1、1机械设计基础课程设计计算说明书题目 螺旋起重器设计 学院 姓名 学号 班级 时间 2机械设计基础课程设计任务书一、课程设计目的机械设计基础的课程设计是上完机械设计基础课程后的一个实践性教学环节，通过课程设计期望能达到如下几个方面的目的：1 培养综合运用课程所学知识的能力；2 了解机械设计的基本过程和方法；3 培养使用机械设计手册的能力。4 进一步巩固和强化机械制图的能力。二、课程设计的任务设计题目：螺旋起重器的设计（每位同学按学号的末位数从螺旋起重器设计指导书 P4数据表的序号中选择对应的序号，末位为 0 选 10） 。设计任务：编写设计计算说明书一份；装配图一张（3 号图纸）三、时间安排1
2、 9 号上午 布置设计任务和要求。2 9-10 号 设计计算，确定尺寸和参数。3 11-12 号 绘图。4 13 号 编写设计计算说明书。5 14-15 号 上交设计结果。四、设计要求1、独立、按时、保质保量完成设计任务；2、计算说明书格式要求统一规范（详细参照计算说明书格式说明） 。3目录一、 螺旋起重器的结构和功能4二、 螺杆和螺母材料4三、 滑动螺旋起重器的设计计算43.1 耐磨性计算43.2 自锁性校核计算53.3 螺杆强度计算63.4 螺母螺纹牙的强度计算63.5 螺母外径与凸缘的强度计算73.6 手柄设计8四、 结束语9五、 参考文献94螺旋起重器设计原始数据:起重力 F=25KN
3、,最大起重高度 H=250mm：一、 螺旋起重器的结构和功能螺旋起重器（千斤顶）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
4、。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承。二、 螺杆和螺母材料螺旋起重器采用梯形螺纹螺旋传动，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。查机械设计手册表得：屈服极限 s=360 Mpa强度极限 b=600Mpa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，可故采用强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜 ZCu
5、Al10Fe3。三、 滑动螺旋起重器的设计计算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，5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。耐磨性条件校核计算式为：p ( 1 )2phudF式中，F螺杆所受轴向载荷，/N；d2螺纹中径，/mm；h螺纹工作高度，/mm。h0.5(dD 1)，d 为螺杆大径，D 1 为螺母小径；u螺纹工作圈数，一般最大不宜超
6、过 10 圈。u ，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 0.8 （2）pF式中 螺母高度因数， H / d 2 ,一般可取 1.53.5。取 =2.0，取 p=18 MPa。d2 0.8 =pFm08.21.58.0查表，取 d2=21.50mm p=5mm d3=18.50mm d=24mm D1=19.00mm D4=24.50mmu= ，取 u=9。6.850.1PH2 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 2arctndP
7、cosartnf式中 螺纹升角；f螺旋副材料的摩擦因数，一般可取 f 0.08 0.1； 牙型半角（牙侧角） ，梯形螺纹 /215 o。取 f=0.1 n=16， 23.451arctn 32.51cos09.artnv v 成立，符合条件。3. 螺杆强度计算起重时螺杆受压和受扭，按第四强度理论计算： ca 23 2123）（）（ TWAF （4）212)4dTA（式中 A螺杆螺纹段的危险截面面积，A ，/mm 2 ;421WT 螺杆螺纹段的抗扭截面系数，W T ，/mm 3 ;613dAd1螺杆螺纹小径，mm；F 起升载荷，/N ；T1 螺杆所受扭矩，T 1 F tan( v) ，/Nmm
8、；2d 螺杆材料的许用应力，/MPa。 S/(35)，可取 S352MPa。A =421d2253.89mT1= F tan( v) =2d mN46.521.)32.5.4tan(0ca= =2123TA（ MPa.0)9.4(53.82 S/(35)，取 = S/3=352/3=117.3Mpa则 ca 所以，螺杆强度校核安全。4. 螺母螺纹牙的强度计算 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。 7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，
9、则螺纹牙危险截面 aa 上的剪切强度条件为： （5）buF螺纹牙危险截面 aa 上的弯曲强度条件为：b b （6）uDl26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 (D D2）/ 2； 螺母材料的许用切应力，/MPa；可取 3040MPa；b 螺母材料的许用弯曲应力， /MPa；可取 b4060MPa。b 0.65P =0.65 5=3.25mm = 3040MPa 取 =30MPaDuF所以， 成立，螺纹牙的剪切强度安全。l(D D2）/ 2=（24-21.50 ）/2=1.25mmb =ul6MPa16.295.340b4060M
10、Pa 取 b40MPab b成立 故螺纹牙的弯曲强度安全。5. 螺母外径与凸缘的强度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） )(43.12DF螺母凸缘的挤压强度条件为：8P P （8）)(423DF螺母凸缘根部的弯曲强度条件为：b b (9)234(5.1aWM）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应力， /MPa。可取 0.83 b；P螺母材料的许用挤压应力，/MPa。可取 （ 1.51.
11、7） b。mmdD54D2.5384.1. 38760543 取取 =)(23FMPa29.45. 2 0.83b=0.83 60=49.8Mpa所以 成立 故拉强强都安全。故 挤 压 强 度 安 全 。所 以 9065.1.762.1)384(250)(4223pbpp MPaaDFa=(0.20.3)H a=0.3H=0.28 43=12.00mm 取 a=12mmb =234(5.1aDFWM） MPa90.341238)5(0.则 b b 所以弯曲强度安全。6. 手柄设计计算操作力矩 T ：T T1 T2 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
12、。T2螺杆与托杯底面间的摩擦力矩，/Nm。 T2 (11)(3203dDFfcF 起升力，/N；f c螺杆与托杯底面间的摩擦因数，可取 f c0.1；9D0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 1.0b3hdTW可得手柄直径计算式：（12）33.bh式中 b 手柄材料的许用弯曲应力，/MPa。一般可选 Q235，其 b 125MPa。mTdLmFTMNMNdDFf mmDd mdDdbhhh 19d68.125.0481.0326.3
13、25. .481.61.4 21.36)09.37.(250.)(3.03791288 185.247.05.).06( h3321 2220320 11 取为取 故 取取四、 结束语通过这次机械设计的学习，发现作为学生，在理论学习的基础上必须要好好地结合实践来加强学习。在进行本次课程的学习过程中，发现自己存在许多不足，不能充分的做到理论和实践相结合，导致数据的错误存在，同时也提醒自己在做任何事情都要仔细认真。经过学习，对螺旋起重器的结构有了进一步的了解，同时也温习了画图课程。综上，本次学习收获不小。五、 参考文献【1】 机械设计手册编委会. 机械设计手册（第 2 卷）M， 机械工业出版社 102004 年【2】 机械设计基础，南京大学出版社 2008 年 12 月
