螺旋起重器的设计

-0-哈尔滨工业大学机械设计作业设计说明书题目:螺旋起重器院系：能源科学与工程学院班号：学号：姓名：-1-哈尔滨工业大学机械设计任务书1.题目：设计螺旋起重器螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可起升重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄或板手等零件组成。2.已知条件：表3.1螺旋起重器的示意图及已知数据题号起重器/QFkN最大起重高度/Hmm0FF3.1.1301803.1.2402003.1.3501503.设计要求：（1）绘制装配图一张，画出起重器的全比结构，按照比例装配图要求标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏、编写技术要求。（2）撰写设计说明书一份，主要包括起重器各部分尺寸的计算，对螺杆和螺母螺纹牙强度、螺纹副自锁性、螺杆的稳定性的校核等。-2-目录一、设计题目---------------------------------------------------------------3二、螺母、螺杆选材---------------------------------------------------------3三、螺杆、螺母设计计算3.1耐磨性计算------------------------------------------------------------------------------------------------33.2螺杆强度校核---------------------------------------------------------------------------------------------43.3螺纹牙强度校核-----------------------------------------------------------------------------------------43.4螺纹副自锁条件校核-----------------------------------------------------------------------------------53.5螺杆稳定性校核-----------------------------------------------------------------------------------------5四、螺母外径及凸缘设计-----------------------------------------------------6五、手柄设计---------------------------------------------------------------6六、底座设计---------------------------------------------------------------7七、托杯及其他参数-------------------------------------------------------8八、设计示意图----------------------------------------------------------9九、参考资料--------------------------------------------------------------10-3-一、设计题目设计起重重量FQ=40000N，最大起重高度H=200mm的螺旋起重器。二、选择螺杆、螺母的材料由于螺杆承受载荷较大，而且是小截面，故可选用45钢调质处理。查参考文献[2]表10.2得抗拉强度600bMpa，355sMpa。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，且适合低速重载情况的铸铝青铜1103ZCuAFe（考虑速度低）。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1103ZCuAFe，由参考文献[1]查表5.8得螺母材料的MPap25~18][,从表5.8的注释中可以查得，人力驱动时[p]的值可加大20%，则[p]=21.6~30Mpa,取[p]=25Mpa。按耐磨性条件设计螺纹中径d2，选用梯形螺纹，则20.8[]Fdp。由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数1.2~2.5，取2。则2400000.80.822.6[]225Fdmmmmp式中F——轴向载荷，N；2d——螺纹中径，mm;[p]——材料的许用压强，MPa;HdH——螺母旋合高度，mm;d——公称直径：查参考文献[3]表11.5取公称直径d=32mm，螺距P=3mm,中径d2=30.5mm,小径d3(d1)=28.5mm,内螺纹大径D4=32.5mm。3.2螺杆强度校核千斤顶螺杆受轴向力F和扭转力矩1T的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩1T。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为-4-2212333416()3()[]QeFTdd式中：QF——螺杆所受的轴向载荷，N；3d——螺杆螺纹的小径，mm；1T——螺杆所受转矩，N·mm；2)'tan(21dFTQ，为螺纹升角，ψ=arctannpπd2=arctan1×3π×30.5=1.7933°[]——螺杆材料的许用应力，MPa;查找参考文献[1]表5.10得对青铜的当量摩擦因数'0.08~0.10f，取'0.09f，螺纹副当量摩擦角''arctanarctan0.095.1427f。