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1、重庆大学螺旋起重器设计计算说明书题目: 螺旋起重器 学院: 机械工程学院 班级: 机自04班 姓名: 王正 学号: 20122266 题目:设计螺旋起重器设计原始数据：起重量, 最大起重高度L=200mm。工作内容：1、详细设计计算（参考8.1.5节）；2、完成全部零件的3维实体建模和装配；3、绘制装配图一张。目录第一章 螺杆的设计与计算31-1 螺杆螺纹类型的选择31-2 选取螺杆材料31-3 确定螺杆直径31-4 自锁验算41-5 结构41-6 螺杆强度校核51-7 稳定性计算5第二章 螺母设计与计算72-1 选取螺母材料72-2 确定螺母高度H及螺纹工作圈数u82-3 校核螺纹牙强度82
2、-4 安装要求9第三章 托杯的设计与计算93-1 托杯的尺寸计算9第四章 手柄设计与计算104-1手柄材料104-2 手柄长度114-3 手柄直径11第五章 底座设计125-1 底座设计与计算12第一章 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，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。矩形螺纹牙根强度低，锯齿形螺纹牙型不为等腰梯形，加工成本高。从实用性考虑，故选梯形螺纹，它的基本牙型按GB5796.386的规定。1-2 选取螺杆材料考虑到千斤顶转速较低，单个作用面受力不大，螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55
3、等。此处选最常用的45钢。1-3 确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径。求出后，按标准选取相应公称直径、螺距P及其它尺寸。根据规定，对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取=1.22.5，此处。螺杆螺母材料分别为钢青铜，滑动速度为低速，得许用应力为1825MPa。取。摩擦系数起动时取大值，校核是为安全起见，应以起动时为准，由值，应取。代入得查机械设计课程设计表14-2，根据梯形螺纹的标准GB5796.386，取螺纹公称直径d=28mm，螺距为其它尺寸：螺杆小径： d3=22.5mm，螺杆螺母中径：d2=D2=25.5mm螺母大径：D4=28.5mm，螺
4、母小径：D3=23mm螺母高度：H=d2=225.5=51mm。1-4 自锁验算自锁条件是，式中：为螺纹中径处升角；为当量摩擦角（当量摩擦角，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小）。查机械设计教材表5-12， 得= 0.10 (取启动时计算用的最大值)=arctan sd2= arctan nPd2= arctan 153.1425.5=3.57故，=3.871=4.91所以自锁性可以保证。1-5 结构 如右图一: 螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，因此需要加大直径。手柄孔径的大小根据手柄直径决定，。为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径应比螺杆小径约小0.2
5、0.5mm，d4=d30.5mm=22.5mm0.5mm=22mm。退刀槽的宽度可取为。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于的圆柱体。为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置挡圈(GB892-86)，挡圈用紧定螺钉固定在螺杆端部。其中：退刀槽宽度为 D13=(1.71.9)d=1.828=50.4mm50mm（1.41.6）d=1.5d=42mm螺栓外径为：0.25d=0.2528=7mm（此处设计所用数据为后面校核后的数据）1-6 螺杆强度校核对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。得其中扭矩T=Ftan（+）d22=30103tan（3.57+5.91）2
6、5.52=63.87N.m式中：y为螺纹中径处升角，为当量摩擦角。 查手册，45钢的，教材表5-13，安全系数35，取3。，故，e=75.73MPa=128.33MPa 满足要求。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。FcrF2.54螺杆的临界载荷与柔度有关，为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取 ，i为螺杆危险截面的惯性半径，危险截面面积，则(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)当螺杆的柔度时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。 1-7-1计算柔度 （1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I
7、和iI=d3464=3.14（22.510-3）464=12.5710-9m4i=IA=d34=（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l=H/2+L+（1.82）d=51/2+200+2X28=267.5mm(3) 计算柔度查教材，取2(一端固定，一端自由)/i=95.1190所以需要校核。1-7-2稳定性计算（1） 计算临界载荷 Fcr=2EI(l)2=3.14221010-912.5710-9（2267.510-3）2=90.93KN(2) 稳定性计算FcrF=90.9330=3.031处于2.54.0之间所以，稳定性满足要求。1-7-3 挡圈参数选择底端挡圈：根据GB/T892-198
