机械设计课程设计--螺杆起重器

机械设计课程设计

课程名称：机械设计

设计题目：设计螺杆起重器

院系：机电工程学院

班级：A09机械（2）班

姓名：

学号：

指导教师：

浙江海洋学院

课程设计题目：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、扳手等零件组成。

已知技术参数和设计要求：

1. 梯形螺纹标准 GB/T5796.1～GB/T5796.4—1986

2. 锯齿螺纹标准 GB/T13576.1～GB/T13576.4—1992

3. 六角螺栓标准 GB/T5780—2000

4. 紧钉螺钉标准 GB/T71—1985

工作量：

1.设计计算说明书一份，主要保罗起重器各部分尺寸的计算，强度、自锁性、稳定性校核等。

2.形装配图一张，画出起重器的全部结构，标注出必要尺寸与零件编号，填写标题栏与明细表。

目录

一、螺旋起重器的结构和功能 (3)

二、螺杆和螺母材料 (3)

三、滑动螺旋起重器的设计计算 (3)

3.1 耐磨性计算 (3)

3.2 自锁性校核计算 (4)

3.3 螺杆强度校核计算 (5)

3.4 螺母螺纹牙的强度校核计算 (6)

3.5 稳定性校核计算 (6)

3.6 螺母外径与凸缘的强度校核计算 (7)

3.7 手柄设计 (8)

3.8 底座设计 (9)

四、设计图纸 (11)

五、附表 (12)

一、螺旋起重器的结构和功能

螺旋起重器是一种人力起重的简单机械，主要用

于起升重物。图示为采用滑动螺旋的起重器结构示意

图。

图中，螺杆7与螺母5组成螺旋副，螺母5与底

座8固定联接，紧定螺钉6提高了联接可靠性。托杯

1直接顶住重物，当转动手柄4时，螺杆7一边转动

一边上下移动，使托杯1托起重物上下移动，达到起

升重物的目的。

这种螺旋起重器结构简单，制造容易，易于自锁，

其主要缺点是摩擦阻力大，传动效率低（一般为

30％～40％），磨损快，寿命低，传动精度低。

螺旋起重器一般垂直布置，在起重时螺杆7受压，

因此都做成短而粗，起升高度不宜太大。螺母5作为

起升时的支承件，常做成整体结构。

螺旋起重器应有可靠的自锁性能，以保证螺杆7和重物在上升下降过程中能可靠地停留在任一位置而不自行下降。螺杆一般采用梯形牙、右旋、单线螺纹。

当起重量较大时，为减小摩擦阻力，操作省力，可在托杯1的下部安放一推力轴承。

二、螺杆和螺母材料

螺杆材料要有足够的强度和耐磨性，一般用45钢，经调质处理，硬度220～250HBS。

螺母材料除要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦因数小和耐磨，可用ZCuAl10Fe3、ZCuAl10Fe3Mn2等。

三、滑动螺旋起重器的设计计算

3.1 耐磨性计算

滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、

滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因

素有关，其中最主要的是螺纹工作表面上的压

力，压力愈大，螺旋副间愈容易形成过度磨损。

因此，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作表面上的压力p，使其小于

材料的许用压力[p]。计算时，一般假设：螺杆上的轴向载荷F 作用于螺纹工作承压表面A 上。

耐磨性条件校核计算式为：

p ＝

][22p hZ

d QP

hH d Q ≤ππ＝ --------( 1 )

式中，Q ──螺杆所受轴向载荷，/N ； d 2──螺纹中径，/mm ； h ──螺纹接触高度，/mm 。

h ＝0.5(d －D 1)，d 为螺杆大径，D 1为螺母小径；

Z ──螺纹工作圈数，一般最大不宜超过10圈。

Z ＝P

H

，H 为螺母高度，P 为螺纹螺距。

[ p] ──螺旋副材料的许用压力， MPa 。可取 [ p] ＝18～25 MPa 。对梯形螺纹，h ＝0.5P ，式（1）可演化为设计计算式：d 2 ≥

]

[p Q

πϕψ，

式中 φ=0.5，ψ ＝ H / d 2 ,一般可取ψ＝ 1.2～2.5。

取ψ=2.0, [ p] ＝20 MPa d 2 ≥

]

[p Q

πϕψ=26.77mm ，查表附表一得

d 2 =27， 螺母旋合高度：H=ψ×d 2 =2.0×27=54.0mm

螺纹工作圈数：符合Z ＝P

H

=54.0/10=5.40＜10，取Z=6

3.2 自锁性校核计算

滑动螺旋起重器必须保证可靠的自锁性，自锁的条件为：

λ≤ρv (3)

2arctan

d nP πλ=， ρv ＝arctan γ

cos f

式中 λ──螺纹升角；

f ──螺旋副材料的摩擦因数，一般可取 f ＝0.08～0.1； γ牙型半角（牙侧角），梯形螺纹γ＝α/2＝15o 。

取f=0.1 ， n=1 ， 2

a r c t a n d nP

πλ==arctan(1×10/3.14×27)= 6.730

ρv ＝arctan

γ

cos f

=arctan(0.1/cos15)=5.910. 符合λ＜ρv ，满足自锁条件。

3.3 螺杆强度校核计算

起重时螺杆受压和受扭，按第四强度理论计算：

σca ＝

223τσ＋ ＝2

123）（＋）

（T

W T A

Q ＝

21

12)431

d T Q A （＋ ≤ [ σ ] （4） 式中 A ──螺杆螺纹段的危险截面面积，A ＝

4

2

1d π，/mm 2 ;

W T ──螺杆螺纹段的抗扭截面系数，W T ＝

4

16

1

3

1d A

d ＝π ，/mm 3 ; d 1──螺杆螺纹小径，mm ；d 1= 21mm

Q ──起升载荷，/N ；

T 1 ──螺杆所受扭矩，T 1 ＝2

2d

Q tan(λ ＋ρv )，/N •mm ；

[ σ ] ──螺杆材料的许用应力，/MPa 。[ σ ] ＝σS /(3～5)，可取σS ＝352M A ＝

4

2

1d π=3.14×212 /4= 346.19mm 2

T 1 ＝Q tan(λ ＋ρv ) 2

2

d =45000×tan(6.730+5.910) ×27/2=38490.9 N •mm σca ＝

21

12)431d T Q A （＋=

22

)169.3849034500067.2681（＋）（=76.04MPa 因为σS 取352M, [ σ ] ＝σS /(3～5)，安全系数取4，有[ σ ] ＝σS /4=88.00MPa