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1、螺旋起重器设计说明书 1 / 10 目录目录 一、设计题目 . 2 二、设计参数 . 2 三、设计要求 . 3 四、螺杆、螺母的设计 3 4.1、材料选择 3 4.2、耐磨性计算 4 4.3、螺杆的强度校核 . 5 4.4、螺纹的强度校核 . 6 4.5、自锁条件校核 . 6 4.6、螺杆的稳定性校核 . 7 五、手柄设计 . 8 5.1、材料选择 8 5.2、手柄长度计算 . 8 5.3、手柄直径计算 . 9 六、结构设计（装配图）及注意事项 9 七、螺旋起重器装备图（A3） 9 八、参考文献 . 10 螺旋起重器设计说明书 2 / 10 一、设计一、设计题目题目 螺旋起重器：螺旋起重器是一
2、种简 单的起重装置，利用螺杆和螺母组成的 螺旋副来实现传动，将回转运动转变为 直线运动，并传递运动和动力，从而实 现将一定重量的物体提升一定的高度 的功能。它一般由底座、螺杆、螺母、 托杯、手柄、扳手等零件组成。如右图 所示： 二、二、设计设计参数参数 最大起重量 Q/kN 20 最大升举高度 L/mm 150 螺纹参数 用梯形螺纹、单线 GB5796-86 螺杆材料 Q235 或 45 螺母材料 铸铁或青铜 螺旋起重器设计说明书 3 / 10 三三、设计要求、设计要求 1、设计螺杆要求校核耐磨性、自锁性；校核螺纹工作圈数、螺杆强 度和稳定性 2、设计螺母要求校核螺母螺纹牙强度 3、机构应具有
3、良好的传力性能 4、绘制系统装配图，画 A3 装配图一张 四四、螺杆螺杆、螺母螺母的设计的设计 4 4.1 .1、材料选择材料选择 螺杆有两种材料可选。Q235 属于低碳钢，其塑性较高，但强度 较低，适合于拉伸、压延加工，如制作型材、板材等；45 号钢属于 中碳钢，可进行淬火处理，其热处理后强度和硬度高，故适合于制作 机械零件，用于要求受力大及耐磨性好的场合。经分析宜选用 45 号 钢作为螺杆材料， s 选取 355MPa。 在选择螺母的材料时，需考虑材料的耐磨性。在其他条件同等的 情况下， 钢对青铜螺旋传动副的许用压强 P 更大， 可达 18MPa25MPa， 耐磨性更好，为提高螺旋起重器的
4、耐磨性，选取青铜为螺母材料，传 动副许用压强取p=18MPa。 螺旋起重器设计说明书 4 / 10 4 4.2 .2、耐磨、耐磨性计算性计算 因计算耐磨性需设计螺杆、螺母两个零件的摩擦作用，为提高耐 磨性，选取青铜为螺母材料，则螺旋传动副的许用压强 为 18MPa25MPa，取p=18MPa。 为了防止出现过度磨损，保证螺旋传动有一定的工作寿命，必须 限制螺纹工作表面的压强 p 使之不超过螺旋传动副所用额、 的许用压 强p。即 22 QQP pp d hZd hH （MPa） 式中：Q 为轴向载荷；d2为螺纹中径；H 为螺母高度；P 为螺距；h 为 螺纹接触高度；Z 为旋合长度内螺纹工作圈数，
5、Z=H/P;p为螺旋传 动副的许用压强。 引入系数 2 H d 、 h P ，代入得 2 Q d p （mm） 取=2，因螺纹参数是梯形螺纹，取=0.5，计算的得螺杆螺纹 中径 d218.81mm。 查 GB/T57961986 取外螺纹公称直径 d=22mm,螺距 P=5mm， 小径 d3=16.5mm， 中径d2=D2=19.5mm， 内螺纹大径D4=22.5mm， 中径D2=19.5mm， 小径 D1=17mm，且有 2 2 19.539Hdmmmm ，即螺母高度 39mm。螺 母螺纹圈数 Z=H/P=39mm/5mm=7.8，满足 Z10,符合螺纹圈数要求。 螺旋起重器设计说明书 5
6、/ 10 4.34.3、螺杆螺杆的的强度强度校核校核 螺杆工作时承受轴向力 Q，又承受扭矩 T 的作用，使得螺杆危险 截面上有正应力又有剪切应力。 按照第四强度理论求出危险截面上的 当量应力 c 应小于等于许用应力 。即 22 22 22 11 33 416 c QT dd （MPa） Q 为轴向载荷；T 为螺杆承受截面载荷一段上的最大扭矩；d1为螺杆 螺纹小径； 为螺杆材料的许用应力， = s /s，s 为安全系数， 取 s=3， s =355MPa，则 =118.33MPa。 其中 2 tan() 2 V d TQ V 为 当 量 摩 擦 角 ， a r c t a n c o s V f
