螺旋起重器设计任务书.doc

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1、螺旋起重器（千斤顶）设计任务书题 目：螺旋起重器的设计学生姓名：王欣学 号:12125736指导教师：傅燕鸣专 业： 机械工程与自动化上海大学机电工程与自动化学院设计期限：2014年9月18日-2014年10月16日目录设计目的 1 设计步骤及注意事项 1 1.螺杆的设计与计算21.1 螺杆螺纹类型的选择 21.2 选取螺杆的材料 21.3 确定螺杆直径 21.4 自锁验算 31.5 结构 31.6 螺杆强度计算 41.7 稳定性计算 42.螺母的设计与计算52.1.选取螺母材料 52.2.确定螺母高度及螺纹工作圈数52.3.校核螺纹牙强度52.4.螺母外径的计算63. 托杯的设计与计算74.

2、 手柄的设计与计算84.1.手柄材料 84.2.手柄长度 84.3.手柄直径 85. 底座的设计及计算96.其他 97.效率计算9设计目的（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，培养机械结构设计能力，初步了解机械设计 的一般程序。（2）学会综合运用所学知识，培养独立解决工程实际问题 的能力。（3）培养查阅机械设计手册及有关技术资料和正确使用国 家标准、一般规范的能力，为课程设计及解决机械设 计的实际问题打下一定基础。设计步骤及注意事项图1 螺旋千斤顶1托杯；2 螺钉；3 手柄；4 档环；5 螺母;6紧定螺钉；7 螺杆；8 底座； 9 档环如上图所示，螺旋起重器（千斤顶）由

3、螺杆、底座、螺 母、手柄和托杯等组成。通过转动手柄使螺杆在固定的螺母 中边旋转、边相对底座上升或下降，从而能把托杯上的重物 举起或放落。装在螺杆头部的托杯应能自由转动，螺杆下端 设置安全挡圈，以防止螺杆全部旋出。螺杆千斤顶应具有可 靠的自锁性能。在进行螺旋起重器设计时，有些零件（如螺杆和螺母） 的主要尺寸是通过理论计算确定的；有些零件的尺寸是根据 经验数据、结构需要和工艺条件决定的；还有一些零件是按 照标准规格选出的。后两种情况，必要时要进行相应的强度 校核。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，千斤顶常用的是梯形螺纹。 梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角a =300

4、,梯形螺纹的内外 螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.1 2005的规定。千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。因 此选用的螺杆螺纹是牙形角a =30 o的单线梯形螺纹。螺杆材料常用 Q235、Q275、40、45、55等。在此选用 的是Q275。1.2选取螺杆的材料螺纹中径按螺母螺纹牙面的耐磨性计算，对于梯形螺纹:F或矩形螺纹，h=0.5P,则有d2为.8卩。式中，=1.5，螺母材料为铸铝青铜，故取 p =20MPa。对于梯形螺纹，可根 据d2的计算值查表4-5及表4-6确定螺杆的标准中径d2、大 径d、小径d3，螺母的标准中经 D2 （=d2）、大径D4、小径 D1、以

5、及螺距P。1.3确定螺杆直径牙形角a =30。的单线梯形螺纹螺杆材料：Q275s 275Mpa螺杆螺纹中径d20.8 4550031. 156mm,根据求 1.520得的此螺纹中径，查表 GB/T5796.3 2005取：=1.5p=20MPa螺杆尺寸：d36mmd232. 5mmd329mm螺母尺寸：D437 mmD232. 5mm螺杆的标准中径d232. 5mm，大径d36mm,小径D130mmP=6mmd329mm。螺母的标准中径D?( d?) 32.5mm,大径D437mm,小径 Di30 mm 螺距 P 6mm1.4自锁验算自锁条件是入W© v式中：入为螺纹中径处升角；&#

