机械设计大作业二

机械设计大作业二说明书课程名称：机械设计设计题目：螺旋起重器的设计院系：机电工程学院班级： 1008301设计者：丁烨学号： 1100801020指导教师：张锋设计时间： 2012 年 9月 16日设计题目：第三章螺纹传动设计表3.1 螺旋起重器的示意图及已知数据设计要求：⑴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。

⑵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。

目录一、设计任务书-----------------------------------------------------------1二、螺母、螺杆选用材料---------------------------------------------------1三、千斤顶设计和数据计算3.1 耐磨性计算------------------------------------------------------------------------------------------------1 3.2 螺杆强度校核---------------------------------------------------------------------------------------------2 3.3 螺纹牙强度校核-----------------------------------------------------------------------------------------3 3.4 螺纹副自锁条件校核-----------------------------------------------------------------------------------4 3.5 螺杆稳定性校核-----------------------------------------------------------------------------------------4 3.6螺母外径及凸缘设----------------------------------------------------5 3.7手柄设计------------------------------------------------------------53.8底座设计------------------------------------------------------------6四、参考资料---------------------------------------------------------------7一、设计任务书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、手柄或扳手所组成。

已知条件：题号 起重量FQ/kN最大起重高度H/mm3.1.2 40 200二、螺杆、螺母选用材料本设计采用梯形螺纹螺旋传动。

由于螺杆承受载荷较大，而且是小截面，故选用45钢调质处理。

查参考文献[2]表10.2得600b Mpa σ=，[]355s Mpa σ=。

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、摩擦系数小的铝青铜1103ZCuA Fe （考虑速度低）此外，托盘和底座均采用铸铁材料。

三、千斤顶设计及数据计算3.1 耐磨性计算螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜1103ZCuA Fe ，由参考文献[1]查表8.11得螺母材料的MPa p 25~18][=,从表8.11的注释可以查得，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，选用梯形螺纹，则d 2≥。

由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数1.2~2.5ψ=，取2ψ=。

则d2≥=0.8=22.63mm式中 F q ——轴向载荷，N ；2d ——螺纹中径，mm;[p]——材料的许用压强，MPa;H d ψ=式中，H ——螺母旋合高度，mm;ψ ——引入系数查参考文献[3]表11.3取公称直径d=32mm ，螺距P=6mm,查参考文献[3]表11.4取中径d 2=29mm,小径d 3(d 1)=25mm,内螺纹大径D 4=33mm 。

由以上数据可以推算出螺母高度mm d H 58290.22=⨯=⋅=ψ，螺纹圈数z==9.67，牙型角230αβ==。

3.2 螺杆强度校核螺杆的危险截面受轴向力Fq 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2212333416()3()[]Qe F T d d σσππ=+≤ 式中 : F q —— 螺杆所受的轴向载荷，N ；3d ——螺杆螺纹的小径，mm ；[]σ——螺杆材料的许用应力，MPa;1T ——螺杆副摩擦力矩，N ·mm ，2)'tan(21d F T Q ρψ+=，ψ为螺纹升角，216arctanarctan 3.767929np d ψππ⨯===⨯； 查找参考文献[1]表8.13得钢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''arctan arctan 0.09 5.1427f ρ===。

把已知的值带入1T 的计算公式中，则得12940000tan(3.7679 5.1427)909362T N mm =⨯+=⋅96.3e Mpaσ==由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆材料的许用应力[]3~5sσσ=，355s Mpa σ=，则相应的[]71~118Mpa σ=，取[]100Mpa σ=。

显然，[]e σσ<，螺杆满足强度条件。

3.3 螺纹牙强度校核螺母螺纹牙根部剪切强度条件为： ][4τπτ≤=bD Z Fq式中：Fq ——轴向载荷，N ；D 4——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 ，梯形螺纹b=0.65P=0.65×6mm=3.9mm 。

