课程设计-螺旋举重器设计计算说明书

设计任务书设计任务书 设计课题螺旋举重器 设计方案 第 17 号方案 最大起重量 F 44KN 最大提升高度 L 200mm 设计要求 1 装配图一张 2 设计计算说明书一份 教学目的 1 熟悉螺旋传动的工作原理 掌握螺旋传动的设计过程和方 法 培养结构设计能力 初步了解机械设计的一般程序 2 学会综合运用所学的知识 培养独立解决工程实际问题的 能力 3 培养查阅机械零件设计手册及有关技术资料和正确使用国 家标准 规范的能力 螺旋起 重器 主要零件 螺杆 螺母 螺钉 螺栓 托杯 底座 手柄 参考资料 1 1 机械设计 东北大学出版社 2 2 机械设计习题及解题分析 东北大学出版社 3 3 机械零件手册 高等教育出版社 螺旋举重器设计计算说明书螺旋举重器设计计算说明书 设计计算步骤及说明设计计算步骤及说明数据结果数据结果 一 确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸一 确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸 1 选择螺纹牙型 梯形螺纹 依据 梯形螺纹的工艺性能好 牙根强度高 对中性好 2 螺纹基本尺寸计算 由基本数据知 F 44KN 取 3 查阅 1 P160 表 7 1 取 MPa 16 p MPa p Hhd FP hdz F p 22 查阅 2 P110 得 d2 30 28mm 163 44000 8 08 0 p F 查阅 3 P67 的 GB 5796 3 1986 取 P 6mm d 34mm 则 d2 D2 d 3 d3 d 7 D1 d 6 D4 d 1 二 螺杆的设计计算二 螺杆的设计计算 1 选择螺杆材料 45 钢 2 螺杆头部结构 见附图一 3 螺杆的强度校核 螺杆既受轴向力 F 又受转矩 T 的作用 在螺杆危险剖面 P MPa16 P 6mm d 34mm d3 27mm d2 31mm D2 31mm D4 35mm D1 28mm 上存在拉应力和扭转应力 根据第四强度理论计算 2 3 3 2 2 3 22 2 0 3 4 3 d T d F ca 查阅 2 P110 取摩擦系数 f 0 08 半角 15 其中 2 tan 2 d FT v 4 735 v v f f arctan cos arctan 31 61 arctanarctan 2 d np 525 3 44000 99007N 2 tan 2 d FT v 2 31 735 4 525 3 tan 2 3 2 2 2 3 3 2 2 3 272 0 99007 3 27 440004 2 0 3 4 d T d F ca 80 859 MPa 查阅 1 P48 表 2 6 及 P161 表 7 2 取 MPa 90 4 360 4 S C 则 故 安全 caC MPaMPa 859 8090 4 螺杆稳定性校核 图一 受力分析图 f 0 08 15 4 735 v 525 3 99007N T 80 859 ca MPa 螺纹升至最高位置时 可视为直径为 d3 的下端固定 上端自由的压杆 为防止失稳 按下式进行校核其稳定性 查阅 1 P162 得 3 5 5S F Fc 其中 2 2 EI Fc 4 4 3 64 mm d 查阅 1 P162 表 7 3 及 2 P111 113 取 51mm 60 0 dB5 1 N d Fc 4 57 2 461 2 3 6 75mm 4 3 d A i i 2 H BLl 5 自锁性能校核 查阅 1 P163 可得 自锁条件为 vv f f arctan cos arctan 由可得满足自锁条件 735 3 1525 3 v 三 螺母的设计计算三 螺母的设计计算 1 选择螺母材料 铸锡青铜 2 螺纹牙圈数计算 螺纹牙工作圈数 z 根据耐磨性计算 I 26074 4 mm 51mm B 6 75mmi 4 735 v 3 525 h 3mm 查阅 1 P160 得 hdz F p 2 Ph5 0 则 1041 9 2 phd F z z 10 又 考虑螺杆退刀槽的影响 螺母螺纹牙的实际齿数应取 5 1 zz 1 螺母结构的确定 螺母高度 H PzH 螺母外径 D 按螺母悬置部分抗拉强度计算 考虑螺纹副中摩擦 转矩的存在 将轴向载荷增大 30 查阅 2 P112 得 拉伸强度校核公式为 2 4 2 4 3 1 DD F z 10 11 5 z H 69mm 图二 螺母结构图 设计公式为 2 4 66 1 D F D 其中 b 83 0 查阅 1 P161 表 7 2 取 55MPa b 螺母凸缘尺寸 查阅 2 P112 得凸缘尺寸按以下经验公式初步确定 