1、0重庆大学重庆大学螺旋起重器设计计算说明书螺旋起重器设计计算说明书题目: 螺旋起重器 学院: 机械工程学院 班级: 机自 04 班 姓名: 王正 学号: 20122266 1题目:设计螺旋起重器设计原始数据：起重量 , 最大起重高度 L=200mm。30FkN工作内容：1、详细设计计算（参考 8.1.5 节） ；2、完成全部零件的 3 维实体建模和装配；3、绘制装配图一张。2目录第一章 螺杆的设计与计算 31-1 螺杆螺纹类型的选择 31-2 选取螺杆材料 31-3 确定螺杆直径 31-4 自锁验算 41-5 结构 41-6 螺杆强度校核 51-7 稳定性计算 5第二章 螺母设计与计算 72-
2、1 选取螺母材料 72-2 确定螺母高度 H 及螺纹工作圈数 u82-3 校核螺纹牙强度 82-4 安装要求 9第三章 托杯的设计与计算 93-1 托杯的尺寸计算 9第四章 手柄设计与计算 104-1 手柄材料 .104-2 手柄长度 .11pL4-3 手柄直径 .11d第五章 底座设计 .125-1 底座设计与计算 123第一章 螺杆的设计与计算1-1 螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角 ，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不30易松动。矩形螺纹牙根强度低，锯齿形螺纹牙型不为等腰梯形，加工成本高。从实用性考虑，故选梯形螺纹，它的基本牙型按
3、GB5796.386 的规定。1-2 选取螺杆材料考虑到千斤顶转速较低，单个作用面受力不大，螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55 等。此处选最常用的 45 钢。1-3 确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径 。求出 后，按标准选取相应公称直径 、螺距2d2 dP 及其它尺寸。根据规定，对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取 =1.22.5，此处 。螺杆螺母材料分别为2钢青铜，滑动速度为低速，得许用应力 为 1825MPa。取 。p20pMPa摩擦系数起动时取大值，校核是为安全起见，应以起动时为准，由 值f，应取 。0.8.1:0.1f代入
4、3FkN2382.9120kd mpMPa得 21.9m查机械设计课程设计表 14-2，根据梯形螺纹的标准 GB5796.386，取螺纹公称直径 d=28mm，螺距为 5.0P4其它尺寸：螺杆小径： =22.5mm，螺杆螺母中径： = =25.5mm3 22螺母大径： =28.5mm，螺母小径： =23mm4 3螺母高度：H= =2 25.5=51mm。2 1-4 自锁验算自锁条件是 ，式中： 为螺纹中径处升角； 为当量摩擦角（当量摩擦vv角 ，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小 ） 。arctnosvf 1rtarctnv vff查机械设计教材表 5-12， 得 = 0.10 (
5、取启动时计算用的最大值)f= = = =3.57 2 2 153.1425.50.1arctnarctn.9osos5vf故， =3.87 1=4.91v所以自锁性可以保证。1-5 结构 如右图一: 螺杆上端用于支承托杯 10 并在其中插装手柄 7，因此需要加大直径。手柄孔径 的大小根据手柄直径 决定，kdpd。为了便于切制螺纹，螺纹0.5pm上端应设有退刀槽。退刀槽的直径 应比螺4杆小径 约小 0.20.5mm，3d5= 0.5mm=22.5mm0.5mm=22mm。退刀槽的宽度可取为 。为了便43 1.5P于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于 的圆柱体。为了防止3d工作时螺杆从螺母
6、中脱出，在螺杆下端必须安置挡圈(GB892-86)，挡圈用紧定螺钉固定在螺杆端部。其中：退刀槽宽度为 1.57.Pm=(1.71.9)d=1.8 28=50.4mm50mm13 （1.41.6）d=1.5d=42mm螺栓外径为：0.25d=0.25 28=7mm（此处设计所用数据为后面校核后的数据）1-6 螺杆强度校核对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。得 222 33430.ca FTdd 其中扭矩T=Ftan（ + ） =30 tan（3.57+5.91） =63.87N.mv22 103 25.52 310式中： 为螺纹中径处升角， 为当量摩擦角。v查手册，45 钢的 ，教
7、材表 5-13，安全系数 35，取 3。35sMpa，故，128.3s =128.33MPa=75.73满足要求。1-7 稳定性计算细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验6算螺杆的稳定性。2.5 4螺杆的临界载荷 与柔度 有关， ， 为螺杆的长度系数，与螺crFssli杆的端部结构有关， 为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取 l， i 为螺杆危险截面的惯性半径，危险截面面积 ，(1.46)2HlLd 214dA则(I 为螺杆危险截面的轴惯性矩)41dAi当螺杆的柔度 时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确40s定。 1-7-1 计算柔度（1）计算螺杆
8、危险截面的轴惯性矩 I 和 iI= = =12.5743643.14（ 22.5103） 464 1094i= = =34 m10625.105.233（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度 ll=H/2+L+（1.82）d=51/2+200+2X28=267.5mm(3) 计算柔度查教材， 取 2(一端固定，一端自由)/i=95.1190ls所以需要校核。1-7-2 稳定性计算（1） 计算临界载荷 crF7= = =90.93KN2()23.14221010912.57109（ 2267.5103） 2 (2) 稳定性计算= =3.031 处于 2.54.0 之间 90.9330所以，稳定
