机械设计课程设计--螺杆起重器

1、机械设计课程设计课程名称：机械设计设计题目：设计螺杆起重器院 系：机电工程学院班 级：A09机械（2）班姓 名： 学 号： 指导教师： 浙江海洋学院课程设计题目：设计螺旋起重器螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可起升重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄、扳手等零件组成。 已知技术参数和设计要求： 1. 梯形螺纹标准 GB/T5796.1GB/T5796.41986 2. 锯齿螺纹标准 GB/T13576.1GB/T13576.41992 3. 六角螺栓标准 GB/T57802000 4. 紧钉螺钉标准 GB/T711985 工作量： 1. 设计计算说明书一份，主要保罗起重器各

2、部分尺寸的计算，强度、自锁性、稳定性校核等。 2. 形装配图一张，画出起重器的全部结构，标注出必要尺寸与零件编号，填写标题栏与明细表。 目录一、螺旋起重器的结构和功能3二、螺杆和螺母材料3三、滑动螺旋起重器的设计计算33.1耐磨性计算33.2自锁性校核计算43.3螺杆强度校核计算53.4螺母螺纹牙的强度校核计算63.5稳定性校核计算63.6螺母外径与凸缘的强度校核计算73.7手柄设计83.8底座设计9四、设计图纸11五、附表12一、 螺旋起重器的结构和功能螺旋起重器是一种人力起重的简单机械，主要用于起升重物。图示为采用滑动螺旋的起重器结构示意图。图中，螺杆7与螺母5组成螺旋副，螺母5与底座8固

3、定联接，紧定螺钉6提高了联接可靠性。托杯1直接顶住重物，当转动手柄4时，螺杆7一边转动一边上下移动，使托杯1托起重物上下移动，达到起升重物的目的。这种螺旋起重器结构简单，制造容易，易于自锁，其主要缺点是摩擦阻力大，传动效率低（一般为3040），磨损快，寿命低，传动精度低。螺旋起重器一般垂直布置，在起重时螺杆7受压，因此都做成短而粗，起升高度不宜太大。螺母5作为起升时的支承件，常做成整体结构。螺旋起重器应有可靠的自锁性能，以保证螺杆7和重物在上升下降过程中能可靠地停留在任一位置而不自行下降。螺杆一般采用梯形牙、右旋、单线螺纹。当起重量较大时，为减小摩擦阻力，操作省力，可在托杯1的下部安放一推力轴

4、承。二、 螺杆和螺母材料螺杆材料要有足够的强度和耐磨性，一般用45钢，经调质处理，硬度220250HBS。螺母材料除要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦因数小和耐磨，可用ZCuAl10Fe3、ZCuAl10Fe3Mn2等。三、 滑动螺旋起重器的设计计算3.1 耐磨性计算 滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关，其中最主要的是螺纹工作表面上的压力，压力愈大，螺旋副间愈容易形成过度磨损。因此，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作表面上的压力p，使其小于材料的许用压力p。计算时，一般假设：螺杆上的轴向载荷F作用于螺纹工作承压表面A上。耐磨性条

5、件校核计算式为： p -( 1 )式中，Q螺杆所受轴向载荷，/N； d2螺纹中径，/mm； h螺纹接触高度，/mm。h0.5(dD1)，d为螺杆大径，D1为螺母小径； Z螺纹工作圈数，一般最大不宜超过10圈。 Z ，H为螺母高度，P为螺纹螺距。 p 螺旋副材料的许用压力， MPa。可取 p 1825 MPa。对梯形螺纹，h0.5P，式（1）可演化为设计计算式：d2 ，式中 =0.5， H / d2 ,一般可取 1.22.5。 起重力Q/KN起升高度H/mm45250取=2.0, p 20 MPa d2 =26.77mm，查表附表一得公称尺寸d螺距P螺纹中径d2、 D2内螺纹大径 D4外螺纹小径

6、d3内螺纹小径 D1321027332122d2 =27， 螺母旋合高度：H=d2 =2.027=54.0mm 螺纹工作圈数：符合Z=54.0/10=5.4010，取Z=63.2 自锁性校核计算滑动螺旋起重器必须保证可靠的自锁性，自锁的条件为： v (3)， v arctan式中 螺纹升角； f螺旋副材料的摩擦因数，一般可取 f 0.080.1； 牙型半角（牙侧角），梯形螺纹/215o。取f=0.1 ， n=1 ， =arctan(110/3.1427)= 6.730v arctan=arctan(0.1/cos15)=5.910.符合v ，满足自锁条件。 3.3 螺杆强度校核计算起重时螺杆受

7、压和受扭，按第四强度理论计算： ca （4）式中 A螺杆螺纹段的危险截面面积，A，/mm2 ; WT 螺杆螺纹段的抗扭截面系数，WT ，/mm3 ; d1螺杆螺纹小径，mm；d1= 21mm Q 起升载荷，/N； T1 螺杆所受扭矩，T1 Q tan( v)，/Nmm； 螺杆材料的许用应力，/MPa。 S/(35)，可取S352MA=3.14212 /4= 346.19mm2T1 Q tan( v ) =45000tan(6.730+5.910) 27/2=38490.9 Nmmca=76.04MPa因为S取352M, S/(35)，安全系数取4，有 S/4=88.00MPa符合ca ，满足强

