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哈尔滨工业大学机械设计作业设计计算说明书题目： 设计螺旋起重器 院系： 机电工程学院 班号： 姓名： 日期： 2013-10-8 哈尔滨工业大学机械设计作业任务书题目： 设计螺旋起重器 设计原始数据： 题号起重量FQ/kN最大起重高度H/mm图 1 千斤顶简图3.1.350150目录一、选择螺杆、螺母的材料4二、耐磨性校核4三、螺杆强度校核4四、螺母螺纹牙的强度校核5五、自锁条件校核6六、螺杆的稳定性校核6七、螺母外径及凸缘设计7八、手柄设计7九、底座设计8十、参考资料8一、 选择螺杆、螺母的材料由于滑动螺旋传动中的摩擦较严重，要求螺旋传动材料的耐磨性能、抗弯性能都要好。一般情况下可用45、50钢。本设计中，螺杆材料选50号钢，采用带有外螺纹的杆件，调质处理。由参考文献3 91页表10.2 查得抗拉强度b=630MPa，屈服点s=375MPa。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ZCuAl10Fe3。由参考文献3 93页表10.4 查得抗拉强度b=540MPa，屈服点s=200MPa。二、 耐磨性校核螺杆材料选50号钢，螺母采用铝青铜ZCuAl10Fe3，由参考文献2 182页表8.11 查得许用压强p=1825MPa，在人力驱动时p值可加大20%，则p=21.630MPa，取p=25MPa。按耐磨性条件设计螺纹中径d2，选用梯形螺纹，则d20.8FQp。由参考文献2 183页式8.20查得，对于整体式螺母系数=1.22.5，取=2。则d20.8FQp=0.850000225mm=25.3mm式中：FQ轴向载荷，N；d2螺纹中径，mm；p许用压强，MPa；查参考文献3 99页表11.3取公称直径d=36mm，螺距P=6mm，中径d2=33mm，小径d3=29mm，内螺纹大径D4=37mm。说明，此处如果取公称直径d=32mm，螺距P=6mm，中径d2=29mm，小径d3=25mm，内螺纹大径D4=33mm，螺杆强度校核不满足要求。三、 螺杆强度校核螺杆危险截面的强度条件为：e=4FQd322+316T1d332式中：FQ轴向载荷，N；d3螺纹小径，mm；T1螺纹副摩擦力矩，T1=FQtan(+)d22，为螺纹偏角，=arctannpd2=arctan1633=3.3123；螺杆材料的许用应力，MPa。查参考文献2 185页表8.13得钢对青铜的当量摩擦因数f=0.080.10,取 f=0.08，螺纹副的摩擦角=arctan0.08=4.5739。把已知值带入T1的计算式中，则得T1=FQtan+d22=50000tan4.5739+3.3123332=114276 Nmme=4FQd322+316T1d332=4500002922+3161142762932=86.2MPa由参考文献2表8.12可以查得螺杆材料的许用应力=s35，s=355MPa，=71118 MPa，取=100MPa。显然，e，螺杆满足强度条件。四、 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=FQZD4b式中： FQ轴向载荷，N；D4螺母螺纹大径，mm；Z螺纹旋合圈数，取；b螺纹牙根部厚度，梯形螺纹 b=0.65P=0.656=3.9；螺母材料的许用切应力。代入数据计算得=FQZD4b=500010373.9=11.03MPa由参考文献2 183页表8.12螺母材料的取用切应力=3040MPa，显然。螺纹牙根部的弯曲强度条件为b=3FQlZD4b2b式中：l弯曲力臂，l=D4-d22=37-332=2mm；其他参数同上。带入数值计算得b=3FQlZD4b2=35000210373.92MPa=16.97MPa由参考文献2 183页表8.12螺母材料的许永弯曲应力b=4060MPa。显然，bb，即满足螺纹牙的强度条件。五、 自锁条件校核因=3.3123，=4.5739，因此满足自锁条件。六、 螺杆的稳定性校核螺杆的柔度值=li=4ld3式中： 长度系数，对千斤顶，可看作一端固定、一端自由，取 =2；d3螺纹小径，mm；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l=150+H螺母2+h1+l退刀槽。l退刀槽指螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知l退刀槽=9mm。H螺母=ZP=106mm=60mm手柄直径为d手柄=30mm，由结构尺寸公式h1=1.82.0d手柄=5460mm，取h1=60mm，则l=150+H螺母2+h1+l退刀槽=150+6102+60+9mm=249mm带入以上数值得=4ld3=4224929=68.7对于50号钢调制，由参考文献2 185页式8.28，当2.5因此，满足稳定性要求。七、 螺母外径及凸缘设计图 2 螺母各部分尺寸图由经验公式知，螺纹外径 D21.5d=1.536mm=54mm。螺纹凸缘外径 D31.4D2=1.454mm=75.6mm，取 D3=78mm。螺纹凸缘厚 b=0.20.3H=0.20.360mm=1218mm, 取 b=15mm。八、 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承面间的摩擦力矩。设F为加在手柄上的力，L为手柄长度，则FL=T1+T2。有T1=114276 NmmT2=13fFQD-243-D1+23D-242-D1+22式中：T1螺纹副摩擦力矩，；T2托杯支承面间的摩擦力矩，。D=1.61.8d=1.736mm=61.2mm 取 D=62mmD1=0.60.8d=0.736mm=25.2mm 取 D1=26mm托杯选铸铁，手柄选Q215，由参考文献2 185页表8.13知，摩擦因数f=0.12，则T2=13fFQD-243-D1+23D-242-D1+22133726NmmL=T1+T2F=133726+114276 200mm=1240mm，取L=300mm，加套筒长1000mm。手柄直径d手柄3FL0.1b，由 b=s1.52，查参考文献3 91页表10.1 s=205MPa，则b=s1.7=121MPa带入数值计算得d手柄3FL0.1b=35000012400.1121MPa=27.6mm取手柄直径d手柄=30mm。九、 底座设计螺杆下落到底面，再留3050mm空间，底座铸造起模斜度1:10，厚度为10mm。D5由结构设计决定，D5=130mm，D4=1.4D5=182mm。校核底面的挤压应力p=FQ4D42-D52=5000041822-1302MPa=4.61MPa底面材料选择铸铁HT100，当铸件壁厚S=3050mm时，b80MPa，p=0.40.5b=0.40.580M