螺旋起重器设计计算说明书

螺旋起重器设计计算说明书
专业班级
学生姓名
学号
指导教师
2010.11.10
目录
1、数据--------------------------------------------------------------------------3
2、螺旋副设计-----------------------------------------------------------3
3、旋副自锁性验算和传动效率计算--------------5
4、螺强度校核-----------------------------------------------------------5
5、螺杆稳定性校核-------------------------------------------------6
6、螺母设计----------------------------------------------------------------7
7、托杯设计----------------------------------------------------------------8
8、手柄设计计算------------------------------------------------------8
9、底座设计----------------------------------------------------------------9
10、参考文献-------------------------------------------------------------10
设计题目及要求
一、设计题目：螺旋起重器
二、原始数据：
三、设计步骤
1、选择螺杆、螺母、托杯等各零件材料。

2、计算螺杆、螺母的主要参数及其他尺寸。

3、检验稳定性和自锁性。

4、计算手柄的截面尺寸和长度。

5、绘制装配图，标注有关尺寸，填写标题栏、零件明细表及技术要求。

四、设计要求：
1、设计计算说明书一份
（2）计算说明书用计算机打印（A4纸）。

（3）章节编号要规范，表格要有表号和表名，图要有图号与图名，公式要有标号。

（4）文字力求通顺，叙述简明扼要，字体端正。

2、装配图一张，零件图两张。

图纸规格为3号图纸，其中：计算机绘制装配图和零件图各一张，尺规零件图一张。

要求栏目完整，尺寸齐全。

3、设计计算说明书装订成册，装配图和零件图附在说明书后面。

4、时间：一周
五、起重器的结构（参见封面图）
1、6用紧定螺钉5固定在底座8上，转动手柄4时，螺杆7一面转动，一面上下移动，以举起或放下重物，托杯1直接顶住重物，不随螺杆转动。

螺杆下端安装有挡环9，以防止螺杆全部旋出螺母。

2、少螺杆与螺母、托杯与螺杆支撑面之间的摩擦与磨损，应在滑动表面之间加入润滑剂。

3、螺旋应有足够自锁性，保证重物不会自行下滑。

螺旋起重器设计计算说明书
1、数据
起重量：F=11KN 最大升距：Hmax=205mm 人工单手操作力：P=150N （附螺旋起重器机构简图2）
2.螺旋副设计
2.1选用螺旋副类型与螺杆、螺母材料 由于梯形螺纹的工艺性能好，牙根强度高，对中性好，故选用梯形螺纹较好。

螺杆采用45号钢正火，由手册查得 抗拉强度 ， 屈服强度。

.
螺母材料用铝青铜ZCuAl10Fe3（考虑人工操作，速度低）
2.2耐磨性计算 （1）确定螺纹中径d2
根据国家规定ϕ=1.2~2.5，取ϕ=1.4（梯形螺纹）；螺纹牙的工作高度h=0.5P ；查教材表2-4-9，[p ]取21Mpa
故，d 2≥[]p h FP
ϕπ =
[]p P FP
πϕ5.0 =6
310
214.114.35.01011⨯⨯⨯⨯⨯≈23.8mm （2）确定螺纹标准尺寸（列表注明螺旋尺寸参数，如直径d 、d1、d2、螺距P 等，标明螺杆代号），确定螺母高度h ，螺纹工作圈数n 。

（附螺纹副参数图
图2 螺旋起重器机构简图
P
F
3）
根据螺杆抗压强度初选螺纹的内径，根据第四强度理论求出威危险截面的应力()[]στσσ≤+=22ca 3,但对于中小尺寸的螺杆可以近似地认为σ≈0.36，所以上式可简化为()
[]στσ
σ≤+=22
ca 3=
式中A 为危险截面面积，22
14
A mm d π=
，S 为螺杆稳定性安全系数，对于载
荷较大，要求寿命长时，取S=5，固有mm
16355
14.311000
53.14SF
3.14d1s
≈⨯⨯⨯⨯=
⨯≥
πσ 式中：F---工作拉力，N;
d1---螺栓危险截面直径，mm;
[σ]---螺栓材料的许用拉应力，MPa.
上因素综合考虑，确定螺杆直径，比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果可知，确定直径的选定应与抗压强度计算的结果为准，按国家标准GB/5796.2-1886选定螺杆尺寸参数，螺杆外径d=28mm ；螺纹内径d 1=22.5mm ；螺纹中径d 2=25.5mm 。

螺母大径D 4=28.5mm,小径D 1=23mm ，中径D 2=25.5mm 。

螺纹线数n=1；螺距P=5mm.
因为选取φ=1.4，所以H=φd 2=1.4⨯22.5=31.5mm ，螺纹工作圈数计算u=P
H =4
5.31=7.875。

螺杆
d 1d
d 2
b
p
图3 螺纹副参数
现取螺母高度H=32mm ，则螺纹圈数u=8，满足要求。

3、螺旋副自锁性验算和传动效率计算
（1） 自锁性验算：自锁条件
︒
︒-≤1v ρψ
（2） 对于传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故，由
于螺杆的材料为钢，螺母的材料为铜，故钢与青铜的摩擦系数选取f=0.09，因为梯形螺纹牙型角︒=30α，所以牙侧角
︒
==
152α
β。

螺旋升角=⨯⨯==5
.2514.35
1arctan d nP arctan
2πψ
arctan0.06=3.6° 当量摩擦角/v v 19515
cos 09
.0arctan cos f arctan
arctanf ︒====︒
βρ ︒
︒-≤1v ρψ满足自锁要求。

（3） 传动效率计算：传动效率）＋（＝v tg /tg ρψψη
η=tg ψ/tg(ψ+β)= =tg3.6/tg18.6=0.19=19%
4.螺杆强度校核（附螺杆强度校核图4）
螺杆工作时承受轴向力F 和扭矩T 的作用，螺杆危险截面上既有压缩应力，又有切应力。

