哈工大机械设计大作业――螺旋起重器

HHaarrbbiinnIInnssttiittuutteeooffTTeecchhnnoollooggyy机机械械设设计计大大作作业业说说明明书书设计题目：螺旋起重器院系：能源科学与工程学院班级：设计者：学号：指导教师：张锋设计时间：2015.10.18目录一、设计题目......................................................................-1-二、螺杆、螺母选材..........................................................-2-三、螺杆、螺母设计计算..................................................-2-3.1耐磨性计算............................................................-2-3.2螺杆强度校核.........................................................-3-3.3螺母螺纹牙的强度校核............................................-4-3.4螺纹副自锁条件校核.............................................-5-3.5螺杆的稳定性校核....................................................-5-四、螺母外径及凸缘设计..................................................-6-五、手柄设计......................................................................-6-5.1手柄长度...................................................................-6-5.2手柄直径...................................................................-7-六、底座设计......................................................................-7-七、其余各部分尺寸及参数..............................................-8-八、参考文献......................................................................-8--1-哈尔滨工业大学机械设计作业任务书一、设计题目螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可提升重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄、或扳手等零件所组成。已知条件：题号起重量FQ/kN最大起重高度H/mm3.1.240200F-2-二、螺杆、螺母选材千斤顶采用梯形螺纹螺旋传动，由于螺杆承受载荷较大，且是小截面，故选用45#调质钢。查参考文献[2]表10.2得b600MPa，s355MPa。由于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、摩擦系数小的铸铝青铜ZCuAl10Fe3。托盘和底座均采用铸铁材料。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ZCuAll0Fe3，由参考文献[1]表5.8查得[p]=18~25MPa从表5.8的注释中可以查得，人力驱动时[]p值可以加大20%，则[p]=21.6~30MPa取[]25MPap。按耐磨性条件设计螺纹中径d2，选用梯形螺纹20.8[]Fdp对于整体式螺母，5.2~2.1，取=2.0mmmmPFdQ63.22252400008.08.02式中：2d——螺纹中径，mm;FQ——螺旋的轴向载荷，N；H——螺母旋合高度，mm;——引入系数，=H/2d;[p]——材料的许用压强，MPa;查参考文献[2]表11.5,试取公称直径d=32mm,螺距p=3mm,中径d2=30.5mm,小径d3=28.5mm,内螺纹大径D4=32.5mm。-3-3.2螺杆强度校核千斤顶螺杆危险截面受轴向力FQ和扭转力矩T1的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩T1。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为][)16(3)4(2331223dTdFQe式中:d3——螺杆螺纹的小径(mm)；[]——螺杆材料的许用应力(MPa);FQ——螺杆所受的轴向载荷(N)；T1——螺杆所受转矩(N·mm)。其中螺纹副摩擦力矩21tan(')2QdTF式中：QF－－－－－轴向载荷，N；－－－－－螺纹升角，213arctanarctan1.793330.5npd；'－－－－－螺纹副当量摩擦角,度；2d－－－－－螺纹中径，mm。查参考文献[1]表5.10得钢对青铜的当量摩擦因数'0.08~0.10f，螺纹副当量摩擦角'arctan'arctan0.08~arctan0.104.5739~5.7106f，取'5.7106（由表5.10的注释知，大值用于启动时，人力驱动属于间歇式，故应取用大值）。代入式中，得mmNoo80350）7106.57933.1tan(25.30400001TMPae8.69)5.288035016(3)5.28400004(2322由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆材料的许用应力s[]3~5-4-其中s355MPa，则[]71~118MPa取[]80MPa。