1、- 0 -哈尔滨工业大学机械设计作业设计说明书题 目:螺 旋 起 重 器院 系：能源科学与工程学院班 号： 学 号： 姓 名： - 1 -哈尔滨工业大学机械设计任务书1. 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、手柄或板手等零件组成。2. 已知条件：表 3.1 螺旋起重器的示意图及已知数据题号 起重器 /QFkN最大起重高度 /Hm3.1.1 30 1803.1.2 40 2003.1.3 50 1500F3.设计要求：（1） 绘制装配图一张，画出起重器的全比结构，按照比例装配图要求标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏、编写技
2、术要求。（2） 撰写设计说明书一份，主要包括起重器各部分尺寸的计算，对螺杆和螺母螺纹牙强度、螺纹副自锁性、螺杆的稳定性的校核等。- 2 -目录一、设计题目-3二、螺母、螺杆选材-3三、螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算-33.2 螺杆强度校核-43.3 螺纹牙强度校核-43.4 螺纹副自锁条件校核-53.5 螺杆稳定性校核-5四、螺母外径及凸缘设计-6五、手柄设计-6六、底座设计-7七、托杯及其他参数-8八、设计示意图- - - 9- 3 -九、参考资料-10一、 设计题目设计起重重量 FQ=40 000N， 最大起重高度 H=200mm 的螺旋起重器。二、 选择螺杆、螺母的材料由于螺杆承受
3、载荷较大，而且是小截面，故可选用 45 钢调质处理。查参考文献2表 10.2 得抗拉强度 ， 。60bMpa35spa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（考虑速度低） 。103ZCuAFe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 ，由参考文献1查表 5.8103ZCuAFe得螺母材料的 ,从表 5.8 的注释中可以查得，人力驱动时p的MPap2518值可加大 20%，则p=21.630Mpa,取p=25Mpa。按耐磨性条件设计螺纹中径，选用梯形螺纹，则 。由参考文献 1
4、查得，对于整体式螺母系2 20.Fdp数 ，取 。则1.52400.8.2.65dmp式中 F轴向载荷，N ；- 4 -螺纹中径，mm;2dp材料的许用压强，MPa; HdH螺母旋合高度，mm;d公称直径：查参考文献3表 11.5 取公称直径 ，螺距 ,中径d=32mm P=3mm, 小径 ,内螺纹大径 。d2=30.5mmd3(d1)=28.5mm D4=32.5mm3.2 螺杆强度校核千斤顶螺杆受轴向力 F 和扭转力矩 的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的1T摩擦转矩 。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为1T2213346()()Qed式中： 螺杆所受的轴向载荷，N；QF螺杆螺纹的小径
5、，mm；3d螺杆所受转矩，Nmm； ， 为螺纹1T 2)tan(1dFTQ升角， =2=1330.5=1.7933螺杆材料的许用应力，MPa;查找参考文献1表 5.10 得对青铜的当量摩擦因数 ，取0.8.1f，螺纹副当量摩擦角 。把已知的值0.9f arctnrta.95427f带入 的计算公式中，则得1T1=40 00030.52tan(1.7933+5.1427)=74207= (440 00028.52)2+3(167420728.53)2=68.78- 5 -由参考文献1表 5.9 可以查得螺杆的材料许用应力， ， ，取 .35s3sMpa718pa=95显然， ，螺杆满足强度条件。
6、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： 4bDZFQ式中: 轴向载荷， N；D4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=0.653mm=1.95mm。代入数据计算= 40 0001032.51.95=20.1查参考文献1表 5.9 螺母材料的许用剪应力 ，显然 。304MPa螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为： 324bQbDZlF式中： 弯曲力臂， ；l 2391dl m其它参数同上。代入数据计算234015.01.9b M
