螺旋起重器的设计

上海大学机械设计作业设计说明书题目:螺旋起重器院系：学号：姓名：目录一、设计题目---------------------------------------------------------------2二、螺母、螺杆选材---------------------------------------------------------2三、螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算------------------------------------------------------------------------------------------------2 3.2 螺杆强度校核---------------------------------------------------------------------------------------------3 3.3 螺纹牙强度校核-----------------------------------------------------------------------------------------3 3.4 螺纹副自锁条件校核-----------------------------------------------------------------------------------43.5 螺杆稳定性校核-----------------------------------------------------------------------------------------4四、螺母外径及凸缘设计-----------------------------------------------------5五、手柄设计---------------------------------------------------------------5六、底座设计---------------------------------------------------------------6七、托杯及其他参数-------------------------------------------------------7八、设计示意图------------------------------------------------------- -- -8九、参考资料--------------------------------------------------------------9一、 设计题目设计起重重量FQ=51500N ， 最大起重高度H=220mm 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 ，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：查表11.5取公称直径 ，螺距 ,中径 , 小径 ,内螺纹大径 。

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(21d F T Q ρψ+=，ψ为螺纹升角，[]σ——螺杆材料的许用应力，MPa;查表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，则得由表可以查得螺杆的材料许用应力[]3~5sσσ=，355s Mpa σ=，[]71~118Mpa σ=，取 . 显然， ，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≤=bD 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 。

代入数据计算查表螺母材料的许用剪应力[]30~40MPa τ=，显然[]ττ<。

螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为：][324b Q b bD Z l F σπσ≤=式中：l ——弯曲力臂，423329122D d l mm --===； 其它参数同上。

代入数据计算查表得螺母材料许用弯曲应力40~60b Mpa σ=。

显然，[]b b σσ<，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 1.7933,'arctan ' 5.1427,f ρψ===因此所以满足螺纹副自锁条件要求。

式中：ψ——螺纹螺旋升角（°），2arctannpd πψ= 'ρ——当量摩擦角(°);n ——螺纹线数，n=1;p ——螺纹导程(mm);2d ——螺纹中径(mm);'f ——当量摩擦系数,查表，得'f =0.08~0.10,取'f =0.09;3.5螺杆的稳定性校核螺杆的柔度值14llid μμλ==式中：l ——螺杆的最大工作长度，取螺母中部到另一端支点间的距离，则螺母退刀其中：螺母H ——螺母高度(mm)，30H ZP mm ==螺母；1h 符号参见参考文献[1]图3.1；退刀槽l ——螺杆与手柄座相接处额尺寸，查手册知，退刀槽l =9mm 。

假设手柄直径为d 1=20mm,由尺寸经验公式()11h 1.8~2d 36~40mm ==，取h 1=38mm,则L=(220+15+38+9)=282mmμ——长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则可取μ=2；d 1——螺纹小径，d 1=25mm 。

代入数据计算 则螺杆的柔度对于45#调制钢，当90λ<时，螺杆稳定的临界载荷Fc 为：那么，由压杆稳定条件因此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2D 1.5d 1.53248mm ≈=⨯=；螺母凸缘外径 ;故D 3=67mm ； 螺母凸缘厚()()b 0.2~0.3H 0.2~0.36012~18mm ==⨯=，取b 16mm =。

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1T 和托杯支撑面间的摩擦力矩2T 。

设加在手柄上的力F=200N ，手柄长度为L ，则有12F L T T =+。

对于12T T 和，有174207T N mm =⋅2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3+--+--⋅=D D D D fF T 公式中的符号见参考书[1]图3.2和图3.3。

根据经验公式，(1.6~1.8)(1.6~1.8)3251.2~57.6D d ==⨯=mm,取D=55mm;1(0.6~0.8)(0.6~0.8)3219.2~25.6D d ==⨯=mm ，取1D 22mm =。

托杯材料选择铸铁，手柄选择Q215，摩擦因数f=0.12,则3312221[(2~4)](2)953263[(2~4)](2)D D fF T N mm D D --+=⋅≈⋅--+那么手柄长度12117420795326848200T T L mm F ++===，取1L =300mm,加套筒长600mm 。

设手柄所受最大弯曲应力为σ，查表205s MPa σ=，。

则手柄直径d 1应满足d ≥手柄，查得[]2~5.1s b σσ=，则[]102.5~136.7M P a b σ=,取[]b σ=110MPa。

带入数值计算得：24.9d mm ≥==手柄取手柄直径d 1=26mm 。

六、 底座设计螺杆下落至底面，再留20~30mm 的空间，底座铸造起模斜度1:10，壁厚mm 10=δ。

由经验公式，()S 1.5~215~20mm δ==，,取S=20mm 。

D 5由结构设计确定，D 5=104mm 。

45D 1.4D 1.4104146mm ==⨯=。

结构确定后校核下底面的挤压应力：有结果可知，千斤顶在最大载荷下，可以在木材上使用。

底面材料选择铸铁HT100，查表得铸铁件壁厚为30~50mm 时，80b MPaσ≥[](0.4~0.5)(0.4~0.5)80(32~40)p b MPa σσ==⨯=。

显然，][p p σσ<，下表面强度满足设计要求。

上表面校核：，查得[σb ]=100MPa,(0.40.5)4050p b MPa σσ==,因此1b p σσ<故上表面满足强度要求。

七、 托杯的设计据结构尺寸经验公式T 111223(2.0~2.5)64~80,D =80mm (1.6~1.8)=51.2~57.6,D=mm (0.6~0.8)=19.6~25.6,20;10;(0.8~1)44~55,50;(0.6~0.8)112~16,15;6~8,8;6~8,8;(T D d mm D d mm D d mm D mm mm h D mm h mm h D mm h mm a mm a mm t mm t mm d δ============≈=≈==取；取55；取取取取取30.25~0.3)15~6M6,6;(0.2~0.3)6~9,8;D mm d mm b H mm b mm =====但不小于可取可取八、 设计示意图：。