浙江大学机械设计方案书

题目(中) 姓名与学号年级与专业所在学院
目录
一．设计题目及要求 (2)
1.简介 (2)
2.设计要求 (2)
3.结构设计（绘图）注意事项 (2)
4.螺旋起重器结构图 (2)
二．设计计算 (3)
2.1螺杆螺纹类型的选择 (3)
2.2选择螺杆材料 (3)
2.3确定螺杆直径 (3)
2.4自锁性验证 (4)
2.5螺杆强度计算 (4)
2.6螺母螺牙的强度计算 (4)
2.7稳定性计算 (5)
2.8．螺母外径与凸缘的强度计算 (6)
2.9螺杆其他参数设计 (7)
2.10 底座设计 (7)
三．参考文献 (8)
一．设计题目及要求
1.简介
螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可升起重物。

它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄或扳手等零件所组成。

2.设计要求
1）设计参数：
最大起重量Q=20kN
最大升举高度L＝150mm
采用梯形螺纹、单线 GB5796-86
螺杆材料：Q235或45＃
螺母材料：铸铁或青铜
2）设计需画出装备图
3）自身带有自锁，不会上升或下滑
4）工作安全可靠，在不影响工作状态的情况下，尽可能的完善工艺和节省材料3、结构设计（绘图）注意事项
1）螺母内孔端部应有倒角，以便润滑；
2）螺杆螺纹部分应有退刀槽；
3）铸件壁厚大于或等于8mm。

4.螺旋起重器结构图
滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。

螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。

二．设计计算
主要失效形式: 螺牙的磨损
设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距； 校核螺杆、螺母强度等。

2.1螺杆螺纹类型的选择
选择梯形螺纹，单线GB5796—86。

2.2选择螺杆材料
螺杆采用45钢调质，由参考文献查得抗拉强度σb=600Mpa ， σs=355Mpa 。

由于速度较低，螺母材料用铝青铜ZCuAll0Fe3
2.3确定螺杆直径
1）滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其强度条件：
2）梯形螺纹以30°计算，锯齿螺纹计算中，防止过度磨损，需要选择合适表面粗糙度和润滑剂润滑方式外，还要校验螺纹表面压强不能 超过螺旋传动副的许用压强。

[p]根据资料螺杆螺母对应是钢对青铜，低速传动时[p]取
11~18MPa 方便后续计算采用15Mpa ）
d2[]mm 6.20101514.30.25.01020h 6
3
=⨯⨯⨯⨯⨯=≥P Q φπ（0.25.3~2.1，此处取可取φ） 3）由于φ值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。

依据计算出的螺纹中径，按螺纹标准选择合适的直径和螺距。

验算工作圈数：10P
H
Z ≤=
; 4）查表得，d 2取21.5mm ，公称直径d=24.0mm 取螺距p=5 大径D 4=24.5mm H=43mm 计算得z=8.6<10，满足工作圈数条件。

然后可得外螺纹大径d=24mm d1=18mm D=25mm
D1=19mm
计算面积为254mm 2
h=0.5P=2.5mm ，代入公式得p=13.779Mpa ，符合要求。

][22p hH
d QP
hZ d Q p ≤==ππ P h 5.0=30º锯齿形螺纹 P h 75.0=矩形和梯形螺纹 螺纹工作高度
设计公式：令 2d H =φ则得： ][2p h QP d φπ=
2.4自锁性验证
自锁条件：v ρλ≤ （即螺纹升角≤当量摩擦角）
由于是单线，n=1，p=5，d2=21.5
λ=arctan(np/2d π)=arctan(1*5/3.14*21.5)=4.23° 取当量摩擦因数f v =0.12
30︒
⨯
=0.103 则p v =5.91° 故ρλ< 且∆≈1.68°可靠性较好，可保证自锁
2.5螺杆强度计算
受力较大的螺杆需进行强度计算，螺杆工作时承受轴向力Q ，又承受扭矩T 的作用，使得螺杆危险截面上有正应力和剪应力。