7、 , 根 据 资 料 得 钢 对 青 铜 f=0.10.15，取 f=0.1。 为牙侧角， 15 2 ， 算得 V 5.91 为螺纹升角， 222 arctanarctanarctan4.66 snpp ddd 算得 T=36388Nmm。 进而得到 117.71 c MPa ，满足螺杆的强度条件。 螺旋起重器设计说明书 6 / 10 4 4.4 .4、螺纹的强度校核螺纹的强度校核 由于螺杆材料强度一般远大于螺母 材料强度，因此，只需校核 螺母螺纹的牙根强度。螺母螺纹根部的剪切强度计算式为 QQ DbZdbZ （MPa） 其中，b 为螺纹牙根部梯度，对于梯形螺纹 b=0.65P； 为螺母 材料
8、的许用剪切应力，对于青铜螺母 =3050MPa；D 为螺母大径；d 为螺杆大径。 代 入Q=20KN,d=22mm,b=0.655mm=3.25mm ， Z=7.8 ， 得 =11.4MPa ，满足强度条件。 螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，通常可以不进行弯曲强度校 核。 4 4.5 .5、自锁条件校核自锁条件校核 螺旋起重器在没有外力干涉时，能保证装载物体不下落，保证结 构稳定和安全，应确保自锁性要求。由于螺杆的材料为 45 号钢，螺 母的材料为青铜，摩擦系数取 f=0.1，因为梯形螺纹牙型角 30 ， 所以牙侧角 15 2 。 当量摩擦角 v f0.1 arctanarctan5.91 co
9、scos15 螺旋升角 螺旋起重器设计说明书 7 / 10 222 arctanarctanarctan4.66 snpp ddd 满足式 V ，因此满足自锁条件。 4.64.6、螺杆的稳定性螺杆的稳定性校核校核 螺杆受压不失稳的条件式为 c s Q S Q 其中 Q 为螺旋起重器轴向压力；Qc为临界载荷；Ss为安全系数，对于 传导螺旋传动 Ss =2.54.0，取 Ss=2.5。 螺杆的柔度 1 4 s ll id 。其中 为螺杆的长度系数，对于螺旋 起重起重器可视为一端固定、一端自由，取 =2；l 为螺杆承受压力的 一段长度，l=150mm；d1为螺纹小径，d1=16.5mm。由此得螺杆柔
10、度 s =72.7。 s 满足 40 s 2.5,安全系数满足，符合螺杆稳定性校核。 螺旋起重器设计说明书 8 / 10 五五、手柄设计手柄设计 5. 5.1 1、材料选择材料选择 Q235 含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好 配合，用途最广泛。手柄材料宜选用 Q235。 5.25.2、手柄长度计算手柄长度计算 手柄长度计算公式 1 p p TT L F （mm） 其中 p F 为扳动手柄的力，取 200 p FN ；T 为螺旋副与托杯之间的摩擦 力矩，由上面计算可知 2 tan()36388 2 V d TQN mm T1为螺杆端面与托杯之间的摩擦力矩， 33 1 1 2
11、2 1 1 3 DD TfQ DD 取 f 为 0.1，D=38mm，D0=D1+0.5mm=0.8d+0.5mm=18.1mm，计算得 T1=29227Nmm。 T、T1、Fp代入计算公式，得 Lp=328mm。因实际使用中需考虑手的 把持方式， 故手柄长度必大于 328mm。 取 Lp=500mm 时， 手柄长度过长， 远大于螺旋起重器高度，存放不便，故取为 Lp为 300mm，其余长度靠 套筒来实现。 螺旋起重器设计说明书 9 / 10 5 5.3 .3、手柄直径计算手柄直径计算 手柄直径计算公式 3 1 0.1 pp b F L d （mm） 其中 b 为手柄材料的需用弯曲应力， 2
12、s b ，对于 Q235， s =225MPa ，取 112.5 2 s b MPa 计算得 d118.0mm，为保证安全，取 d1=20mm。 六六、结构设计（装配图）及注意事项结构设计（装配图）及注意事项 1.螺母内孔端部应有倒角，以便润滑； 2.螺杆螺纹部分应有退刀槽； 3.铸件壁厚大于或等于 8mm; 4.螺杆底部须有挡圈防止螺杆旋出； 5.为防止螺母随螺杆转动须有紧定螺钉固定； 6.所有加工表面边缘须有倒角。 七七、螺旋螺旋起重器装备图（起重器装备图（A3） 见附页。 螺旋起重器设计说明书 10 / 10 八八、参考参考文献文献 1.陈秀宁， 顾大强主编. 机械设计. 浙江： 浙江大学出版社， 2010. 2.谭建荣，张树有，陆国栋，施岳定编. 图学基础教程. 北京：高 等教育出版社，2006. 3.王世刚， 张秀亲， 苗淑杰主编. 机械设计实践(修订版). 哈尔滨： 哈尔滨工程大学出版设，2003. 4.谈家祯，王小群主编. 机械设计基础大型作业与课程设计. 北 京，中国标准出版社，1997.
