螺旋举重器设计计算说明书

螺旋举重器设计螺旋举重器设计 计算内容结果 1 螺杆的设计与计算 1 1 螺杆螺纹类型的选择 螺纹有矩形 梯形与锯齿形 常用的是梯形螺纹 梯形螺纹牙型为等腰梯形 牙形角 30 梯形螺纹的内外 螺纹以锥面贴紧不易松动 故选梯形螺纹 它的基本尺寸按 GB5796 3 86 的规定 确定螺杆的标准中径 d2 大径 d 小径 d3 螺母的标准中径 D2 d2 大径 D4 小径 D1以及螺距 P 1 2 选取螺杆材料 螺杆材料常用 Q235 Q275 40 45 55 等 1 3 确定螺杆直径 按螺母螺纹牙面耐磨性条件确定螺杆中径 d2 求出 d2后 按标准选取相应公称直径 d 螺距 P 及其它尺寸 有 d2 0 8 F p 根据国家规定 2 5 3 5 取 3 梯形螺纹 h 0 5p 查 1 表 7 1 p 取 7Mpa 故 d2 0 8 41 5mm ph Ft p F 查机械设计课程设计手册 d 取 46mm P 12mm d2 D2 40mm D4 47mm d3 33mm D1 34mm 1 4 自锁验算 自锁条件是 v 式中 为螺纹中径处升角 v为当量摩 擦角 当量摩擦角 v arctan f cos 但为保证自锁 螺纹中 选梯形螺纹 选 45 钢 d 46mm P 12mm d2 D2 40mm D4 47mm d3 33mm D1 34mm 1 径处升角至少要比当量摩擦角小 1 查教材表 14 2 f 取 0 12 arctan P d2 arctan 12 3 14 40 5 46 v arctan f cos arctan 0 12 cos 30 2 7 08 则 5 46 v 1 6 08 满足自锁条件 1 5 螺杆强度计算 对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度 强 度计算方法参阅教材公式 5 47 ca 22 23 33 4 3 0 2 FT dd 其中扭矩 51 5 103 tan 5 46 7 08 40 2N mm 229 10 N mm 查表 8 1 得知 对 45 钢 294MPa s 由表 7 2 98MPa D3 33mm 故 c 5 3 s 3 s 3 294 2 3 2 2 3 332 0 10 229 3 3314 3 105 514 81 64MPa 98MPa 满足强度条件 1 7 稳定性计算 细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳 为此应按 稳定性条件验算螺杆的稳定性 Fc F S 3 5 5 螺杆的临界载荷 Fc与柔度 有关 l i 为螺杆的长度 系数 与螺杆的端部结构有关 l 为螺杆的最大工作长度 按螺 5 46 v 7 08 v 1 满足自锁条件 T 229 10N mm 2 tan 2 d FT v 2 杆升至最高位置时托杯底面到螺母中部的高度计算 可近似取 l L B H 2 i 为螺杆危险截面的惯性半径 若危险截面面积 A d32 4 则 I 为螺杆危险截面的惯性矩 4 3 d A I i 当螺杆的柔度 40 时 可以不必进行稳定性校核 计算时 应注意正确确定 当 N 式中 E 为螺杆材料的弹性模量 对于钢 2 2 EI l E 2 06MPa 5 10 对于 470MPa 的优质碳素钢 取 Fc 461 2 57 B 2 3 d 4 1 7 1 计算柔度 1 计算螺杆危险截面的轴惯性矩 I 和 i I 58213 76mm4 64 4 3 d 64 3314 3 4 8 25mm 4 3 d A I i 4 33 2 求起重物后托杯底面到螺母中部的高度 l L L B H 2 220 69 135 2 356 5mm 3 计算柔度 查表 7 3 取 2 一端固定 一端自由 l i 86 42 40 所以需要进行稳定性校 25 8 5 3562 核 1 7 2 计算稳定性 1 计算临界载荷 Fc 294Mpa s 98MPa c 81 64MPa c 满足强度条件 I mm4 i 9 75mm 3 查表 8 1 得知 588MPa 470MPa 所以 B Fc 461 2 57 35N 2 3 d 4 461257 2 33 4 2 稳定性计算 3 97 3 5 5 51500 35 204331 F Fcr 满足稳定性条件 2 螺母设计与计算 2 1 选取螺母材料 耐磨性较好的螺母材料有铸锡青铜 ZCuSn10Pb1 铸造锡锌铅 青铜 ZCuSn5Pb5Zn5 和铸造铝铁青铜 ZCuAl10Fe3 低速 轻载或 不经常使用时 也可选用耐磨铸铁或铸铁 2 1 2 螺纹工作圈数 u 螺纹牙工作圈数 z 根据耐磨性计算 由 1 式 7 1 z 10 式中 h 为螺纹牙工作高度 对于梯形和矩形螺 2 phd F 纹 h 0 5P 如果 z 10 应增大螺纹直径或改选螺母材料 考虑螺杆退刀 槽的影响 螺母螺纹牙的实际圈数应取 u z 1 5 2 1 3 螺母实际高度 H H z P 11 26 12 135mm 2 2 校核螺纹牙强度 一般螺母的材料强度低于螺杆 故只校核螺母螺纹牙的强度 螺母的其它尺寸见图 1 3 