显然，e[]，螺杆满足强度条件。3.3螺母螺纹牙的强度校核螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为4[]QFZDb式中：QF－－－－－轴向载荷，N；4D－－－－－螺母螺纹大径，mm；Z－－－－－螺纹旋合圈数，取10Z；b－－－－－螺纹牙根部厚度，梯形螺纹0.650.653mm1.95mmbp；[]－－－－－螺母材料的许用切应力。代入数据计算得MPaMPa1.2095.15.321040000查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用切应力[]30~40MPa，显然[],满足要求。螺纹牙根部的弯曲强度条件为bb243[]QFlDZb式中：QF－－－－－轴向载荷，N；l－－－－－弯曲力臂，mmmmdDl125.305.322244D－－－－－螺母螺纹大径，mm；Z－－－－－螺纹旋合圈数，取10Z；b－－－－－螺纹牙根部厚度，mm；-5-b[]－－－－－螺母材料的许用弯曲应力。数据代入式（6）得MPaMPab909.3095.15.321014000032查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用切应力b[]40~60MPa。显然bb[]，即满足螺纹牙的强度条件。3.4螺纹副自锁条件校核因螺纹升角o7933.1，螺纹副当量摩擦角'5.7106'所以满足自锁条件。3.5螺杆的稳定性校核螺杆的柔度值34llid式中：－－－－－长度系数，对千斤顶，可看作一端固定、一端自由，取2；d3－－－－－螺纹小径，mm；l－－－－－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12002Hlhl螺母退刀槽103mm30mmHZP螺母l退刀槽指螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知，9mml退刀槽。取手柄直径24mmd手柄，由结构尺寸经验公式1(1.8~2)43.2~48mmhd手柄，取145mmh，则mml269)94515200(数据代入式（12），得-6-5.755.282692443dl对于45调质钢，当90时：21234010.000134cdFNF12458145.285.7500013.0134022c5.21.340000124581FFc因此，满足稳定性要求。四、螺母外径及凸缘设计由经验公式知，螺纹外径mmmmdD48325.15.12。螺纹凸缘外径mmmmDD2.67484.14.123，取mmD683。螺纹凸缘厚mmHb9~630)3.0~2.0()3.0~2.0(,取b=8mm。五、手柄设计5.1手柄长度加在手柄上的力需要克服螺纹副之间相对转动的阻力矩和托杯支承面间的摩擦力矩。设F为加在手柄上的力，取F=250N，L为手柄长度，则12FLTT式中：1T－－－－－螺纹副摩擦力矩，Nmm；2T－－－－－托杯支承面间的摩擦力矩，Nmm。其中mmN803501T，3312221[(2~4)](2)13[(2~4)](2)QDDTfFDD式中：f－－－－－托杯支承面间摩擦因数；-7-QF－－－－－轴向载荷，N；57.6mm~51.232mm1.8)~(1.6d~）8.16.1(D，取D=54mm25.6mm~19.232mm0.8)~(0.6d~）8.06.0(1D，取D1=20mm代入得：mmNDDDDfFTQ9075522502250*40000*12.0*31)2()]4~2([)2()]4~2([3122332123132mmFTTL684250907558035021取L=200mm,加套筒长500mm。5.2手柄直径手柄直径d手柄应满足bzdTTWTT32121)(32手柄手柄材料的许用弯曲应力s[]1.5~2b其中s205MPa，则b=102.5~137MPa,取b=130MPa。mm76.23mm32213bTTd）（手柄取手柄直径mm24手柄d六、底座设计螺杆下落至底面，再留20~30mm的空间，底座铸造起模斜度1:10，壁厚mm9。由经验公式，mmS18~5.13)2~5.1(,取S=16mm。mmlDD8.1215/2696810235，取mmD1225mmDD52.1704.154，取mmD1724-8-结构确定后校核下底面的挤压应力：MPaDDFp47.310)122172(41040)(462232524底座选择铸铁HT200，查GB/T9439—1988知S=16mm的铸铁的MPab130MPabp)65~52(130*)5.0~4.0()5.0~4.0(][。][pp底座满足设计要求。七、其余各部分尺寸及参数mmh50h55mm,~4455mm1)~(0.8D1~8.0(取）h1=(1.8~2)d1=43.2~48mm取h1=46mm；mmDh2.19~4.1424*)8.0~6.0()8.0~6.0(12，取2h=16mm；mmDT66D80mm,~6432mm*2.5)~(2d5.2~2(T取）mm)6.57~2.51(32*)8.1~6.1(d)8.1~6.1(D，取D=54mm；mm)6.25~2.19(32*)8.1~6.1(d)8.0~6.0(D1，取1D=24mm;D2=1.5d=1.5*32mm=48mm；D3=1.4D2=1.4*48mm=67.2mm，取D3=70mmmmDd2.7~624*)3.0~25.0()3.0~25.0(13，取3d=6mm；mma8~6，取a=8mm；mmt8~6，取t=8mm；固定托盘用的挡圈内径8mm，外径28mm，厚5mm；螺钉10×M62000A-GB/T5783；螺杆底部挡圈内径8mm，外径38mm，厚5mm；螺钉10×M62000A-GB/