1、哈爾濱工業大學機械設計作業設計說明書題目螺旋起重器院系：能源科學與工程學院班號：學號：姓名：哈爾濱工業大學機械設計任務書1. 題目：設計螺旋起重器螺旋起重器是一種簡單的起重裝置，用手推動手柄即可起升重物。它一般由底座、螺桿、螺母、托杯、手柄或板手等零件組成。2. 已知條件:表3.1螺旋起重器的示意圖及已知數據題號起重器Fq/kN304050最大起重咼度H / mm1802001503. 設計要求：(1) 繪制裝配圖一張，畫出起重器的全比結構，按照比例裝配圖要求標注尺寸 、序號及 填寫明細欄、標題欄、編寫技術要求。(2) 撰寫設計說明書一份，主要包括起重器各部分尺寸的計算，對螺桿和螺母螺紋牙強

2、度、螺紋副自鎖性、螺桿的穩定性的校核等。目錄、設計題目3、螺母、螺桿選材3三、螺桿、螺母設計計算3.1耐磨性計算33.2螺桿強度校核43.3螺紋牙強度校核43.4螺紋副自鎖條件校核53.5螺桿穩定性校核5四、螺母外徑及凸緣設計6五、手柄設計6六、底座設計七、托杯及其他參數八、設計示意圖9九、參考資料10設計題目設計起重重量FQ=40 000N ， 最大起重高度H=200mm 的螺旋起重器。選擇螺桿、螺母的材料由于螺桿承受載荷較大，而且是小截面，故可選用45鋼調質處理。查參考文獻2表10.2得抗拉強度匚b = 600Mpa，丨=355Mpa。千斤頂屬于低速重載的情況，且螺母與螺桿之間存在滑動磨損

3、，故螺母采用強度高、耐磨、摩擦系數小，且適合低速重載情況的鑄鋁青銅ZCuA110Fe3 （考慮速度低）。三、螺桿、螺母設計計算3.1耐磨性計算螺桿選用45鋼，螺母選用鑄造鋁青銅ZCuA110Fe3，由參考文獻1查表5.8得螺母材料的p =18 25MPa，從表5.8的注釋中可以查得，人力驅動時p的值可加大20%，則p=21.630Mpa,取p=25Mpa 。按耐磨性條件設計螺紋中徑，選用梯形螺紋，則d2 _0.8；p。由參考文獻1查得，對于整體式螺母系數 * =1.22.5，取- =2。貝 U/ F40000d2 _0.80.8mm = 22.6mmp 2 25式中F軸向載荷，N ;d2螺紋中

4、徑，mm;p材料的許用壓強，MPa;- /dH螺母旋合高度，mm;d公稱直徑：查參考文獻3表11.5取公稱直徑螺距沖徑,小徑，內螺紋大徑3.2螺桿強度校核千斤頂螺桿受軸向力 F和扭轉力矩T1的作用，這里的扭轉力矩是螺紋副的摩擦轉矩Ti。根據第四強度理論，螺桿危險截面的強度條件為4Fqa22)3(16T13"3)2十式中：Fq 螺桿所受的軸向載荷，N ；d3 螺桿螺紋的小徑，mm ；plTi 螺桿所受轉矩，N mm ;Fq ta n( -，:為螺紋2升角，一 一一螺桿材料的許用應力，MPa;查找參考文獻1表5.10得對青銅的當量摩擦因數f'=0.08 0.10，取f'

5、=0.09，螺紋副當量摩擦角° =arctan f' =arctan0.09 =5.1427：。把已知的值帶入T1的計算公式中，則得由參考文獻1表5.9可以查得螺桿的材料許用應力刁 ，二s =355Mpa，門=71 118Mpa，取 3 5顯然，螺桿滿足強度條件。3.3螺紋牙強度校核因為螺母材料強度低于螺桿，所以螺紋牙的剪切和彎曲破壞大多發生在螺母上，故可只校核螺母螺紋牙強度。螺母螺紋牙根部剪切強度條件為：FqZ 二 Dqb汀式中：Fq 軸向載荷，N ；D4螺母螺紋大徑，mm;Z螺紋旋合圈數,Z取10;b螺紋牙根部厚度，mm ,對于梯形螺紋b=0.65P=0.65 X3mm=

6、1.95mm。代入數據計算查參考文獻1表5.9螺母材料的許用剪應力 =30 40MPa ,顯然：.。螺母螺紋牙根部的彎曲強度條件為：3FqIZ 二 D4b2式中：1彎曲力臂，'呼警二伽;其它參數同上 代入數據計算3 40000 彳 1 5. 22IM Pa1 O 32. 5 1.295查參考文獻1表5.9得螺母材料許用彎曲應力 二b =40 60Mpa。顯然，-b <Fb，即螺母螺紋牙滿足彎曲強度要求。3.4螺紋副自鎖條件校核由螺紋副自鎖條件1 二 1.7933/ J arctanf ' 5.1427,因此所以滿足螺紋副自鎖條件要求式中：螺紋螺旋升角()，*二arctan