必要时还应对螺母外径 D4进行强度 验算 查教材公式 7 4 7 5 螺纹牙根部剪切强度和根部弯曲强度 条件分别为 l 356 5mm s 72 2 Fc 35N 3 97 F Fc 3 5 5 满足稳定性条 件 选铸铁 H 135mm 4 bzD F 4 bb zbD Fh 2 4 3 式中 b 为螺纹牙根部的厚度 对于梯形螺纹 b 0 65P h为螺纹牙工作高度 6mm l 查机械设计课程设计手册表3 8 D d 1 49mm D2 44mm 查表 7 2 取 30Mpa 取 50Mpa b 故 bzD F 4 26 11 1265 0 4714 3 105 51 3 3 97MPa 30 Mpa b zbD Fh 2 4 3 26 111265 04714 3 6105 513 2 3 9 16Mpa 40Mpa 满足强度条件 2 3 结构要求 螺母压入底座上的孔内 圆柱接触面问的配合常采用或 7 8 h H 等配合 为了安装简便 需在螺母下端 图 1 3 和底座 11 11 h H 孔上端 图 1 7 做出倒角 为了更可靠地防止螺母转动 还应 装置紧定螺钉 图 1 1 紧定螺钉直径常根据举重量选取 一 般为 6 12mm 螺母的相关尺寸计算 D 45mm 2 4 1 66 F D 2 1 66 51 5 47 41 5 螺母凸缘尺寸按一下经验公式初步确定 z 9 76 z 11 26 3 97Mpa 9 16Mpa 5 D 1 1 3 1 4 D 1 4 120 168mm a H 3 135 3 45mm 3 托杯的设计与计算 托杯用来承托重物 可用铸钢 铸成 也可用 Q235 钢模锻制成 其 结构尺寸见图 1 4 为了使其与重 物接触良好和防止与重物之间出现 相对滑动 在托杯上表面制有切口 的沟纹 为了防止托杯从螺杆端部 脱落 在螺杆上端应装有挡板 当螺杆转动时 托杯和重物都不作相对转动 因此在起重时 托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动 为了避免过快磨损 一 方面需要润滑 另一方面还需要验算接触面间的压力强度 4 DD 2 11 2 12 F pp 托杯主要尺寸按经验公式计算并圆整 D5 2 4 2 5 d 2 446 110 4mm 圆整为 110mm D3 0 6 0 7 d 0 646 27 6mm 圆整为 28mm D6 1 7 1 9 d 1 846 82 8mm 圆整为 83mm D7 D6 2 4 83 3 80mm D0 D3 0 5mm 28 5 圆整为 29mm B 1 4 1 6 dmm 1 546 69mm 故 4 DD 2 11 2 12 F pp 满足强度条件 D 120mm a 45mm 6 4 2980 14 3 105 51 22 3 11 8Mpa 20Mpa 4 手柄设计与计算 4 1 手柄材料 常用 Q235 和 Q215 4 2 手柄长度 Lp 板动手柄的力矩 Lp T1 T2则 式 1 2 p F p F TT L 21 p 式中 加于手柄上一个工人的臂力 约为 p F 150 200N T1 螺旋副间的摩擦阻力矩 51 5 103 tan 5 46 7 08 2 40 229 1N mm T2 托杯与轴端支承面的摩擦力矩 T2 查表 14 2 f 0 12 33 70 22 70 1 3 D D fF D D 179 46N mm 33 22 10 08 0 029 0 12 51500 30 08 0 029 则 取 200 p F TT L 21 p p F 2042 8mm 200 46 1791 229 19mm D5 110mm D3 32mm D6 83mm D7 80mm D0 29mm 11 8MPap p 满足压力强度 条件 选 Q235 2 tan 2 1 d FT v 7 手柄计算长度 Lp是螺杆中心到人手施力点的距离 考虑螺 杆头部尺寸及工人握手距离 手柄实际长度还应加上 50 150 mm 手柄实际长度不应超过千斤顶 使用时可 2 6 D 在手柄上另加套管 因此 手柄实际长度 100 2042 8 41 4 50 2134 2mm p L p L 2 87 4 3 手柄直径 dp 把手柄看成一个悬臂梁 按弯曲强度确定手柄直径 dp 其强 度条件为 b 式 1 3 3 p p d1 0 KL b 故 dp 3 p 1 0 b pL F 28mm 3 1831 0 8 2042200 式中 F 手柄材料许用弯曲应力 当手柄材料为 Q215 和 Q235 时 F 183Mpa 5 底座设计 底座材料常用铸铁 HT150 及 HT200 铸件 的壁厚 不应小于 8 12mm 为了增加底座的 稳定性 底部尺寸应大些 因此将其外形制成 1 10 的斜度 底座结构及尺寸 如右图 图中 取 19mm T1 229 1N mm T2 179 46N m 1976 5mm p L 2042 8mm p L dp 28mm 8 H1 L 15 20 mm 220 20 240mm D8 D 5 10 mm 120 12 130mm D9 D8 2 130 2 178mm 10 1 H 10 2