7、Pa查参考文献1表 5.9 得螺母材料许用弯曲应力 。显然，460bpa，即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。b3.4 螺纹副自锁条件校核- 6 -由螺纹副自锁条件 1.793,arctn5.1427,f因此 所以满足螺纹副自锁条件要求。式中： 螺纹螺旋升角（） ，2arctnpd当量摩擦角();螺纹线数，n=1;n螺纹导程(mm);p螺纹中径(mm);2d当量摩擦系数,查机械设计表 5.10，得 =0.080.10,取f f=0.09;3.5 螺杆的稳定性校核螺杆的柔度值 14lid式中： 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l120hHl螺 母 退 刀 槽其中： 螺母高度(mm
8、)， ；螺 母 30HZPm螺 母符号参见参考文献1图 3.1；1h螺杆与手柄座相接处额尺寸，查手册知， =9mm。退 刀 槽l 退 刀 槽l假设手柄直径为 d1=20mm,由尺寸经验公式 ，取11h.82d3640h1=38mm,则L=(200+15+38+9)=262mm长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则可取 =2； d1螺纹小径，d 1=25mm。- 7 -代入数据计算则螺杆的柔度 42673.54908.对于 45#调制钢，当 时，螺杆稳定的临界载荷 Fc 为：9041235721.cdFN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，
9、螺母外径 ；2D1.5d3248m螺母凸缘外径 ;故D3 1.4D2=1.448=67.2mmD3=67mm；螺母凸缘厚 ，b0.H0.36128m取 。16m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 和托杯支撑面间的摩1T擦力矩 。设加在手柄上的力 F=200N，手柄长度为 L，则有 。对2T 12F T于 ，有1和 740Nm 212332 )()4(3DfFT公式中的符号见参考书1图 3.2 和图 3.3。根据经验公式， mm,取 D=55mm;(.68)(.68)351.27.6dmm，取 。1(0.68)03219.DdDm托杯材料选择铸铁，手柄选择 Q215，摩擦
10、因数 f=0.12,则331222(4)()563DfFTN 3572450c- 8 -那么手柄长度 ，取 =300mm,加套筒长127409532684TLmF1L600mm。设手柄所受最大弯曲应力为 ，查参考文献2表 10.1, ， 。205sMPa则手柄直径 d1 应满足 ，查参考文献3,得 ，则3Fl0.1b手 柄 .1sb,取 =110MPa。02.536.7MPabb带入数值计算得： 33Fl2061.24.90.1.bdm手 柄取手柄直径 d1=26mm。六、 底座设计螺杆下落至底面，再留 2030mm 的空间，底座铸造起模斜度 1:10，壁厚。由经验公式， ，,取 S=20mm
11、。各符号见m10S1.520m参考书1图 3.2 和图 3.3。D5 由结构设计确定，D 5=104mm。45.1.046结构确定后校核下底面的挤压应力： 2245 4.85MPa()(10)pF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 时，3m0b。(0.45)(0.45)8(24)pb Pa显然， ，下表面强度满足设计要求。p上表面校核： ，查参考1 22303.1(6748)()4bFMPaAD文献4 表 10.3，得 b=100MPa, ,因此.5pb:1bp故上表面满足强度要求。七、 托杯的设计 - 9 -据结构尺寸经验公式 T
12、1 12 23(2.05)6480,D=80m=1.27.9.,;(0.8)45,0;61265,;(TDdmhhaattd取 ；取 5；取取 取取取 30.5.)M6,;269,8;DmdmbHb但 不 小 于 可 取可 取八、 设计示意图：- 10 - 11 -九、参考资料1张丰，宋宝玉. 机械设计大作业指导书. 北京：高等教育出版社，2009.102宋宝玉.机械设计课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，20063王黎钦，陈铁鸣.机械设计.5 版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.14于慧力，张春宜.机械设计课程设计. 北京：科学出版社，20075刘莹，吴宗泽.机械设计教程.2 版.北京：机械工业出版社，2007.96金铃，刘玉光，李立群.画法几何及机械制图. 哈尔滨：黑龙江人民出版社，2003.7
