螺旋起重器设计计算.
螺旋起重器设计任务
设计题目：螺旋起重器
设计条件：起重量F Q=50kN
最大起重高度H=150mm
设计工作量：
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
撰写设计说明书一份，主要包括其中起重器各部分尺寸的计算，对螺杆和螺母螺纹牙强度、螺纹副自锁型、螺杆稳定性的校核等
题目：起重量Q=30kN , 最大起重高度H=180mm
1选择螺杆、螺母材料
螺杆采用45钢调质，由参考文献[]2表10.2查得抗拉强度b σ=600Mpa ,s σ =355Mpa 。螺母材料用铝青铜310Fe Al ZC u (考虑速度低)
2耐磨性计算
螺杆采用45钢，螺母选用铸造铝青铜310Fe Al ZC u ，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]值可增加20%，则21.6-30Mpa ，取[P]=25Mpa 。按耐磨性条件设计螺纹中径d 2，选用梯形螺纹，则
[]
P F d Q
ψ8
.02≥
由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数Ψ=1.2-2.5，取Ψ=2.则
[]
mm mm P F d Q 3.2525
250000
8
.08
.02=?=ψ≥ 其中：Q F ——轴向载荷，N ;
2d ——螺纹中经，mm ;
[P]——许用压强，Mpa ;
d
H =
ψ 查参考文献[2]表11,5取公称直径d =32mm ，螺距mm p 3=,中径mm 5.30d 2=小径mm d 5.283=，内螺纹大径mm D 5.324=
3螺杆强度校核
螺杆危险截面的强度条件为：
[]σππσ≤???
? ??+???? ??=2
33122
31634d T d F Q
e
式中：Q F ——轴向载荷，N ；
3d ——螺纹小经，mm ；
1T ——螺纹福摩擦力矩，
()
2
tan T 2
1d F Q ρψ'+= ψ为螺纹升角，
7933.15
.303
1arctan arctan
2=??==ππψd np []σ——螺杆材料的许用应力，Mpa 。
查参考文献[]1表5.10得钢对青铜的当量摩擦因数10.008.0-='f ，取，09.0='f 螺纹副当量摩擦角 1427.509.0arctan arctan =='='f ρ。把已知的值带入T 1的计算公式中，则得
()
mm N T ?=+?
=805941427.57933.1tan 2
5
.26500001 Mpa e 2.845.28805941635.285000042
322=?
?
? ?????+??? ????=ππσ 由参考文献[]1表5.9可以查得螺杆材料的许用应力
5
~3s
σσ=
s
Mpa s 355=σ,[]Mpa 118~71=σ,取[]Mpa 95=σ。 显然，[]σσ 4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 []τπτ≤= b D Z F Q 4 式中：Q F ——轴向载荷，N ； 4D ——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，梯形螺纹mm mm P b 95.1365.065.0=?==. 代入数值计算得 Mpa 1.2595.15.321050000 =???=πτ 查参考文献[]1表5.9得螺母材料的许用剪应力[]Mpa 40~30=τ，显然[]ττ<。螺纹牙根部的弯曲强度条件为 []b Q b b D Z l F σπσ≤= 2 43 式中：l ——弯曲力臂， mm d D l 12 5 .305.32224=-=-= 。 其他参数同上。 代入数值计算得 Mpa Mpa b 636.3895 .15.32101 5000032 =????= πσ 查参考文献[]1表5.9得螺母材料的许用弯曲应力[]Mpa 60~40=σ。 显然[]b σσ<，即满足螺纹牙的强度条件。 5自锁条件校核 因 1427.5,7933.1='=ρψ，因此 ρψ'< 满足自锁条件 6螺杆的稳定性校核 螺杆的柔度值 1 4d l i l μμλ= = 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 退刀槽螺母l h H l +++ =12 180 螺母H 、1h 符号参照图3.1，退刀槽l 指螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知，退刀槽l =4mm 。 mm mm ZP H 30310=?