1、21 螺杆的设计与计算给定数据 Q=20KN（轴向力） ，H=200mm（起重高度）,P=200N( 手柄操作力）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。1.2 选取螺杆材料螺杆材料常用 Q235、Q275、40、45、55 等。选 45 钢。1.3 确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径 d2。求出 d2 后，按标准选取相应公称直径 d、螺距 p 及其它尺寸。d2 /8.0PQ根据国家规定 =1.22.5，取 =2.0（梯形螺纹）；h=0.5p；，p取 20Mpa故，d 2 /8.0P17.9mm查机械设计手册，基本尺寸优选第一尺寸系列，考虑到螺杆的稳定性，公称直
2、径 d 取 28mm。则螺距 p=5mm， 外螺纹小径 d1=22.5mm，中经 d2=25.5mm螺母高度 H =d2=51mm,螺母的螺纹工作圈数 =H /p 101.4 自锁验算自锁条件是 v。式中： 为螺纹中径处升角； v 为当量摩擦角（=arctan，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小 1。）查教材表， fV 取 0.09。= arctan(n p / d2)=arctan（1 5/3.14 25.5）=3.57选梯形螺纹 45 钢Q-轴向力P-材料许用压力 Mpa h-螺纹牙的工作高度P-螺距取 d=28mmd1=22.5mmd2=25.5mmp=5mmH =51mm=
3、103fV=arctan=arctan=5.32故， =3.517mm51.7 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算螺杆的稳定性。安全系数范围Fcr / F 3.5 5螺杆的临界载荷 Fcr 与柔度 s 有关， s= l/i，强度合格为螺杆的长度系数取 =2， 强度合格与螺杆的端部结构有关，l 为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取 LH+H /2+1.5d=267.5mm，i 为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积 A=d12/4，则(I 为螺杆危险截面的轴惯性矩)4Ai查教材公式 5-51，E 取 206GPas= l/i=95.1 （1）
4、计算临界载荷因为 MpaB60，Q c=（304-1.12 s）d1d1/2=86.075KN (2) 稳定性计算Q c/Q =4.3稳定性合格。2. 螺母设计与计算2.1 选取螺母材料螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。选青铜2.2 螺母的基本参数确定螺母高度 H及螺纹工作圈数 u强度合格l-螺杆的工作长度（mm ）=2d1-螺杆小径稳定性合格6螺母高度 H= d2=51mm， 螺纹工作圈数， 纹圈pHu数。纹圈数 u 越多，载荷分布越不均，故 u 不宜大于 10，否则应改选螺母材料或加大 d。2.4 校核螺纹牙强度一般螺母的材料强度低于螺
5、杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。必要时还应对螺母外径 D4 进行强度验算。2.4.1 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： = ； bQlb2/6DbuF查表，b=0.65p=3.25mm，D=28.5mm ， =10，计算结果得：=6.88Mpa， =19Mpa，取 30-40Mpa, 取 40-60Mpab可见，螺母螺纹牙强度合格。2.5 安装要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用或 等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图78rHn13）和底座孔上端（图 17）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图 11），紧定螺钉直径常根据举重
6、量选取，一般为 612mm。2.4.1 螺母的相关尺寸计算查手册 D=28.5mm内螺纹小径 D1=23mmD3= (1.61.8)D=1.728.5=48.45mmu=10选青铜-剪切强度 （Mpa） b-弯曲强度（M pa）D-内螺纹大径b-螺纹牙根部的厚度l-螺纹牙受力弯曲力臂l=（D-D2 ）/27取 48mmD4= (1.31.4)D3=1.348=62.4mm取 62mm H=51mm 图 13a=H/3=17mm3. 托杯的设计与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，其结构尺寸见图 14。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
7、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。p 4)D(21Fp中：p 许用压强，应取托杯与螺杆材料 p的小者。D10=(2.42.5)d=2.45 28=68.6mm 取 68mmD11=(0.60.7）d=0.65 28=18.2mm 取 18mmD13=(1.71.9)d=1.8 28=50.4；取 50mmD12=D13-（24）mm=47mm螺母轻度合格8图 14故 4)D(21Fp p=19.9MPa
8、pp=（ 1520Mpa）所以接触面间比压强度合格4. 手柄设计与计算4.1 手柄材料常用 Q235 和 Q215。选取 Q235。4.2 手柄长度 Lp板动手柄的力矩：T=T1+T2,pLp=T1+T2 L p=T/P ，式中：P加于手柄上一个工人的臂力由给定值为200NT1螺旋副间的摩擦阻力矩，=20103tan(5.32+3.57) =40.4N.m31025.T2托杯与轴端支承面的摩擦力矩， 托杯材料Q2359T2 =Q f c（D12-D11）/4 (fc 查手册取 0.11）=15.95N.m，D12=47mm，D11=18mm则 L p=（T1+T2)/p=(40.4+15.95
9、)/200=0.28m 取 0.3m因此，手柄实际长度 L p=0.3m+100mm+D2/2=450mm4.3 手柄直径 dp把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径 dp，其强度条件 31.0bT=16.7mmdp 取 20mm式中： F手柄材料许用弯曲应力，相关尺寸如图 1-6： 5. 底座设计底座材料常用铸铁（HT150 及 HT200），铸件的壁厚 不应小于 812mm，取 10mm。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。底座结构及尺寸如图 16图中 H1=H+（1428）mm =200+20=220mma=513=17mmD6=D3+（5 10
10、）mm =48+6=54mmD7=98mmD8=149.5 取 150mm27pD 4F式中： p底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取 p=2MPa。Error! No bookmark name given.f托杯强度合格手柄选择 Q23510=0.3mpL实际长度=450mmpLdp=20mm116 螺旋千 斤顶的效率PlpQ2=26.5%7 参考文献1濮良贵 纪明刚.机械设计.西北工业大学机械原理及机械零件教研室，高等教育出版社,2006.52西北工业大学工程制图教研室，画法几何及机械制图 陕西科学技术出版社；，1999.23成大先.机械设计手册-连接与紧固.化学工业出版社,2004.14孙恒 陈作模 葛文杰.机械原理. 西北工业大学机械原理及机械零件教研室.高等教育出版社。2006.5121314