8、度要求。3.4 螺母螺纹牙的强度校核计算 螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，因此，需进行螺纹牙剪切强度和挤压强度计算。 如图所示，如将一圈螺纹牙沿螺母的大径D展开，则可看作宽度为D的悬臂梁。螺母每圈螺纹所受的平均压力为F / u，并作用在以螺纹中径D2为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面aa上的剪切强度条件为： （5）螺纹牙危险截面aa上的弯曲强度条件为： b b （6）式中 b螺纹牙根部的厚度，/mm。b 0.65P，P为螺纹螺距，/mm; l弯曲力臂，/mm。l(DD2）/ 2； 螺母材料的许用切应力，/MPa；可取40MPa；b 螺母材料的许用弯曲应力，/MPa；可取b4060MPa。b =0.6

9、5p=0.6510=6.5 , D2=27mm，Dd l(DD2）/ 2=（32-27）/2=2.25mm =45000/(3.14326.56)=11.48MPa , 符合 。 b=6450002.25/(3.14326.526)=23.85MPa, 符合b b ，满足强度要求。3.5 稳定性校核计算 螺杆受压不失稳的条件为： Q为螺杆承受的轴向压力，N；为保证螺杆不失稳的最小安全系数，此处=2.54.0，取=2.5； 为螺杆失稳时的临界载荷，N；临界载荷与螺杆柔度有关，即 =，其中i=22/4=5.5 l=H/2+L+d=27+250+32=309mm 螺旋千斤顶一段固定，一段自由，=2

10、则=2341/5.5=12440，要进行稳定性校核 100,则=，E为螺杆材料的弹性模量，钢螺杆E=2.06MPaI为螺杆危险截面的惯性矩，I=（N）带入数据得：=132.38KN则=2.9,满足稳定性条件3.6 螺母外径与凸缘的强度校核计算螺母结构如图所示，在起重载荷F作用下，螺母下段悬置部分有拉伸应力，螺母凸缘与底座的接触面上会产生挤压压力，凸缘根部则有弯曲及剪切应力。它们的强度条件计算式分别为： 螺母下段悬置部分的抗拉强度条件为： （7） 螺母凸缘的挤压强度条件为：P P （8）螺母凸缘根部的弯曲强度条件为：bb (9)螺母凸缘根部的剪断很少发生，强度计算可从略。式中 螺母材料的许用拉伸

11、应力，/MPa。可取0.83b；P螺母材料的许用挤压应力，/MPa。可取（1.51.7）b取D3=1.5d=48mm , D4=1.4D3 =67.2mm ,a=0.3H=16.2mm=41.345000/(3.14(482-322)=48.22MPa因为0.86b=0.8360=49.8MPa所以符合 P=45000/3.144(67.22-482)=46.08MPa a因为（1.51.7）b=1.560=90.0MPa所以符合P Pb=1.545000（50.4-36）/(3.143612.92)=51.67MPa符合bb。满足强度要求。3.7 手柄设计计算操作力矩T ： T T1 T2

12、Fh Lh （10）式中 T1 螺旋副螺纹牙间的摩擦力矩，即螺杆所受扭矩，/Nm。 T2螺杆与托杯底面间的摩擦力矩，/Nm。 T2 (11) Q 起升力，/N；f c螺杆与托杯底面间的摩擦因数，可取f c0.1； D0螺杆与托杯底面接触环面的外径，/m；d0螺杆与托杯底面接触环面的内径，/m；Fh扳动手柄的操作力，/N。一般可取Fh 250 N；Lh手柄的长度，/m。计算手柄弯曲强度由手柄弯曲强度条件 b 可得手柄直径计算式： （12）式中b 手柄材料的许用弯曲应力,MPa。一般可选Q235，其b 125MPa。取D0=1.8d=57.6mm , do=0.8d=25.6mmT2=0.1450

13、003(57.63-25.63)(57.62-25.62)=98.22N.mT1=38.5N.m , T= T1+ T2=32.5+98.22=130.72N.m因为T= Fh Lh 所以Lh=T/ Fh=285.3mm.因为 ，其中b 125MPa所以=20.43mm，取dh=21mm手柄选 Q215,则摩擦系数 f=0.123.8 底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200），铸件的壁厚不应小于，取为，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成110的斜度。S=1.3 =1.610=16mmH=L+(1428)mm=250+20=270mmD=67.2mmD=128mmD

14、4=1.4D=1.4128=179.2mmD= D+(510)mm=67.2+8=75.2mmD= D+ H/5=75.2+270/5=129.5mmD=1.4 D=181.3mmD =(1.61.8)d=(1.61.8)32=51.257.6mm 取D=56mmD1 =(0.60.8)d=(0.60.8)32=19.225.6mm 取D1=25mmDT =(2.02.5)d=(2.02.5)32=6480mm 取DT =78mmh =(0.81.0)D =(0.81.0)56=44.856mm 取h =55mmh2=(0.60.8)D1 =(0.60.8)25=1520mm 取h2=20mm

15、t=46mm 取t=5mm ； l=810mm 取l=10mma=68mm 取a=8mm底面外圆直径 D外圆=D-2=56-2=54mm底面孔径 D外圆=D1+2=56+2=58mm底面孔径 D孔=D1+2=25+2=27mm所以托杯选铸铁固定托盘用的挡圈内径8mm，外径26mm，厚5mm；螺钉。螺杆底部挡圈内径8mm，外径34mm，厚5mm；螺钉 。紧定螺钉 GB/T71-1985 M820。其余铸造圆角，取R=2mm。四、设计图纸五、附表梯形螺纹的基本尺寸 /mm公称尺寸d螺距P螺纹中径d2、 D2内螺纹大径 D4外螺纹小径d3内螺纹小径 D1101.529.2509.00010.30010.5008.2007.5008.5008.000122311.00010.50012.50012.5009.5008.50010.0009.000162415.00014.00016.50016.50013.50011.50014.00012.000202419.00018.00020.50020.50017.50015.5001