因此，螺杆强度校核时按照第四强度理论计算。

即[]σππσ≤⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥
⎥⎥
⎦⎤
⎢⎢⎢⎣⎡=2
2
1221c d 163d 4T Q （其中[]σ为螺杆材料的许用应力（MPa),且[]σ=s σ/3~5) 扭矩为T=Qtan （ρλ+v ）
2
d 2
=2045.38102/5.2123.491.5tan 1033=⨯⨯+⨯-）
（/NM 查手册45钢 []MPa 7.1173/353)53/(s ==-=σσ 计算得，[]σσ<=pa 64.78c M
2.6螺母螺牙的强度计算
由于45#钢比螺母的青铜材质钢抗剪切，强度更高，所以只需要校核螺纹螺母的
牙根强度，在校核时，螺杆的大
径和螺母的大径可认为近似相等，根部为危险点。

1）其危险截面 a – a 的剪切
强度条件和弯曲强度条件分别为：
v v f f arctan cos arctan ==β
ρ，][τπτ≤=DbZ Q ][6b
2b σπσ≤=Z
Db Ql 2
2d n arctan
d S arctan ππλP
==
2）抗剪校核
对梯形螺纹，采用标准倾角30°，b=0.65P(mm)，对于青铜[]τ=40MPa, 计算得τ=9.30MPa []τ≤ 3）抗弯校核：mm 22
d 2
=-=
D L =b σ34.34MPa<50MPa
螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，通常可以不进行弯曲强度校核。

2.7稳定性计算
1)螺杆受压不失稳的条件为S Q
Q
C ≥，
其中：s 为保证螺杆不失稳的最小安全系数，对于传力螺旋传动s=3.5-5。

由材料力学，失稳时的临界载荷c Q 与螺杆的柔度i c
L μλ=的值有关，此处
L 为
螺杆承受的压力的一段长度（mm ）；i 为螺杆危险截面的惯性半径（mm ）；此处i=
4
d 1（mm ）；μ为螺杆的长度系数，取决于螺杆支撑情况，对于螺旋千斤可视为一端固定，一端自由，取μ=2。

2)螺杆工作时的最大长度为：L=150MM
危险截面近似看作是直径为d1（螺纹小径）的圆i=
4
d 1
=4.5mm, i
l max
s μλ=
3）45#钢的校核公式：s λ=66.7
由于40<s λ<100时，Q c =（461-2.57s λ）4
d 21
π=73673.82N>20KN
因此稳定符合要求。

=s
S 44~5.25~5.3>传力螺旋 传导螺旋 精密螺杆或水平安装
2.8．螺母外径与凸缘的强度计算
1）螺母高度H=43mm
上半部高度设计：有内螺纹大径25mm,所以考虑到上半部高度偏小，会造成上下半部分交界面应力集中而产生断裂，因此螺母上表面不可过短，外径不可过小。

参数如下： D3=1.6D=40mm D4=1.3D=52mm
a=H*0.25=10.75mm 取11mm
强度校核：代入上式得Mpa
Mpa M p 08.2397.39pa
69.23b ===σσσ
对于青铜螺母，[][][][][]pa
102~60)7.15.1(pa 8.49~2.3383.0pa
60-40b p b b M M M =-====σσσσσ
分别采用50,40,80Mpa,以上皆符合强度条件。

2.9螺杆其他参数设计
2.10 底座设计
底座采用灰铸铁非常抗压，根据节约材料以为及结合螺母高度和螺杆高度，计算出底座H=208mm
上表面D=76mm d=62mm 下表面D=200mm d=82mm
σ=Q/[）（上下2^2^4
d D -π
]=0.766Mpa
三．参考文献
1.《机械设计》陈秀宁顾大强浙江大学出版社
2.《材料力学》刘鸿文高等教育出版社
3.《工程图学》陆国栋施岳定高等教育出版社
4.《机械设计课程设计》刘俊然何永然主编华中理工大学出版社。