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----------------------------------------------------------------------------------53.5 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[]Fd p ψ≥,对于整体式螺母，5.2~2.1=ψ，取ψ=2.020.8[]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 Fψ= 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(331223σππσ≤+=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=5.14272)'tan(21d 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[]5~3Sσσ≡，σS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(2322=≤=+=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≤=bD 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：][32b b b D z Flσπσ≤=式中： l —弯曲力臂，mm mm D 125.305.322d l 24=-=-=错误！未找到引用源。

； 其它参数同上。

代入数据计算MPa 909.3095.15.321014000032b =⨯⨯⨯⨯⨯=πσ由参考文献[1]表5.9，可以查得螺母材料的许用弯曲应力[]MPa 60~40b=σ错误！未找到引用源。

根据计算结果可知 []σσb≤b，螺母螺纹牙满足强度条件。

即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。

3.4 螺纹副自锁条件校核由螺纹副自锁条件：错误！未找到引用源。

f '''arctan ,=≤ρρψ式中： 错误！未找到引用源。

——螺纹螺旋升角（°），错误！未找到引用源。

2arctan d npπψ= 'ρ——当量摩擦角(°)；n ——螺纹线数，n=1；p ——螺纹螺距(mm)；2d ——螺纹中径(mm)；错误！未找到引用源。

——当量摩擦系数，由参考文献[1]表8.13可知，得错误！未找到引用源。

=0.08~0.10，取错误！未找到引用源。

=0.09；代入数据 错误！未找到引用源。

886.15.3031arctan =⨯⨯=πψ错误！未找到引用源。

143.509.0arctan arctan ''===f ρ由计算可知错误！未找到引用源。

≤ 错误！未找到引用源。

，螺纹副满足自锁条件要求。

3.5 螺杆的稳定性校核千斤顶的最大上升高度H=200mm.则螺杆的最大工作长度l h H 12200退刀槽螺母+++=L式中 螺母H ——螺母高度(mm)，螺母H =ZP=10*3mm=30mm退刀槽l ——螺杆与手柄座相接处尺寸，查手册知，退刀槽l =9mm 。

假设手柄直径为d1=26mm,由尺寸经验公式h1=(1.8~2)d1=46.8~52mm 取h1=48mm,则 L=200+15+42+9=272mm则螺杆的柔度14d L iLμμλ==式中 μ——长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则可取μ=2； d3——螺纹小径，d3=28.5mm 。

i ——螺杆危险截面的惯性半径(mm),43d A I i ==,其中A 为危险截面的面积(mm2)。

代入数据计算4.765.2827224≡⨯⨯=λ对于45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷Fc 为：400013.11340232d F C πλ∙+=式中 E ——螺杆材料的弹性模量；I ——螺杆危险截面的轴惯性矩(mm4),6443d I π=；代入数据计算12017845.284.7600013.01340400013.0134022232=⨯⨯⨯+=⨯+=ππλd F C那么，由压杆稳定条件5.20.340000120178≥≡≡FFC故螺杆满足稳定性要求。

四、螺母外径及凸缘设计根据经验公式，螺母外径D2≈1.5d=1.5×32=48mm ;螺母凸缘外径D3≈1.4D2=1.4×48=67.2mm ;取D3=68 螺母凸缘厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×30=6~9mm，取b=8mm 。

五、手柄设计加在手柄上的力需要克服螺纹副之间的摩擦阻力矩T1和托杯支撑面间的摩擦力矩T2。

设加在手柄上的力F1=300N ，手柄长度为L1，则有F1 L1 = T1 + T2。

对于T1和T2，mm76441N =15.255.1427)+tan(2.040000=2)'tan(21⋅⨯⨯+=dF T ρψ2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3+--+--⋅=D D D D fF T根据经验公式，D=（1.6~1.8）*32mm=51.2~57.6mm ，取D=55mm D1=（0.6~0.8）*32mm=19.2~25.6mm ，取D1=22mm 托杯材料选择铸铁，手柄选择Q215，摩擦因数f=0.12,则≈)2()]4~2([)2()]4~2([32123132+--+--⋅=D D D D fF T 953262452245234000012.02233≡--⨯⨯错误！未找到引用源。