mm=1.95mm 。

代入数据计算