==螺母 假设手柄直径为mm d 20=手柄，有结构尺寸经验公式()mm d h 40~362~8.11==手柄，取1h =38mm ,则 ()mm l 23743815180=+++= μ——长度系数，对千斤顶，可看作一端固定，一段自由，取μ=2. 代以上数值得 675 .28237 2441=??== d l μλ 对于45钢调质，当λ<90时 N d F e 1369694 5.286700013.01340400013.013402 22 12=??+=+=ππλ 5.274.2>=F F e 因此满足稳定性要求。 7螺母外径及凸缘设计 螺纹外径 mm d D 48325.15.12=?=≈。 螺纹凸缘外径 mm D D 2,67484.14.123=?=≈，取3D =68mm. 螺纹凸缘厚 ()()mm b mm H b 8,9~6303.0~2.03.0~2.0==?==取 8手柄设计 加在手柄上的力需要克服摩擦副之间相对转动的阻力矩和托杯支撑面间的摩擦力矩。设F 为加在手柄上的力，取F=200N ，L 为手柄长度，则21T T FL +=。有 mm N ?=80594T 1 ()[]()()[]()2 123 13 224~224~231 +--+--=D D D D fF T Q ()()()()mm D mm mm d D mm D mm mm d D 23,6.25~2.19328.0~6.08.0~6..055,6.57~2.51328.1~6.18.1~6.111==?====?==取取 托杯选铸铁，手柄选Q215，摩擦因数12.0=f ，则 ()[]()()[]()mm N D D D D fF T Q ?≈+--+--=12023424~224~231 2 123 13 2 mm mm F T T L 1.1004200 120234 8059421=+=+= 取L=200mm ，加套筒长850mm 。手柄直径 [] 3 1.0b FL d σ≥手柄 查阅教材可得： []2 ~5.1s b σσ= 查阅参考文献[]2表10.1，Mpa s 205=σ，则[]Mpa b 7.136~5.102=σ，取 []Mpa b 110=σ。 代入数值计算得 []mm mm FL d 3.26110 1.01 .10042001.033 b =??=≥σ手柄 取手柄直径mm d 28= 9底座设计 螺杆下落到地面，再留20~30mm 空间，底座铸造起模斜度1:10，厚度为10mm . 5D 由结构设计确定，mm D 1155= mm D D 1614.154== 结构确定后校核底面的挤压应力： () () Mpa D D F Q p 01.51151614 50000 4 2 2 2 5 24 =-= -= π π σ 底面材料选择铸铁HT100，查表得铸件壁厚mm 50~30=δ时， []()()()Mpa Mpa Mpa b p b 40~32805.0~4.05.0~4.0,80=?==≥σσσ 显然[] p p σσ<，满足设计要求 10其余结构尺寸经验公式 ()()()mm D mm d D T T 72,80~64325.2~0.25.2~0.2==?==取 ()()()mm D mm d D 54,6.57~2.51328.1~6.18.1~6.1==?==取 ()()()mm D mm d D 22,6.25~2.19328.0~6.08.0~6.011==?==取 mm d D 485.12=≈ mm D D 2.674.123=≈ mm mm 9,10~81取、--δδ ()()mm mm D h 49,54~2.43540.1~8.00.1~8.0取=?== ()()mm h mm d h 54,57~3.515.282~8.12~8.1111==?==取 ()()mm h mm D h 15,6.17~2.13228.0~6.08.0~6.0212==?==取 ()mm mm a 7,8~6取≈ ()mm mm t 7,8~6取≈ ()()m d mm D d 6,6.6~5.5223.0~25.03.0~25.0313==?==取 ()()mm b mm H b 8,9~6303.0~2.03.0~2.0==?==取 ()()mm S mm S 16,18~5.1392~5.12~5.1==?==取δ 参考文献 [1]王黎钦,陈铁鸣.机械设计[M].4版.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008. [2]王连明,宋宝玉.机械设计课程设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2010. [3] 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.