6、169; v为摩擦角(非矩形螺纹 应为当量摩擦角© v=tan-1fv,为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比摩擦角小1°，即© v入l。f 取 0.08。nP16入arcta narcta n3 363d23. 1432. 5f0.08arcta narcta n4.73coscos15符合自锁条件C)/215f 0.08入 3. 3634.73符合自锁条件dk 24. 5mm d428.5mmb=9mm1.5结构螺杆上端用于支承托杯1并在其中插装手柄 3,因此需要 加大直径。手柄孔径 dk的大小 根据手柄直径 dp决定，dk> dp 十0.5mm。由后面的计

7、算可知 手柄的直径dp=24mm，所以dk 240.524.5mm为了便于切制螺纹，螺纹 上端应设有退刀槽。退刀槽的 直径d4应比螺杆小径 d1小。 d428. 5mrnio退刀槽的宽度可取为b=1.5P=9mm。为了便于螺杆旋入螺母， 螺杆下端应有倒角或制成稍小 于d1的圆柱体。为了防止工作时螺杆从螺 母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈(GB/T891-1986) D 50mm,H 5mm ，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000) M 8 20固定在螺杆端部。1.6螺杆强度计算螺杆工作时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力。按第四强度理论，危险剖面的强度按下式进行校核：“ 辛2 3曙尸其中

8、，F为螺杆所受的轴向压力 (N);螺杆所受的扭矩(Nmm)d2T F tan()，式中 为螺纹中径处升角，为当量摩擦2角；为螺杆材料的许用应力( MPa),由前面可知螺杆的材料是Q275，查表得其屈服强度s275MPa,所以其许用应力s ，由于千斤顶的载荷是稳定的，许用应力取最大值有3 527591.7MPa 。33计算：T F tan()並232 5 45500 tan( 3. 3634. 73 )2105136. 48N ? mm贝U有：Ca(仆厂严)2ca Y d計 3 df445500、2 c z 16105136. 48 2丿2 )2 3 (3)2斗29229372. 3MPa二ca

9、 ，符合强度计算的条件。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，计算时应注意正确确定螺杆长度系数卩。当螺杆的柔度入sv 40时，可以不必进行稳定性校核。 长度系数 =2,91.7MPaT=105136.5N mmca 72.3MPaca ，符合强度计算的条 件d3螺杆危险截面的惯性半径i一7.25mm,螺杆工作长度4HlL B _200 + 54 + 24.5 = 278.5mm ,贝U 柔度2sJ76.83mn。因此螺杆 s<8590，为中柔度压杆，其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算如下：2未淬火刚：Fcr13402d3120678

10、.44N10.00013( s)24490d2淬火刚：Fcr223139233.83N10.00002( s)24Fcr12. 652. 4 4.0且 Fcr23. 062. 4 4. 0，FF满足稳定性要求2.螺母的设计与计算2.1. 选取螺母材料螺母材料选用ZCuAI 1o Fes。2.2. 确定螺母高度及螺纹工作圈数=1.5 H= d2=1.532.5=48.75mm，取整数 H=49mm，螺纹工H 49作圈数计算u=H =竺=8.17。P 62.3. 校核螺纹牙强度螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹的强度。由螺纹牙危险面的剪切强度条件为 ，D4b

11、u45500 12. 29MPa30 - 40MPa3. 1437 0. 65 68. 17螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为i=7.25mml=278.5mms76.83mm满足稳定性要求H=49mmu=8.176FI6 45500 37 3252D4b2u二一2 42 52MPa 3.14 37 0.6628.1740 60MP上式中,弯曲力臂，lb为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹,D4 D1。2b=0.65P, L 为强度满足条件螺母的外径置部分抗拉强度计算，考虑螺 旋副中摩擦转矩的存在，将轴 向载荷增大30%，则拉伸强度 校核公式为D，按螺母悬1. 3FD2d24拉应力,=0.83式中,为