DD4 1 3 1 1 取 其中DD35 1 1 3 H a 螺母拉伸强度校核 45 541MP 45 65MPa 2 4 2 4 3 1 DD F 安全 2 螺母强度校核 查阅 1 P161 得 梯形螺纹中pb65 0 螺纹牙根部弯曲强度校核式如下 2 4 2 4 3 6 22 bDz Fh bDz h F W h F b b 23 690MPa 55MPa b b 根部剪切强度校核式如下 bDz F 4 55MPa b 45 65MPa D 53 151mm 71 753mm 1 D 23mma 45 541MPa 3 9mmb 23 690MPa b 10 266MPa 10 266MPa 40MPa 凸缘支撑面的挤压强度校核 22 1 4 DD F p p 其中 取 bp 7 1 5 1 bp 6 1 24 124MPa 88 MPa p p 凸缘根部弯曲强度校核 2 1 2 1 5 1 6 4 aD DDF a D DD F W M b b 13 906MPa 55MPa b b 根部剪切强度应满足 aD F 11 462MPa 40 MPa 安全 四 托杯的设计计算四 托杯的设计计算 1 选择托杯材料 铸铁 铸钢或 Q235 2 托杯结构 查阅 2 P113 得 托杯主要尺寸按以下经验公式计算并圆整 取 mmdD7 0 6 0 3 mmdD65 0 3 取 mmdD9 1 7 1 6 mmdD8 1 6 24 124MPa p 13 906 b MPa 11 462MPa mmD23 3 mmD62 6 mmD84 5 取 mmdD5 2 4 2 5 mmdD45 2 5 取 mmDD4 2 67 mmDD3 67 取mmDD5 0 30 mmDD5 0 30 取 mmdB6 1 4 1 mmdB5 1 图三 托杯及螺杆端部结构图 3 托杯下端面挤压强度校核 查阅 2 P113 得 挤压强度校核计算式如下 2 0 2 7 4 DD F p p 19 486MPa 88 MPa p p 五 底座设计计算五 底座设计计算 mmD59 7 mmD23 0 mmB51 19 486MPa p 1 选择底座材料 常选用铸铁 HT150 GT200 当举重量 大时可选用铸钢 2 底座结构 取 mmLH20 15 1 mmLH16 1 取mmDD 10 5 8 mmDD6 8 mm H DD 10 2 1 89 底座的挤压强度确定 mmD F D p 2 910 4 其中 查阅 1 P50 表 2 9 得 25 1 s p 查阅 1 P48 表 2 6 取 a s MP360 考虑到起重器的稳定性 取mmD160 10 图四 底座结构图 3 危险截面强度校核 mmH216 1 mmD151 59 8 mmD351 102 9 288MPa p 103 297mm 10 D mmD160 10 查阅 2 P113 得危险截面强度校核按压缩强度校核 则危险截面强度校核计算式为 2 8 2 1 4 DD F p p 33 977 88 MPa 故 安全 p p 六 手柄设计计算六 手柄设计计算 1 选择手柄材料 碳素结构钢 Q235 或 Q275 2 手柄长度设计 L dp 图五 手柄结构图 由 图一 受力分析得 扳动手柄的力矩应与阻力矩平衡 即 21 TTLF pp 则 p p F TT L 21 其中 取 NFp200 150 NFp180 分别为螺纹副的摩擦力矩 螺杆端面与 1 T 2 T 托杯之间的摩擦阻力矩 2 tan 2 1 d FT v 2 0 2 7 3 0 3 7 2 3 1 DD DD FfT 查阅 2 P110 取摩擦系数 f 0 08 考虑螺杆头部直径及手握长度 手柄的实际长度为 取 mm D LL pp 150 50 2 6 mm D LL pp 100 2 6 为减小举重器的存放空间 一般取实际手柄长度 不 p L 大于举重器的高度 当举重器较大时可以在手柄上套一长 套管 以增大力臂达到省力的目的 3 手柄直径设计 由 2 P114 得 手柄直径按弯曲强度计算 p d 弯曲强度计算式为 b pp p LF d 1 0 其中 取 2 5 1 s b 8 1 s b 查阅 1 P48 表 2 6 取a s MP360 21mm p d 七 螺旋起重器的效率计算七 螺旋起重器的效率计算 螺杆旋转一圈 输入功率 举起重物的输出 ppL FW 2 1 功率 故SFW 2 ppL F SF 2 99006 831 1 T 75704 977 2 T 970 621mm p L 1101 221mm p L 20 595mm p d 21mm p d 21 208 18 21 208 25 设计合格 八 其它设计内容八 其它设计内容 1 螺母与