螺旋起重器机械设计大说明书

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

机械设计大作业

说明书

设计题目：螺旋起重器

院系：能源科学与工程学院班级：

设计者：

学号：11

指导教师：张峰

设计时间：2015.10.18

目录

一、设计任务书--------------------------------------------------------------------------------------------------2

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--------------------------------------------------------------------------------------------3 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----------------------------------------------------------------------------------------------------7

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

七、其余各部分尺寸及参数---------------------------------------------------------------------------------8

八、参考资料-----------------------------------------------------------------------------------------------------9

哈尔滨工业大学

机械设计作业任务书

设计题目：

螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可提升重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄、或扳手等零件所组成。

已知数据：起重量：40kN最大起重高度：200mm。

一、设计题目

螺旋起重器（千斤顶）

已知条件：起重量FQ=40KN ，最大起重高度H=200mm 。

二、螺杆、螺母选材

本千斤顶设计选用梯形螺纹螺旋传动。由于螺杆承受载荷较大，且为小截面，故选用45#钢，并进行调质处理。查参考文献[2]表10.2得σs=355MPa, σb=600MPa 。

由于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、摩擦系数小的铸铝青铜ZCuAl10Fe3。

托盘和底座均选用铸铁材料。

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ZCuAl10Fe3，有参考文献[1]表5.8，查得[p]=18~25MPa ，从表5.8的注释中可以查得，人力驱动时[p]值可增大20%，则[p]=21.6~30MPa ，取[p]=26MPa 。按耐磨性条件设计螺纹中径d2，选用梯形螺纹，

20.8

[]F

d p ψ≥,对于整体式螺母，5.2~2.1=ψ，取ψ=2.0

20.8

[]F d p ψ≥

式中： 2d ——螺纹中径，mm; F ——螺旋的轴向载荷，N ； H ——螺母旋合高度，mm;

ψ ——引入系数，ψ=H/2d ;

[p]——材料的许用压强，MPa;

代入数据，那么有d2≥0.8错误！未找到引用源。

[]

p F

ψ= 0.8×26240000⨯ = 22.2mm 。

查参考文献[2]表11.5,试取公称直径d=32mm,螺距p=3mm,中径d2=30.5mm,小径d3=28.5mm,内螺纹大径D4=32.5。

3.2 螺杆强度校核

千斤顶螺杆危险截面受轴向力F 和扭转力矩T1的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩T1。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为

][)16(3)4(

3

31

223σππσ≤+=d T d F 式中: d3——螺杆螺纹的小径(mm)； []σ——螺杆材料的许用应力(MPa); F —— 螺杆所受的轴向载荷(N)； T1——螺杆所受转矩(N ·mm)。

查阅参考文献[1]表5.10得钢对青铜的当量摩擦系数f=0.08~0.10，取f=0.09，螺纹副当量摩擦角ρ=arctanf=arctan0.09=5.1427

2

)

'tan(2

1d F T ρψ+==40000*tan(2.0+5.1427)*15.25=76441(Nmm) 查参考文献[1]5.9可以查得螺杆材料的许用应力[]5

~3S

σ

σ≡

，

σ

S

错误！未找到引用

源。=355MPa,[ 错误！未找到引用源。]=71~118MPa ，取[错误！未找到引用源。]=90MPa 。

MPa 90][MPa 1.69)5.28*76411*16(3)5.28*40000*4(

2

3

22=≤=+=σππσ

满足螺杆强度要求。

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

式中 F ——轴向载荷(N)； D4——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 。 代入数据计算 MPa 1.2095

.15.321040000

=⨯⨯⨯=πτ

由参考文献[1]表8.12可以查得螺杆材料的许用剪切应力[][]τττ≤=,40~30MPa 错误！未找到引用源。，螺母满足剪切强度要求。

螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为：

]

[32

b b b D z Fl

σπσ≤=