螺旋起重器机械设计大说明书.doc

harbin institute of technology机械设计大作业说明书设计题目： 螺旋起重器 院 系： 能源科学与工程学院 班 级： 设 计 者： 学 号： 11 指导教师： 张峰 设计时间： 2015.10.18 目 录一、设计任务书-2二、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-33.3 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-7六、底座设计-7七、其余各部分尺寸及参数-8八、参考资料-9哈尔滨工业大学机械设计作业任务书设计题目：螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可提升重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄、或扳手等零件所组成。已知数据：起重量：40kn 最大起重高度：200mm。一、设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：起重量fq=40kn，最大起重高度h=200mm。二、螺杆、螺母选材本千斤顶设计选用梯形螺纹螺旋传动。由于螺杆承受载荷较大，且为小截面，故选用45#钢，并进行调质处理。查参考文献2表10.2得s=355mpa, b=600mpa。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、摩擦系数小的铸铝青铜zcual10fe3。托盘和底座均选用铸铁材料。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zcual10fe3，有参考文献1表5.8，查得p=1825mpa，从表5.8的注释中可以查得，人力驱动时p值可增大20%，则p=21.630mpa，取p=26mpa。按耐磨性条件设计螺纹中径d2，选用梯形螺纹，,对于整体式螺母，取=2.0 式中： 螺纹中径，mm;f螺旋的轴向载荷，n；h螺母旋合高度，mm; 引入系数，=h/;p材料的许用压强，mpa;代入数据，那么有d20.8= 0.8 = 22.2mm。查参考文献2表11.5,试取公称直径d=32mm,螺距p=3mm,中径d2=30.5mm,小径d3=28.5mm,内螺纹大径d4=32.5。 3.2 螺杆强度校核千斤顶螺杆危险截面受轴向力f和扭转力矩t1的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩t1。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为 式中: d3螺杆螺纹的小径(mm)； 螺杆材料的许用应力(mpa); f 螺杆所受的轴向载荷(n)； t1螺杆所受转矩(nmm)。查阅参考文献1表5.10得钢对青铜的当量摩擦系数f=0.080.10，取f=0.09，螺纹副当量摩擦角=arctanf=arctan0.09=5.1427=40000*tan(2.0+5.1427)*15.25=76441(nmm)查参考文献15.9可以查得螺杆材料的许用应力，=355mpa, =71118mpa，取=90mpa。满足螺杆强度要求。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： 式中 f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。代入数据计算由参考文献1表8.12可以查得螺杆材料的许用剪切应力，螺母满足剪切强度要求。螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为： 式中： l弯曲力臂，；其它参数同上。代入数据计算由参考文献1表5.9，可以查得螺母材料的许用弯曲应力。根据计算结果可知 ，螺母螺纹牙满足强度条件。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：式中： 螺纹螺旋升角（），当量摩擦角()； 螺纹线数，n=1； 螺纹螺距(mm)； 螺纹中径(mm)；当量摩擦系数，由参考文献1表8.13可知，得=0.080.10，取=0.09；代入数据由计算可知 ，螺纹副满足自锁条件要求。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 式中 螺母高度(mm)，=zp=10*3mm=30mm螺杆与手柄座相接处尺寸，查手册知，=9mm。 假设手柄直径为d1=26mm,由尺寸经验公式h1=(1.82)d1=46.852mm取h1=48mm,则 l=200+15+42+9=272mm则螺杆的柔度 式中 长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则可取=2； d3螺纹小径，d3=28.5mm。 i螺杆危险截面的惯性半径(mm),其中a为危险截面的面积(mm2)。代入数据计算对于45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷fc为： 式中 e螺杆材料的弹性模量； i螺杆危险截面的轴惯性矩(mm4),；代入数据计算 那么，由压杆稳定条件故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d21.5d=1.532=48mm;螺母凸缘外径d31.4d2=1.448=67.2mm;取d3=68 螺母凸缘厚b=(0.20.3)h=(0.20.3)30=69mm，取b=8mm。五、手柄设计加在手柄上的力需要克服螺纹副之间的摩擦阻力矩t1和托杯支撑面间的摩擦力矩t2。设加在手柄上的力f1=300n，手柄长度为l1，则有f1 l1 = t1 + t2。对于t1和t2，根据经验公式，d=（1.61.8）*32mm=51.257.6mm，取d=55mmd1=（0.60.8）*32mm=19.225.6mm，取d1=22mm托杯材料选择铸铁，手柄选择q215，摩擦因数f=0.12,则 那么手柄长度，取=200mm,加套筒长400mm。设手柄所受最大弯曲应力为，查参考文献2表10.1,，查参考文献2,得，则=102.5137mpa,取=110mpa。则手柄直径d1应满足 ，转化为： 取手柄直径d1=26mm。六、底座设计螺杆下落至底面，再留2030mm的空间，底座铸造起模斜度1:10，壁厚。由经验公式，s=(1.52)=1216mm,取s=15mm。d5由结构设计确定，d5=125mm。d4=1.4d5=1.4*110=175mm结构确定后校核下底面的挤压应力： =40000*4/3.14*(15421042)=4.38mpa底面材料选择铸铁ht100，查表得铸铁件壁厚为2.520mm，。显然，底面强度满足设计要求。七、其余各部分尺寸及参数。，取=75mm；，取d=55mm；，取=24mm;d2 =1.5d = 1.5*32mm = 48mm；d3=1.4d2= 1.4*48mm = 67.2mm，取d3 = 68mm；，取=45mm；h1=(1.82)d1=46.852mm取h1=48mm；，取=19mm；，取=8mm；，取=8mm；，取=8mm。固定托盘用的挡圈内径8mm，外径38mm，厚5mm；螺钉gb/t5783-2000a m816。螺杆底部挡圈内径8mm，外径38mm，厚5mm；螺钉 。紧定螺钉 gb/t71-1985 m820。其余铸造圆角，取r=4mm。底座高度为240mm螺旋起重器（千斤顶）装配图见a2图纸。八、参考资料1王黎钦，陈铁鸣.机械设计.5版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.12宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京：