螺旋传动设计

哈尔滨工业大学大作业说明书HHaarrbbiinnIInnssttiittuutteeooffTTeecchhnnoollooggyy机机械械设设计计大大作作业业说说明明书书方案3.1.2大作业名称：螺旋传动设计设计题目：设计螺旋起重器（千斤顶）班级：1502402设计者：郑晨阳学号：1150240205指导教师：赵小力设计时间：2017年10月19日哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学大作业说明书目录一、设计任务书…………………………………………………………………………1二、各部分尺寸计算及校核1、选择螺杆、螺母的材料…………………………………………………………………22、耐磨性计算………………………………………………………………………………23、螺杆各部分尺寸计算……………………………………………………………………24、螺杆强度校核……………………………………………………………………………25、螺母螺纹牙强度计算……………………………………………………………………36、螺纹副自锁条件校核……………………………………………………………………47、手柄设计………………………………………………………………………………48、螺杆的稳定性校核………………………………………………………………………59、螺母外经及凸缘设计…………………………………………………………………610、底座设计………………………………………………………………………………611、其他零件相关尺寸……………………………………………………………………7三、参考文献……………………………………………………………………………8哈尔滨工业大学大作业说明书-1-一、设计任务书设计螺旋起重器，简图如下1、螺旋起重器已知数据：起重量FQ=40kN，最大起重高度Ho=200mm（题号3.1.2）。2、设计要求：(1)绘制装配图一张，画出起重器的全部结构，按照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)对起重器各部分尺寸进行计算，对螺杆和螺母螺纹牙强度、螺纹副自锁性、螺杆的稳定性进行校核。哈尔滨工业大学大作业说明书-2-二、各部分尺寸计算及校核1、选择螺杆、螺母的材料螺杆采用45号钢，由参考文献[2]查得抗拉强度MPa600b，MPa355s。螺母材料用铝青铜ZCuAl10Fe3（考虑速度低）。2、耐磨性计算根据螺纹的耐磨性条件phHdFPps2，引进系数2dH以消去H，并且对于梯形螺纹，h=0.5p，因此得mm0.27226.110408.08.032pFd式中2d——螺杆螺纹中径，mm；F——螺杆所受轴向力，即起重量，kN；——根据螺母结构选定，对于整体式螺母取=1.2~2.5，此处取=1.6；p——滑动螺旋副材料的许用压强，根据参考文献[1]中表5.8，当螺杆和螺母副材料分别是钢和青铜且低速滑动时，许用压强p=18~25，此处取p=22。3、螺杆各部分尺寸计算按照耐磨性计算求出2d=27.0mm，根据参考文献[3]中表11.5，选取适当的公称直径d=30mm，以及相应的螺距P=6mm。则螺纹牙的工作高度h=0.5P=3.0mm。再根据参考文献[3]表11.4，当螺距P=6mm时，外螺纹小径即螺杆小径1d=d-3.5=26.5mm；内外螺纹中径2D=2d=d-1.5=28.5mm。因此6.455.256.12dHmm。螺纹旋合圈数106.766.45pHZ。4、螺杆强度校核哈尔滨工业大学大作业说明书-3-螺杆断面承受轴向力F和转矩T的作用，其中F=40kN。螺杆所受转矩2)tan(2dFT其中——螺纹升角，8338.3arctan2dP。——当量摩擦角，1427.5arctanf。将与代入转矩公式得mmN5.9003925.28)09.0arctan5.286tan(arctan10402)arctantan(arctan322dfdPFT式中f——螺纹副的当量摩擦系数，根据参考文献[2]中表8.13，钢与青铜间当量摩擦系数界限为0.08~0.10，此处取f=0.09。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为2121321634dTdF式中——螺杆许用应力。根据参考文献[1]中表5.9，钢材许用应力5~3s，此处取3s。