8、6 45,由d=28mm，得，螺栓GB5783（推荐），圆柱销GB119（推荐），垫圈GB93（推荐）。顶端挡圈：根据GB/T892-1986 45,由，得， ，。螺栓GB5783（推荐），圆柱销GB119（推荐），垫圈GB93（推荐）。第二章 螺母设计与计算2-1选取螺母材料螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。此处选青铜。2-2 确定螺母高度及螺纹工作圈数螺母高度H=51mm，螺纹工作圈数u=H/P=51/5=10.2，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数（应圆整)。考虑到螺纹圈数越多，载荷分布越不均，故不宜大于10。2-2-1求螺母高度H=51
9、mm2-2-2 螺纹工作圈数u=10.2=u+1.5=12.1应圆整, 取12。2-2-3 螺母实际高度=P=125=60mm2-3 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。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。2.3.1螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：螺纹牙危险截面的剪切强度条件为 ；螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为 （b螺纹牙根的厚度，且；D螺母的螺纹大径；弯曲力, ）查表，（梯形螺纹），取 , 取故，皆满足要求。2-4安装要求见图1-2螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用或等配合。为了安装简便，需
10、在螺母下端和底座孔上端做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为612mm。2-4-1 螺母的相关尺寸已得：D=d+1=28+1=29mm内螺纹小径D1=23mmD3=1.5d=1.528=42mmD4=1.4D3=1.442=58.859mm=60mma=（0.20.3）=0.2560=15mm第三章 托杯的设计与计算3-1托杯的尺寸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，取材料为Q235。其结构尺寸见右图。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
11、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。 式中：许用压强，应取托杯与螺杆材料的小者。Q235: ；45钢：，取。D10=(2.42.5)d=2.528=70mmD11=(0.60.8)d=0.728=19.6mm20mmD13=(1.71.9)d=1.828=50.4mm50mmD12=D13（24）=50.43=47.4mm47mmh1=（1.82）d=228=56mm故 P=20.52MPaP托杯厚度=812mm，此处取；杯底厚度为 ；沟纹宽度为；沟纹深度
12、为；托杯高度为1.8d=1.828=50.4mm50mm。为保证托杯可以转动，螺杆顶端的垫片与托杯底部留有间隙，间隙值为34mm，因承受力不大，故取值为。第四章 手柄设计与计算4-1手柄材料常用Q235和Q215。选择Q235。4-2手柄长度板动手柄的力矩： 则式中：K加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150250N，工作时间较长时为100150N。考虑一般为间歇工作，工作时间较长机会不多，故取为200N。螺旋副间的摩擦阻力矩，=30103tan（3.57+5.91）25.52=63.87N.m托杯与轴端支承面的摩擦力矩， 。(查手册取0.06)T2=(47.4+19.6) 10-30
13、.0630103/4=30.15Nm则 Lp=T1+T2K=63.87+30.15200=470.1mm手柄计算长度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D132+（50150）mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。因此，手柄实际长度LP=LP+50.42+100=595.3mm595mm4-3手柄直径把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径，其强度条件为 故 dp3KLp0.1=21.49mm 取式中：手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q235时，。第五章 底座设计5-1 底座设计与计算底座材料常用铸铁HT150及HT200，选用HT150。铸件的壁厚不应小于812mm，取。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110的斜度。底座结构及尺寸如图S=(11.5) =1.210=12mmH1=L+(1428)mm=200+20=220mmH-a=60-15=45mmD3=43mmD5=D3+2+4mm=43+20+4=67mmD6=D3+4mm=43+4=47mmD7=0.1H1S（Ha） 2+D6+2=99.6mm100mmD8=1.4D7=1.499.6=139.44mm139mm12各类材料