把已知的值带入1T的计算公式中，则得T1=40000×30.52tan(1.7933°+5.1427°)=74207N∙mmσe=√(4×40000π×28.52)2+3×(16×74207π×28.53)2=68.78MPa由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆的材料许用应力[]3~5s，355sMpa，[]71~118Mpa，取[σ]=95MPa.显然，σe[σ]，螺杆满足强度条件。3.3螺纹牙强度校核因为螺母材料强度低于螺杆，所以螺纹牙的剪切和弯曲破坏大多发生在螺母上，故可只校核螺母螺纹牙强度。螺母螺纹牙根部剪切强度条件为：][4bDZFQ式中:QF——轴向载荷，N；D4——螺母螺纹大径，mm;Z——螺纹旋合圈数，Z取10；b——螺纹牙根部厚度，mm，对于梯形螺纹b=0.65P=0.65×3mm=1.95mm。代入数据计算-5-τ=4000010×π×32.5×1.95=20.1MPa查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用剪应力[]30~40MPa，显然[]。螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为：][324bQbbDZlF式中：l——弯曲力臂，423329122Ddlmm；其它参数同上。代入数据计算2340000215.2201032.51.95bMPa查参考文献[1]表5.9得螺母材料许用弯曲应力40~60bMpa。显然，[]bb，即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。3.4螺纹副自锁条件校核由螺纹副自锁条件1.7933,'arctan'5.1427,f因此所以满足螺纹副自锁条件要求。式中：——螺纹螺旋升角（°），2arctannpd'——当量摩擦角(°);n——螺纹线数，n=1;p——螺纹导程(mm);2d——螺纹中径(mm);'f——当量摩擦系数,查机械设计表5.10，得'f=0.08~0.10,取'f=0.09;3.5螺杆的稳定性校核螺杆的柔度值'-6-14llid式中：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1200h2Hll螺母退刀槽其中：螺母H——螺母高度(mm)，30HZPmm螺母；1h符号参见参考文献[1]图3.1；退刀槽l——螺杆与手柄座相接处额尺寸，查手册知，退刀槽l=9mm。假设手柄直径为d1=20mm,由尺寸经验公式11h1.8~2d36~40mm，取h1=38mm,则L=(200+15+38+9)=262mm——长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则可取=2；d1——螺纹小径，d1=25mm。代入数据计算则螺杆的柔度4226273.549028.5对于45#调制钢，当90时，螺杆稳定的临界载荷Fc为：41234013557210.000134cdFN那么，由压杆稳定条件因此螺杆满足稳定性要求。四、螺母外径及凸缘设计根据经验公式，螺母外径2D1.5d1.53248mm；螺母凸缘外径D3≈1.4D2=1.4×48=67.2mm;故D3=67mm；螺母凸缘厚b0.2~0.3H0.2~0.36012~18mm，取b16mm。五、手柄设计1355724.522.540000cFF-7-加在手柄上的力需要克服螺纹副之间的摩擦阻力矩1T和托杯支撑面间的摩擦力矩2T。设加在手柄上的力F=200N，手柄长度为L，则有12FLTT。对于12TT和，有174207TNmm2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3DDDDfFT公式中的符号见参考书[1]图3.2和图3.3。根据经验公式，(1.6~1.8)(1.6~1.8)3251.2~57.6Ddmm,取D=55mm;1(0.6~0.8)(0.6~0.8)3219.2~25.6Ddmm，取1D22mm。托杯材料选择铸铁，手柄选择Q215，摩擦因数f=0.12,则3312221[(2~4)](2)953263[(2~4)](2)DDfFTNmmDD那么手柄长度12117420795326848200TTLmmF，取1L=300mm,加套筒长600mm。设手柄所受最大弯曲应力为σ，查参考文献[2]表10.1,205sMPa，。则手柄直径d1应满足3Fl0.1bd手柄，查参考文献[3],得2~5.1sb，则102.5~136.7MPab,取b=110MPa。带入数值计算得：33Fl200613.224.90.10.1110bdmm手柄取手柄直径d1=26mm。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mm10。由经验公式，S1.5~215~20mm，,取S=20mm。各符号见参考书[1]图3.2和图3.3。D5由结构设计确定，D5=104mm。-8-45D1.4D1.4104146mm。结构确定后校核下底面的挤压应力：222245400004.85MPa()(146104)44pFDD有结果可知，千斤顶在最大载荷下，可以在木材上使用。底面材料选择铸铁HT100，查表得铸铁件壁厚为30~50mm时，80bMPa[](0.4~0.5)(0.4~0.5)80(32~40)pbMPa。显然，][pp，下表面强度满足设计要求。上表面校核：122223244000023.31(6748)()4bFFMPaADD，查参考文献[4]表10.3，得[σb]=100MPa,(0.40.5)4050pbMPa,因此1bp故上表面满足强度要求。七、托杯的设计据结构尺寸经验公式T111223(2.0~2.5)64~80,D=80mm(1.6~1.8)=51.2~57.6,D=mm(0.6~0.8)=19.6~25.6,20;10;(0.8~1)44~55,50;(0.6~0.8)112~16,15;6~8,8;6~8,8;(TDdmmDdmmDdmmDmmmmhDmmhmmhDmmhmmammammtmmtmmd取；取55；取取取取取30.25~0.3)15~6M6,6;(0.2~0.3)6~9,8;DmmdmmbHmmbmm但不小于