清华大学机械设计课程大作业-螺旋起重器设计计算书.pdf

螺旋起重器设计 已知：螺旋起重器的最大载荷 30F kN ，最大上升距离 180h mm ，试： 1) 选择螺杆、螺母、托杯等零件的材料； 2) 计算螺杆、螺母的主要参数和其他尺寸； 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，标出有关尺寸，填写标题栏和零件明细表； 6) 绘制零件图。 受力分析： 螺旋起重器中的滑动螺旋副工作承受的主要载荷包括摩擦力矩（螺纹副旋合部分的摩擦力矩和工件与螺杆支承端面间的摩擦力矩）和作用在螺杆上的压力。 失效分析： 由于螺旋副之间存在较大的相对滑动速度，因此磨损是滑动螺旋的主要失效形式。同时，螺杆承受压力，当支承的长径比较大时，也可能会发生失稳。因此，螺旋起重器的滑动螺旋的设计准则是：根据耐磨性设计计算螺杆的直径及其他参数，同时对螺杆和螺母（主要是螺纹牙）进行强度校核。此外，螺旋起重器还应校核螺杆的稳定性及自锁性能。 设计计算： Step1： 选定螺纹类型 考虑到 螺旋起重器 工作时 会 受到双向载荷 ，故选用 矩形 螺纹， 则其牙型角0。 对整体式螺母，磨损后不能够调整， 故高径比 2.5 。 Step2：选择螺旋副的材料 考虑到螺旋传动低速、重载，螺杆选用合金钢 40Cr 调质 ，螺母选用铝青铜ZCuAl10Fe3。查表 2-39，许用压力 20p MPa （螺杆 -螺母的材料钢 -青铜，滑动速度低速），摩擦系数 0.10f （ 工作总 近似 起动过程 ）。 Step3：耐磨性设计 由 耐磨性设计准则2 FPd hp， 初始假设 0.5hP ，则 2 30000 19 .50.5 2.5 20d mm 螺纹参数 取 中径 2 21d mm ，大径 24d mm ，小径 1 18d mm 。 Step4：自锁性校核 取 螺距 6P mm 。 螺纹升角 1126ta n ta n 5 .2 021Pd ， 当量摩擦角11ta n ta n 0.10 5.71v f ， v ，满足自锁性要求。 Step5：计算螺母高度 螺母高度 2 2 .5 2 1 5 2 .5H d m m ， 圆整为整数 53H m 。 则螺杆总长1 8 0 1 8 0 5 3 2 3 3l H m m 。 Step6：计算旋合圈数 旋合圈数 53 8 .8 3 1 06HZ P ， 满足要求。 Step7： 螺纹 强度校核 螺杆载荷稳定， 由表 2-40，许用应力 500 1 6 733s M P a 。 螺杆所受的转矩 2 21t a n 3 0 0 0 0 t a n 5 . 2 0 5 . 7 1 6 0 7 1 622vdT F N m m ， 计算应力 校核 22 222 3 2 3114 4 3 0 0 0 0 6 0 7 1 63 3 1 4 8 0 . 2 1 8 0 . 2 1 8caFT M P add 。 螺母螺纹牙，由表 2-40，许用弯曲应力 50b MPa ，许用挤压应力 75p MPa ，许用剪应力 30MPa 。螺纹牙根部厚度 0.5 3b P mm，螺纹高度 0.5 3h P mm， 校核其强度 223 3 3 0 0 0 0 3 4 5 8 .8 3 2 4 3bbFh M P aZ d b 30000 1 5 8 .8 3 2 4 3F M P aZ d b 。 螺纹形状 如图 ： Step8：稳定性校核 螺杆的最大工作长度 531 8 0 1 8 0 2 0 6 .522Hl m m 。 考虑到螺杆使用最大工作长度时，其上端与载荷接触，下端与底座相连，均认为是固定连接，故取长度系数 0.5 ， 柔度 14 4 0.5 206 .5 23 6018ld 故不必进行稳定性校核。 Step9：螺纹传动其他尺寸设 计 和校核 螺母 外形 如图 ： 螺母外径 ： 按螺母抗拉强度计算，由于螺纹副中摩擦转矩的存在，将轴向载荷增大 30%， 2 2 21.3 2 2 300 00 24 42.1 504 bFFD d d m m 圆整为 44mm。 凸缘： 凸缘直径 1. 3 1. 3 42 .1 55 .9fD D m m ， 圆整为 56mm；凸缘高度53 1 7 .633f HH m m ， 圆整为 18mm。 凸缘 强度校核 （许用值见螺母 螺纹牙 的强度校核部分） 2 2 2 24 4 3 0 0 0 0 3 2 5 6 4 4ppf F M P aDD 224 3 0 0 0 0 5 6 4 4 4 1 2 6 4 4 1 8 6fbbfF D D M P aDH 30000 12 44 18fF M PaDH 螺钉孔中心线距螺母底面的距离 53 1 7 .633b HH m m 。 螺杆上部外形 如图 ： 轴颈直径 1 17.8rD mm ，高 1 9rH mm ， 手柄套高 2 36rH mm ， 直径2 44rD mm 。 凸台高度 3 12rH mm ，凸台直径 3 22rD mm 。 Step10：托杯尺寸 设计 选择托杯材料为 Q235。 其外形 如图 ： 托杯下 端面 直径 1 40cD mm ，孔直径 2 16cD mm ，上端面外径 3 60cD mm ，壁厚 8c mm ，高度 42cH mm ，圆形开口直径 4 14cD mm ，坡面斜率 1:10。托杯下端面 按抗压强度校核 2 2 2 2134 4 3 0 0 0 0 2 8 1 . 5 3 5 04 0 1 6p p bccF M P a M P aDD 。 Step11： 底座 尺寸 设计 底座 材料选择 HT250。 外形如图： 取 底面内 径 1 100pD mm ，外径 按底面抗压强度计算 2221 30000 100 151 344pp pFD D mm 取底面外径 为 160mm。 坡面斜率 1:10， 壁厚 1 10p mm ，底部厚 2 10p mm ，上端面直径 3 70pD mm ，内部 坡面 上端面直径 4 50pD mm ，顶部 高度 41pH mm 。 Step12：手柄 尺寸设计 手柄材料为 HT250。 外形如图： 由 工作时载荷平衡 33122 221t a n23 ccv DDdN L F fF 得 手柄长度 33222 1 1 4 0 1 63 0 0 0 0 t a n 5 . 2 0 5 . 7 1 0 . 1 0 3 0 0 0 0 2 0 0 5 2 62 3 4 0 1 6L m m 实际 2 445 2 6 5 2 6 5 4 822rDL m m ， 取 600L mm 。 手柄直径 332 0 0 6 0 0 1 6 .9 2 5 03 2 3 2h bFLD mm 取 18hD mm ， 则 手柄套孔直径 可取 4 20rD mm 。 球 头直径 30bd mm ，高27bh mm 。 Step13：其他计算 及讨论 螺杆上下各有螺栓和挡圈，起定位作用，保证螺杆不会脱离螺母。螺栓选取GB/T 70.1 M6 10；挡圈 材料为 45 钢，外径 30，厚 4。 螺母与底座之间的紧定螺钉选取 GB/T 71 M8 14。 螺旋传动效率 tan tan 5.20 0.472tan tan 5.20 5.71v 机械传动效率 3 0 0 0 0 6 0 .2 3 92 2 0 0 2 6 0 0m FP