12、螺母材料的许用b为许用弯曲应力，见表21-3。为螺母外径。解之求得 D> 56.42mm，圆整之后取D=60mm。D=60mm螺母凸缘支承面上的挤压强度条件为4F(Df - D2)式中，p为螺母材料的许用挤压应力,=1.51.7 bb为许用弯曲应力，见表21-3。Di为螺母凸缘外径。 所以近似取Di=76mm。解之求得 Di> 75.89mm,D1=76mm螺母凸缘根部的弯曲强度条件为MF(D1D) / 4p WDa2 / 61.52 D)bDa2a=16mm式中，a为螺母凸缘厚度。解之求的a> 15.23nm ,所以近似取a=16mm。螺母凸缘根部的剪切强度条件为F Da式

13、中，为螺母材料的许用剪切应力。由该公式计算得45500Da15. 09MPa60 1630 40MPa强度条件完全符合。3.托杯的设计与计算托杯用来承托重物，可用铸铁铸成，也可用 螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此，与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损, 另一方面还需要验算接触面间的压力强度，Q235钢模锻成，当 在起重时托杯底部方面需要润滑，托杯的主要尺寸按经验公 式计算并圆整。强度符合条件D5n57D30.6D3 取 23mmD61.7D6 取 65mmD52.4D5 取 90mmD7DoD7 取 62mmD3D30. 7 dmm1.9 dmm2. 5 dmm2 4 mm0

14、. 5mmD0取23. 5mmB 1.4 1.6 dmmB 54mm.8 10 mm这里取10mmS=1.5P=9mm。D3=23mmD6=65mmD5=90mmD7=62mmD0=23.5mmB=54mm=10mmS=9mm托杯下端面的设计应满足:4FD2 D217.48MPa p强度符合445500P 3.140.06220.023524.手柄的设计与计算4.1. 手柄材料常选用碳素结构钢 Q235或Q275。4.2. 手柄长度扳动手柄的力矩应与阻力矩平衡，即p p12。式中，Fp为扳动手柄的里，通常取150200N之间；，T2分别为螺旋副，螺杆端 面与托杯之间的摩擦阻力矩，按下式计算d

15、2TiFta nv 105. 14 N m21d3d010.06230.0235T，fF 打 号0. 12 45500 2 N m3D2：030.062"0.023562.3N mmt1105. 1462. 3cm o则 Lpm 956. 8mmp175考虑螺杆头部直径及手握的长度，手柄的实际长度为LpLpE50 150 mmpp2Lp 取1090mm为了减少起重器的存放空间，一般取实际手柄长度不大于起重器的高度，当起重量较大时，可在手柄上套一长套管以增大力臂，达到 省力的目的。4.3. 手柄直径手柄直径dp按弯曲强度设计，即dp 31，'0.1p式中，p为手柄材料的许用弯曲

16、应力，按ps计算，pp 1.5 2p 取 150MPa。dp3123. 34mm 圆整之后取 24mmp 0. 1150Lp''=1090mm dp=24mm5. 底座的设计及计算DLgII 口H1=220mmD8=65mmD9=109mm底座材料选用HT150 , 铸铁壁厚10mm。其主要尺寸根据经验公式求得。Hi=L+(1520)=220mmD 8=D+(510)=65mmD9=D8+H i/5=109mmD；0直径D10由底面的挤压强度确定：D10f 咅D2)445500 3. 1421092202.1mm 取 205mmD10=205mm式中，p为接触面材料的许用挤压应力，木材为24MPa，取2MPa。6. 其他Hh1.螺母与底座的配合常用一7或11。h7hn2. 为防止螺母转动，应设紧定螺钉。3. 为防止托杯脱落和螺杆旋出螺母，在螺杆上，下两端安装安全挡圈。4. 为了减少摩擦，磨损及托杯工作时不转动，螺旋副及托杯与螺杆的 接触面均需润滑。7. 效率计算4550092200109029. 9%30%FS2 FPLp符合效率条件效率满足w 30%至此，螺旋起重器(千斤顶)设计完成