7、兀d2：'一一當量摩擦角()；n螺紋線數，n=1;p螺紋導程(mm);d2螺紋中徑(mm);f'當量摩擦系數,查機械設計表 5.10 ,得f'=0.080.10,取f'=0.09;3.5螺桿的穩定性校核螺桿的柔度值747=id!式中：I 螺桿的最大工作長度，取螺母中部到另一端支點間的距離，則H螺母I =200 h! I退 刀槽其中：H螺母螺母高度(mm)， H螺母=ZP =30mm ；hi符號參見參考文獻1圖3.1 ；I退刀槽螺桿與手柄座相接處額尺寸，查手冊知，I退刀槽=9mm。假設手柄直徑為d1=20mm,由尺寸經驗公式 h '1.82 d1 =364

8、0mm，取h1=38mm,則L=(200+15+38+9)=262mmJ長度系數，對本千斤頂，看做一端固定、一端自有，則可取=2 ； d1螺紋小徑，d1=25mm 。代入數據計算則螺桿的柔度 = 4 2 262 =73.54 ： 9028.5對于45#調制鋼，當：90時，螺桿穩定的臨界載荷Fc為:4=135572N340 nd121 0.00013'4Fc 4.52 2.5那么，由壓桿穩定條件因此螺桿滿足穩定性要求。四、螺母外徑及凸緣設計根據經驗公式，螺母外徑D2 ".5d =1.532 = 48mm ；螺母凸緣外徑；故D3=67mm ；螺母凸緣厚

9、b 二 0.2 0.3 H 二 0.2 0.360 =1218mm，取 b =16mm。五、手柄設計加在手柄上的力需要克服螺紋副之間的摩擦阻力矩T1和托杯支撐面間的摩擦力矩T2。設加在手柄上的力F=200N，手柄長度為L，則有F L二 T?。對 于和T2，有T| = 74207 N mmT fF D(24)'(Di 2)32 _ T D 一(24)2 _(D2)2公式中的符號見參考書1 圖3.2和圖3.3。根 據經驗 公式，D =(1.61.8)d =(1.61.8) 32 =51.2 57.6 mm,取D=55mm;D1 =(0.6 0.8)d =(0.6 0.8) 32 =19.2

10、 25.6 mm，取 D1 =22mm。托杯材料選擇鑄鐵,手柄選擇Q215 ,摩擦因數f=0.12,則埒註船書95326N mm那么手柄長度待95326200=848mm，取L =300mm,加套筒長600mm。設手柄所受最大彎曲應力為，查參考文獻2表 10.1, j =205MPa ,。則手柄直徑d1應滿足d手柄0啟，查參考文獻3,得L丄kJ -102.5136.7MPa,取b 】=110MPa。帶入數值計算得：d手柄- 3日200 613J 24.9mm0.1譏 1 0.1 110取手柄直徑=26mm。六、底座設計螺桿下落至底面，再留2030mm的空間，底座鑄造起模斜度1:10，壁厚= 1

11、0mm。由經驗公式，S二1.52= 15 20mm，取S=20mm 。各符號見參考書1圖3.2和圖3.3D5由結構設計確定,D5=104mm 。D4 =1.4D5 =1.4 104 = 146mm 。結構確定后校核下底面的擠壓應力4(D4-D52)40000(1462 -1042)4= 4.85MPa有結果可知，千斤頂在最大載荷下，可以在木材上使用。底面材料選擇鑄鐵HT100，查表得鑄鐵件壁厚為30 50mm時，二80MPa二p =(0.4 0.5)6 =(0.4 0.5) 80 =(32 40)MPa。顯然，匚p ：上p，下表面強度滿足設計要求。上表面校核：二b1二匚二F 二 4 雪000

12、223.31 MPa，查參考A 上(D32-D22) "(672 -482)4文獻4表 10.3，得 b=100MPa,二p =(0.4L 0.5九=40_ 50MPa ,因此二切=p故上表面滿足強度要求七、托杯的設計據結構尺寸經驗公式Dt =(2.02.5)d = 64 80mm,取DT=80mm；D =(1.61.8)d=51.257.6mm,取 D=55mm;D (0.6 0.8)d=19.625.6mm,取D 20mm;=10mm;h =(0.81)D =4455mm,取 h = 50mm;h2 = (0.6 0.8)D1 =12 16mm,取h2 = 15mm;a 6 8mm,取 a =8mm;t 6 8mm,取t = 8mm;d3 = (0.25 0.3)D1 = 5 6mm但不小于 M6,可取d3 二 6mm;b = (0.2 0.3)H = 6 9mm,可取 b = 8mm;八、設計示意圖：呵斗6九、參考資料1 張豐，宋寶玉機械設計大作業