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1、重 庆 大 学 普 通 高 等 教 育机械设计课程设计题 目： 螺旋起重器 学 院： 机械工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 学 号： 成 绩： 2013 年 10 月目 录1、设计任务.42、设计内容. 41.螺杆的设计与计算.41.1.螺杆螺纹类型的选择.41.2.选取螺杆材料.41.3.确定螺杆直径.4 1.4.自锁验算.51.5.螺杆强度计算.61.6.稳定性计算.62.螺母设计与计算.82.1 选取螺母材料.82.2.确定螺母高度及螺纹工作圈数.82.3 校核螺纹牙强度.93.托杯的设计与计算.114.手柄的设计与计算.134.1.选取手柄材料.134.2.手柄长度.144
2、.3.手柄直径.155.底座的设计与计算.156.其他.17 一设计任务 设计一个起重器以最大起重重量 Q=46KN，最大起重高度 L=240 mm 螺旋起重器为例。 二设计内容1.螺杆的设计与计算1.1 螺杆螺纹类型的选择由于梯形螺纹的工艺性能好，牙根强度高，对中性好，故选用梯形螺纹较好。1.2 选取螺杆材料螺杆材料选取 45 号钢，由于起重重量较大 选取 355MPa。s1.3.确定螺杆直径1.3.1.按耐磨性计算初选螺纹的内径，因选用梯形螺纹螺母兼作支承，故取 =2.5；螺母材料为铸铝青铜，故取 =15MPa。p根据 0.8 =0.8X =24.3mm2dPF20X5.461.3.2 根
3、据螺杆抗压强度初选螺纹的内径，备注：根据第四强度理论求出威危险截面的应力， 2ca3但对于中小尺寸的螺杆可以近似地认为， 对 于 传 力 螺 旋为 螺 杆 稳 定 性 安 全 系 数 面 面 积 。为 螺 杆 螺 纹 段 的 危 险 截式 中 ， ， 所 以 上 式 可 简 化 为 0.53.4AAQ3.1.36.021 s2ca SSmdS对于传动螺旋，S=2.54.0，对于精密螺杆或水平螺杆，S4,故可以选用 S=5。d1=32.8mmQsS3.14根据以上因素综合考虑，确定螺杆直径，比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果可知，确定直径的选定应与抗压强度计算的结果为准，按国家标准 GB/T57
4、96-2005 选定螺杆尺寸参数，螺杆外径 d=42mm；螺纹内径=34mm；螺纹中径 =38.5mm。螺母大径1d2d=43mm,小径 D1=35mm，中径4DD2=38.5mm。螺纹线数 n=1；螺距 P=7mm。1.4 自锁验算对于传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故，由于螺杆的材料为备注:d=38mm=34mm1d=38.5mm2=43mm4DD1=35mmD2=38.5mm n=1P=7mm钢，螺母的材料为铜，故钢与青铜的摩擦系数选取 f=0.09，因为梯形螺纹牙型角 ，30所以牙侧角 。152螺旋升角 /2 735.41.arctndParct 当量摩擦角 /vv 1
5、95cos0.artncosfartnrctf 满足自锁要求。1.5 螺杆的强度计算螺杆工作时承受轴向力 F 和扭矩 T 的作用，螺杆危险截面上既有压缩应力，又有切应力。因此，校核螺杆强度时应根据第四强度理论，求出危险截面的计算应力 42dF1.3.23a =65.86mmMP=s/3=118MP满足强度要求。1.6 稳定性计算备注: 图（1）当轴向力大于某一临界值时，螺杆会发生侧向弯曲，丧失稳定性取 B=60mm,则螺杆的工作长度L+B+H/2=240+60+35=335mm螺杆危险面的惯性半径i=d1/4=8.5螺杆的长度系数，按一端自由，一端固定考虑取 ，螺杆的柔度2备注： 82.7si
6、l因此螺杆 40 100，为中柔度压杆，s其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算的，KNlEIc 3.1025644.310.3F22 .7.8.10QSc S满足稳定性要求。2.螺母的设计与计算2.1.选取螺母材料螺母材料选用 ZCuAl10Fe3。2.2.确定螺母高度及螺纹工作圈数因为选取 =2.5，所以H= =2.5 38.5=96.25mm，取整数2dH=97mm，螺纹工作圈数计算 u= = =14。 PH78螺纹圈数最好不要超过 10 圈，因此宜作调整，一般手段是在不影响自锁性要求的前提下，可适当增大螺距，而本螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准，而耐磨性已备注：相当富裕了，所以可适当降
7、低螺母高度。现取螺母高度 H=70mm，则螺纹圈数u=10，满足要求。 2.3.校核螺纹牙强度螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹的强度。由螺纹牙危险面的剪切强度条件为buDF4MPa403Pa48.71065.431. 螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为 a604MPa2.1075.31.2.84ubDFl bb24MP上式中，b螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65P，l 弯曲力臂，。2Dl142.4.螺母外径的计算螺母的外径 D，按螺母悬置部分抗拉强度计算，考虑螺旋副中摩擦转矩的存在，将轴备注：H=70mmu=10向载荷增大 30%，则拉伸强度校核
8、公式为2424DF6.13.因 此式中， 为螺母材料的许用拉应力，查表，选取 =21MPa。求得，D 74.03mm,圆整之后取 D=75mm.螺母凸缘尺寸按以下经验公式初步确定。D4.131取 98mm，a= = mm 23mm。3H70备注：D=70mm=92mm1Da=23mm 图（2）3.托杯的设计与计算托杯用来承托重物，可用铸铁铸成，也可用 Q235 钢模锻成，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，托杯的主要尺寸按经验公式计算并圆整。备注: 。这 里 取 。取
9、。取 。取 。取 。取 。取 图10m82d36.Bd14m5.2098D413d5.2m0.4D6d7. 3 /p/0376563S=1.5P=10.5mm。以上各式，d 为螺纹公称直径，托杯下端面的设计应满足 p207pDF4pMPa58.6.98.1.3622p4.手柄的设计与计算4.1.手柄材料常选用碳素结构钢 Q235 或Q275。备注： mSmDDm5.1026d0B5.246810724 /p7563 4.2.手柄长度由图（1）可见，扳动手柄的力矩应与阻力矩平衡，即21pTLF式中， 为扳动手柄的里，通常取p150300N 之间； 分别为螺旋副，螺杆21T，端面与托杯之间的摩擦阻
10、力矩，按下式计算mN120 mN1025.38973tan4602dFtanT 3/v 127 0265.98.460.31DfF3L 33207p 则 m82031720Lp考虑螺杆头部直径及手握的长度，手柄的实际长度为 。取 m10L1502D/p6/为了减少起重器的存放空间，一般取实备注:dLp2410/际手柄长度不大于起重器的高度，当起重量较大时，可在手柄上套一长套管以增大力臂，达到省力的目的。4.3.手柄直径 手柄直径 按弯曲强度设计，即pd3pp1.0LF式中， 为手柄材料的许用弯曲应力，按下式计算25.1sp取 150MPa。因此， 。， 圆 整 之 后 取 m24m6.23150.8d3p5.底座的设计及计算备注: 图（4）底座材料选用 HT150，铸铁壁厚其主要尺寸根据经验公式求得。m10备注: 。取 。取 。 m5.1220m5.9D87H22015Lm8Dm5.92.01218113 直径 由底面的挤压强度确定0力 ， 对 于 木 材 取为 接 触 面 材 料 的
