哈工大机械设计大作业_螺旋起重器设计书
一、设计任务
设计一螺旋起重器，起重量kN F Q 40=，最大起重高度mm H 200=起，其结构件图如图1所示。
图1 螺旋起重器简图
二、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.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。
三、设计过程
1.选择螺杆、螺母的材料
由参考文献[1]表8.11，考虑到低速重载的工况，螺杆采用45钢调质，由参考文献[2]查得抗拉强度MPa 600b =σ，MPa s 355=σ。螺母材料用铸造铝青铜310Fe ZCuAl 。
2.耐磨性计算
螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜310Fe ZCuAl ，有参考文献[1]表8.11查得
MPa p 25~18][=，取MPa p 18][=。按耐磨性条件设计螺纹中径2d ，选用梯形螺纹，则
]
[8
.02p F d Q ψ≥。由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数5.2~2.1=ψ，取5.1=ψ。则
mm mm p F d Q 8.3018
5.140000
8.0]
[8
.02=??
=ψ≥ 式中： Q F ……轴向载荷，N ；
2d ……螺纹中径，mm ；
][p ……许用压强，MPa 。
查参考文献[2]表11.3取公称直径mm d 36=，螺距mm P 6=，中径mm d 332=，小径
mm d 291=，内螺纹大径mm D 374=。
3.螺杆强度校核
螺杆危险截面的强度条件为：
][16342
31221σππσ≤???
?
??+???? ??=d T d F Q 式中： Q F ……轴向载荷，N ；
1d ……螺纹小径，mm ；
T ……螺纹副摩擦力矩，2
)
'tan(2
d F T Q ρλ+=，λ为螺纹升角， 31.333
6arctan arctan
2=?==ππλd P ； ][σ……螺杆材料的许用应力，MPa 。
查参考文献[1]表8.13得钢对青铜的当量摩擦因数10.0~08.0'=f ，取09.0'=f ，螺纹副当量摩擦角 14.509.0tan 'arctan '===acr f ρ。把已知的值代入T 的计算公式中，得
mm N T ?=+??
=98048)14.531.3tan(2
33
40000 MPa 2.702998048163294000042
3
2
2=??
? ?????+??? ????=ππσ 查参考文献[1]表8.12可以查的螺杆材料的许用应力5
~3][s
σσ=
，MPa s 355=σ，
MPa 118~71][=σ，取MPa 71][=σ。
显然，][σσ≤，螺杆满足强度条件。 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：
][4τπτ≤=
b
D z F Q
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 9.3665.065.0=?==。
代入数值计算得
MPa MPa 8.89
.3371040000
=???=
πτ
查参考文献[1]表8.12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
][32
4b Q b b
D z l F σπσ≤=
式中： l ……弯曲力臂，mm mm P l 365.05.0=?== 其他参数同上。 代入计算得
mm mm b 4.209.337103
4000032
=?????=
πσ
参考文献[1]表8.12得螺母材料的许用弯曲应力MPa b 60~40][=σ。 显然，][b b σσ<，即满足螺纹牙的强度条件。 5.自锁条件校核
因 31.3=λ， 14.5'=ρ，因此
'ρλ<
满足自锁条件。 6.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和托杯支撑面间的摩擦力矩。设F 为加在手柄上的力，取N F 300=，L 为手柄长度，则0T T FL +=。有
mm N T ?=98048
2
123
130)
2()]4~2([)2()]4~2([31+--+--=D D D D fF T Q
图2 螺旋起重器设计参数示意图
公式中的符号见图2
mm mm d D 8.64~6.5736)8.1~6.1()8.1~6.1(=?==，取mm D 58=。 mm mm d D 8.28~6.2136)8.0~6.0()8.0~6.0(1=?==，取mm D 281=。
托杯选铝青铜，手柄选215Q ，查参考文献[1]表8.13，09.0=f ，则
mm N mm N T ?≈?+--+--???=78706)228()]4~2(58[)228()]4~2(58[4000009.0312
23
30
mm mm F T T L 2.589300
78706980480=+=+=
，取mm L 200=，加套筒长mm 500。
手柄直径3
][1.0b FL d σ≥手柄，查教材可得：2
~5.1][s
b σσ=，查参考文献[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 d 2.25110
1.02
.5893003
=??≥手柄
取手柄直径mm d 26=手柄。 7.螺杆的稳定性校核 螺杆的柔度值
1
4d l
i
l
μμλ=
=
柔 式中：l ……螺杆的最大工作长度，取螺母中部到另一端支点的距离，则
退刀槽螺母
l h H l +++
=12
200。螺母H 、1h 符号参见图2，退刀槽l 指螺杆与手柄座相接处的尺寸。 查参考资料[2]表11.20知，mm l 5.7=退刀槽；
mm mm zP H 60610=?==螺母；
mm mm d h 52~8.4626)2~8.1()2~8.1(1=?==手柄，取mm h 501=，则
mm mm l 5.2875.7502
60
200=+++
= μ……长度系数，对千斤顶，可看做一端固定、一端自由，取2=μ。
代入以上数值得
7929
5
.28724=??=
柔λ
对于45钢调质，当90≤柔λ时：
N d F c 123984)
7900013.01(429340400013.0134022
212=?+???=+=ππλ
5.210.340000
123984
>==Q c F F 因此，满足稳定性要求。 8.螺母外径及凸缘设计(参见图2) 螺纹外径mm mm d D 54365.15.12=?=≈。
螺纹凸缘外径mm mm D D 6.75544.14.123=?=≈，取mm D 763=。
螺纹凸缘厚mm mm H b 18~1260)3.0~2.0()3.0~2.0(=?==，取mm b 12=。 9.底座设计
螺杆下落到地面，再留mm 30~20空间，底座铸造起模斜度10:1，厚度mm 10=δ。
5D 由结构设计确定，mm D 1305=。
mm mm D D 1821304.14.154=?==。
mm mm S 20~1510)2~5.1()2~5.1(=?==δ，取mm S 15=。
结构确定后，校核地面的挤压应力：
MPa MPa D D F Q
p 14.3)
130182(40000
4)
(422252
4=-??=
-=
ππσ
地面材料选择铸铁100HT ，查参手册得铸件壁厚mm 20~10时，MPa b 100≥σ，
MPa MPa b p 50~40100)5.0~4.0()5.0~4.0(][=?==σσ。
显然，][p p σσ<，满足设计要求。
10.其他零件设计 托杯的设计：
根据结构尺寸经验公式，有（符号见图2）
mm mm d D T 90~7236)5.2~0.2()5.2~0.2(=?==，取mm D T 72=；
mm mm d h 36~8.2836)1~8.0()1~8.0(=?==，取mm h 30=； mm mm D h 4.22~8.1628)8.0~6.0()8.0~6.0(12=?==，取mm h 162=；
mm a 8=；mm t 8=；mm 101=δ。
防止螺母随螺杆转动，用紧定螺钉将螺母固定在底座上，紧定螺钉直径6M 。 防止螺杆全部从螺母中旋出，在螺杆的底端安装一挡圈，其厚度为mm 6、内径9φ、外径42φ，并用168?M 的螺钉固定。
同时防止托杯与螺杆分离，安装厚度为mm 4、内径9φ、外径34φ的挡圈，用106?M 的螺钉固定。
四、螺旋起重器装配图
另附图
五、参考文献
[1] 宋宝玉,王黎钦.机械设计.北京:高等教育出版社,2010. [2] 宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京:高等教育出版社,2006. [3] 张锋,宋宝玉.机械设计大作业指导书.北京:高等教育出版社,2009.