因此，校核螺杆强度时应根据第四强度理论，求出危险截面的
图5 螺纹牙强度校核图
应力，应力计算为
()
()
[]5
~3MPa 0.364
105.2214.311000
3.14d F 3.13.13s
2
32
122
a σσπστσ
σ=
≤≈⨯⨯⨯==
≈+=
-
故螺杆的强度合格。

5.螺纹牙强度校核（附螺纹牙强度校核图5）
螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹的强度。

由螺纹牙危险面的剪切强度条件为
[]τπτ≤=bu D F
4
[]()MPa
40~30MPa 85.1510265.01714.311000
=≤=⨯⨯⨯⨯=
ττ
螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为
[][]()a 60~40MPa 98.30825.365.05.2814.325
.255.28110006u b D Fl
6b 2
2b 24MP =≤=⨯⨯⨯⨯-⨯
⨯=≤=
σσσπσ
上式中，b —螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65P ，l — 弯曲力臂，
2D D l 24-=
5.螺杆稳定性校核（附螺杆受力图6）
(1)螺杆上升到最高位置，受压螺杆长度l 为：
2
12＋l ＋l H
l ＝
，（最大升距）max 1＝H l ，
螺杆直径）（-d d .＝l 512
l=32/2+205+1.5*28=263mm
(2)起重螺旋可视为一端固定，一端自由的压杆,取2＝μ。

螺杆的柔度值
λ
且对于优质碳素钢45号钢，螺杆的临界载荷
N
d Q s c 32
2
1101.8445.2214.3)5.8212.1304(4)12.1304(⨯=⨯⨯⨯-=-=πλ稳定性计算
5
6.71011101.8433
>=⨯⨯==F Q S c sc
故稳定性可以。

6.螺母设计
螺母材料，螺纹圈数，高度已确定,现确定螺母结构尺寸。

螺母的基本参数
螺母外径mm d D a 6.47287.1)8.1~6.1(=⨯==，Da 取48mm 螺母凸缘外径mm Da Db 2.67484.1)4.1~3.1(=⨯==，取68mm
82.5
4
/ 25.5 263
= =
=
i
l μ λ H
2
l
l 1
l 2图6 螺杆受力图
d
h 1
D b
剪切危
险剖面
T
F a
a
Da
h
压缩与扭转危险剖面
图7 螺母
⨯
2
高度
mm h h 67.1033231≈==
，取11mm
为防止螺母在底座中转动，选用1个M6的紧定螺钉，将螺母固定的底座中。

6.1螺母凸缘挤压强度校核（与底座接触的支撑面）
()[]
p D D p a
b
≤22
4
F
－＝
π
， []－p 许用挤压应力。

代入数值得p=6.04MPa ≦[p]=0.8σs = 284MPa
螺母凸缘挤压强度校核合格。

6.2螺母凸缘剪切强度校核
剪切强度校核 []τπτ≤=1h D F
a
代入数值有τ=6.6MPa ≦30~40 MPa, 所以缘剪切强度合格。

7、托杯设计
7.1托杯及结构
托杯是承受重物的零件,材料可用铸钢或Q235制造。

7.2托杯主要尺寸
托杯的主要尺寸根据经验公式确定:
()d
D 7.06.03～＝=0.5d=0.5×25=14mm;
()d D 9.17.14～＝=1.8×28=50.4mm ； ()m m 4242～－＝D D =28.5-3=25.5mm ；
()d
D 5.24.25～＝=2.5×28=70mm ；
()d B 6.14.1～＝=1.5×28=42mm ；
图8 托杯结构图
()m m 108～＝δ=10mm
7.3托杯支承面挤压强度计算
()
[]Mpa
20~15324
22 =≤p －D D π
F p ＝
代入数值有P ≈3MPa ≦[p]=15~20MPa,强度合格。

8、手柄设计计算
8.1旋动手柄的力矩
21T T T +=（附手柄受力图9）
其中：1T －螺纹副摩擦阻力矩，
()v ＋tg Fd ＝
T ρψ22
1
2T －托杯支撑面阻力矩，
)4(
3
22D D Ff T +=
代入数值得T ≈31.45N ·m
8.2手柄长度L 手柄长度
P T
L ＝
≈210mm
8.3手柄直径
一般手柄材料用Q235，取[]Mpa 120b ＝σ。

按弯曲强度计算，由于弯曲应力
[]b
33b 1.032σπσ≤p p
b d T d T W T ＝＝＝
，因此有[]3 b 1.0σT d p ≥≈
所以取d p =52mm. 9底座设计
座由灰铸铁制造（HT150，HT200），壁厚mm 86～≥δ， 下底面通常放在木板上或硬地面上，其许用压强Mpa 2][≤p ，
图9 手柄受力图图10 底座结构图
≥6～
8m m
/12
可以确定底座的底面积：
由：
()
[]Mpa
2
4
P
2
1
2
2
≤
≤p
D
D
p
－
＝
π
，可得：
[]21
2
4
D
p
P
D＋
＝
π
D1=D3+(5~10)mm=14+6=20mm 代入数值得D2≈86.1mm
参考文献
[1]孙桓，陈作模.机械原理高等教育出版社 2001.
[2]吴宗泽. 机械设计高等教育出版社 2001.
[3]陈秀宁，施高义. 机械设计课程设计浙江大学出版社 2002
[4]龚桂义等. 机械设计课程设计图册高等教育出版社 1989.5
[5]蒲良贵等，机械设计，高等教育出版社，2006第八版
[6]陈利得，高等教育出版社，2004第二版
[7]李华，机械工业出版社，2006。