9、性满足要求。1-7-3 挡圈参数选择底端挡圈： 1根据 GB/T892-1986 45,由 d=28mm，得， ， ， ， ，235Dm25H210Lm26.d123.dm21c，螺栓 GB5783（推荐） ，圆柱销 GB119（推荐） ，垫圈6MAGB93（推荐） 。顶端挡圈： 2根据 GB/T892-1986 45,由 ，得18.2Dm， ， ， ， ，38Dm34H375L3.5d132.dm， 。螺栓 GB5783（推荐） ，圆柱销 GB119（推荐）0.5c 6M，垫圈 GB93（推荐） 。21A第二章 螺母设计与计算2-1 选取螺母材料8螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可
10、采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。此处选青铜 。10ZCuSnPl2-2 确定螺母高度 及螺纹工作圈数Hu螺母高度 H=51mm，螺纹工作圈数 u=H/P=51/5=10.2，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数（ 应圆整)。考虑到螺纹圈数 越多，载荷分布越不均，故 不1.5uu uu宜大于 10。2-2-1 求螺母高度 HH=51mm2-2-2 螺纹工作圈数 uu=10.2=u+1.5=12.1u应圆整, 取 12。u2-2-3 螺母实际高度 H= P=12 5=60mmH2-3 校核螺纹牙强度一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。螺母的其它尺寸见图。必要时还应对螺母外径
11、 D3进行强度验算。2.3.1 螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：螺纹牙危险截面的剪切强度条件为 ；buF螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为 bDl26（b螺纹牙根的厚度，且 ；D螺母的螺纹大径；0.5bP弯曲力, ）l 2Dl查表， （梯形螺纹） ，0.65P.h取 , 取34Mpab406Mpa9故， 30110.83.427.65FMPaDbu 32 263.5.1(0.)1bl 皆满足要求。2-4 安装要求见图 1-2 螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用 或 等配合。78rHn为了安装简便，需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。为了更可靠地防止螺母
12、转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为 612mm。2-4-1 螺母的相关尺寸已得：D=d+1=28+1=29mm内螺纹小径 D1=23mmD3=1.5d=1.5 28=42mmD4=1.4D3=1.4 42=58.859mm=60mmHa=（0.20.3） =0.25 60=15mm第三章 托杯的设计与计算3-1 托杯的尺寸计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用 Q235 钢模锻制成，取材料为Q235。其结构尺寸见右图。为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。当螺杆转动时，托杯
13、和重物都不作相对转动。因此在起重时，托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。10pFp4)D(21式中： 许用压强，应取托杯与螺杆材料 的小者。 pQ235: ；25pMa杯45 钢： ，取 。70p杆 杯D10=(2.42.5)d=2.5 28=70mmD11=(0.60.8)d=0.7 28=19.6mm20mmD13=(1.71.9)d=1.8 28=50.4mm50mmD12=D13（24 ）=50.43=47.4mm47mmh1=（1.82）d=2 28=56mm故 21()4FppP=20.52MPaP托杯厚度 =
14、8 12mm，此处取 ；10m杯底厚度为 ；沟纹宽度为 ；1.3.51沟纹深度为 ；托杯高度为 1.8d=1.8 28=50.4mm50mm 。52为保证托杯可以转动，螺杆顶端的垫片与托杯底部留有间隙，间隙值为34mm，因承受力不大，故取值为 。3m第四章 手柄设计与计算4-1 手柄材料常用 Q235 和 Q215。选择 Q235。4-2 手柄长度 pL板动手柄的力矩： 12PKT则 12pT式中： K加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为 150250N，11工作时间较长时为 100150N。考虑一般为间歇工作，工作时间较长机会不多，故取为 200N。螺旋副间的摩擦阻力矩，1T2tan(
15、)vdF=30 tan（3.57+5.91） =63.87N.m1T103 25.52 310托杯与轴端支承面的摩擦力矩， 2。( 查手册取 0.06)12()/4DfFfT2=(47.4+19.6) 10-3 0.06 30 103/4=30.15Nm则 = = =470.1mm1+2 63.87+30.15200手柄计算长度 是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手pL柄实际长度还应加上 +（50150）mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手132柄上另加套管。因此，手柄实际长度 = + +100=595.3mm595mm50.424-3 手柄直径 pd把手
16、柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径 ，其强度条件为 pdFpdKL3F1.0故 =21.49mm30.1 F取pd2m式中： 手柄材料许用弯曲应力，F当手柄材料为 Q235 时， 。120FMpa第五章 底座设计5-1 底座设计与计算底座材料常用铸铁 HT150 及 HT200，选用12HT150。铸件的壁厚 不应小于 812mm，取 。为了增加底座的稳定性，10m底部尺寸应大些，因此将其外形制成 110 的斜度。底座结构及尺寸如图S=(11.5) =1.2 10=12mmH1=L+(1428)mm=200+20=220mmH-a=60-15=45mmD3=43mmD5=D3+2 +4mm=43+20+4=67mmD6=D3+4mm=43+4=47mmD7=0.1H1S（ Ha ） 2+D6+2 =99.6mm100mmD8=1.4D7=1.4 99.6=139.44mm139mm