其中屈服极限s可由机参考文献[3]中表10.2查得45号钢s=355MPa，则118.3MPa。由已有数据得118.3MPaMPa150.845.265.900391635.2610404118.3MPa163423223212132dTdF经验证，螺杆强度合格。5、螺母螺纹牙强度计算螺母螺纹牙根部的剪切强度为MPa32.146.79.33010403dbzF哈尔滨工业大学大作业说明书-4-螺纹牙根部的弯曲强度为b232bMPa04.339.36.7303104033dzbFh式中d——螺母螺纹大径，mm；h——螺纹牙工作高度，mm；b——螺纹牙根部厚，梯形螺纹的Pb65.0，mm；、b——许用切应力，根据参考文献[1]中表5.9，青铜的许用应力范围为b=40~60，=30~40。经验证，螺纹牙强度合格。6、螺纹副自锁条件校核对于有自锁要求的螺旋，要满足条件。在螺杆强度校核过程中，已得8338.35.285arctanarctan2dP；1427.509.0arctanarctanf；因此螺纹副自锁条件合格。7、手柄设计加在手柄上的力分为螺纹副之间相对转动的阻力矩1T和托杯支承面间的摩擦力矩2T。设加在手柄上的力N300手F，手柄长度为L，则21TTFL。有mmN5.900391TN9197822424.5022424.50104012.031222231223332123132DDDDfFTQ其中4.508.1dDmm，0.248.01dDmm；摩擦因数取f=0.12。mm72.606300919785.9003921FTTL，取mm200L，加套筒长500mm。哈尔滨工业大学大作业说明书-5-选择45号钢为手柄材料，其受弯曲应力为bzbWM式中323zDW；M=T=90039.5mmN；MPa7.2365.13555.1sb。因此mm86.197.236919785.90039323233b21TTD。则选取手柄d=20mm。8、螺杆的稳定性校核对于细长的受压螺杆，当轴向压力F大于某一临界值时，螺杆会发生横向弯曲而失去稳定。受压螺杆的稳定性条件式为5.2FFc式中cF为螺杆稳定的临界载荷。临界载荷与螺杆材料及长径比（柔度）14dlil有关。l为螺杆最大工作长度，对于起重器来说，mm3.2455.63626.4518022退刀槽手柄螺母ldHHlo其中退刀槽l可由参考文献[3]中表11.20根据螺距P=6查得退刀槽l=6.5；手柄d=18mm，则固定手柄的孔的最外部直径mm3621手柄dh。由以上结果可求得05.745.263.2450.2441dlil式中——长度系数，端部支承情况可视为一端固定，一端自由。根据参考文献[2]中表8.14查得，0.2。哈尔滨工业大学大作业说明书-6-i——螺杆危险面的惯性半径，41dAIi，其中A为危险截面的面积，mm。对于45#钢，当90时，临界载荷kN479.2053.2450.269.242071007.225222lEIFc则有5.285.6kN3005.479kN2FFc，因此螺杆稳定性合格。式中I——螺杆危险截面的轴惯性矩，4441mm69.24207645.2664dI；E——螺杆材料的弹性模量，对于钢MPa1007.25E。9、螺母外经及凸缘设计螺纹外径45305.15.12dDmm螺纹凸缘外径63454.14.123DDmm螺纹凸缘厚mm4.116.4525.025.0Hb母10、底座设计螺杆下落到底面，再留20~30mm空间，底座铸造起模斜度1:10。厚度mm10，mm202S。5D由结构设计确定，5D=110mm。mm1541104.14.154DD。校核底面挤压应力：MPa39.41101544400004222524QPDDF底面材料选择铸铁HT100，查参考文献[3]中表10.3得MPa100b，MPa50~405.0~4.0bp。显然pp，满足设计要求。哈尔滨工业大学大作业说明书-7-11、其他零件相关尺寸螺杆：548.1dDmm248.01dDmmmm2.198.012Dh托杯：755.2dDTmmmm101mm54DH杯mm8ta螺栓：mm625.013Dd哈尔滨工业大学大作业说明书-8-三、参考文献[1]张锋,宋宝玉.机械设计大作业指导书[M].北京:高等教育出版社,2009.[2]宋宝玉,王黎钦.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2010.[3]宋宝玉.机械设计课程设计指导书[M].北京:高等教育出版社,2006.