代入数值计算得400009.910330.656MPa τπ==⨯⨯⨯⨯查参考文献[1]表8.12滑动螺旋副材料的许用剪应力[]30~40MPa τ=，显然[]ττ<。

螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为：][324b Q b bD Z l F σπσ≤=式中：l ——弯曲力臂423329222D d l mm --===； 其它参数同上。

代入数值计算得 2340000215.2201033(0.656)b MPa σπ⨯⨯==⨯⨯⨯ 查参考文献[1]表8.12得螺母材料许用弯曲应力40~60b Mpa σ=。

显然，[]b b σσ<，即满足螺纹牙的强度条件。

3.4 螺纹副自锁条件校核螺纹副自锁条件为：'arctan ','f =≤ρρψ 其中，216arctanarctan 3.767929np d ψππ⨯===⨯ ︒==1427.509.0arctan 'ρ因为ϕ≤'ρ，所以满足螺纹副满足自锁条件。

3.5 螺杆的稳定性校核千斤顶的最大上升高度H=200mm.则螺杆的最大工作长度退刀槽l H L +++=1h 2200式中 : H ——螺母高度, mm ，H =Z*P=60mm1h 符号参见参考文献[1]图3.3；退刀槽l ——螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知，退刀槽l =9mm 。

假设手柄直径为d 1=24mm,由尺寸经验公式h 1=(1.8~2)d 1=43.2~48mm 取h 1=48mm,则L=(200+30+48+9)=287mm则螺杆的柔度 14d LiLμμλ==式中： μ——长度系数，对千斤顶，看做一端固定、一端自由，则可取μ=2； d 1——螺纹小径，d 1=25mm 。

i ——螺杆危险截面的惯性半径，mm,41d A Ii ==,其中A 为危险截面的面积，mm 2 代入数据计算4228791.849025λ⨯⨯==> 对于45钢调制，此时螺杆稳定的临界载荷Fc 为：4212118898()64c d E F N L ππμ==118898 2.97 2.540000c F F ==> 故螺杆满足稳定性要求。

3、6螺母外径及凸缘设计根据经验公式：螺母外径D 2≈1.5d=1.5×32=48mm;螺母凸缘外径D 3≈1.4D 2=1.4×48=67.2mm;取D 3=67mm ；螺母凸缘厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×60=12~18mm ，取b=16mm 。

3、7手柄设计加在手柄上的力需要克服螺纹副之间相对转动的阻力矩T 1和托杯支承面间的摩擦力矩T 2。

设加在手柄上的力F 1=200N ，L 为手柄长度1，则有F 1 L 1 = T 1 + T 2。

对于T 1和T 2，有2129tan(')40000*tan(3.7679 5.1427)*22d T F ψρ=+=+=90936N ·mm 2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3+--+--⋅=D D D D fFq T 公式中的符号见参考书[3]图3.2和图3.3。

并且，(1.6~1.8)(1.6~1.8)3251.2~57.6D d ==⨯=mm,取D=55mm; 1(0.6~0.8)(0.6~0.8)3219.2~25.6D d ==⨯=mm ，取D 1=20mm 。

托杯选铸铁，手柄选择Q215，摩擦因数f=0.12,则2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3+--+--⋅=D D D D fF T ≈93665N.mm 那么手柄长度12119093693665923200T T L mm F ++===，取1L =300mm,加套筒长700mm 。

设手柄所受最大弯曲应力为σ，查参考文献[2]表10.1,MPa s 225=σ，查参考文献[3],得[]2~5.1sb σσ=，则经计算可知[]b σ=102.5~136.7MPa,取[]b σ=120MPa 。

则手柄直径d 1应满足 []b z d T T W T T σπσ≤+=+=312121)(32，取手柄直径d 1=25mm 。

3.8底座设计螺杆下落到底面，再留20~30mm 的空间，底座铸造起模斜度1:10，壁厚mm 10=δ。

D 5由结构设计确定，D 5=110mm 。