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1、目录一 螺旋起重器设计任务书 3二 螺旋起重器的结构和功能 4三 螺旋起重器设计计算和说明 51.螺杆的设计与计算 52. 螺母设计与计算 73.手柄设计与计算 84. 螺杆稳定性计算 95.其它结构尺寸 106.螺钉螺栓选择设计 10参考图1 11参考文献 12一 螺旋起重器设计任务书学生姓名魏其雷专业年级机自08-4班设计题目：设计螺旋起重器设计条件：1、最大起重量F = 490kN；2、最大升距H =230 mm。设计工作量：（一） 螺旋副设计1 材料及牙型选择：参考主教材，要求选择梯形牙。2 设计计算：参考主教材。（二） 壳体设计参考图1推荐的经验公式。（三） 各个螺钉选择设计参考现有
2、结构进行选择，以大小协调并符合标准为原则。指导教师签名：二 螺旋起重器的结构和功能螺旋起重器（千斤顶）是一种人力起重的简单机械，主要用于起升重物。图示为采用滑动螺旋的起重器结构示意图。图中，螺杆7与螺母5组成螺旋副，螺母5与底座8固定联接，紧定螺钉6提高了联接可靠性。托杯1直接顶住重物，当转动手柄4时，螺杆7一边转动一边上下移动，使托杯1托起重物上下移动，达到起升重物的目的。这种螺旋起重器结构简单，制造容易，易于自锁，其主要缺点是摩擦阻力大，传动效率低（一般为3040），磨损快，寿命低，传动精度低。螺旋起重器一般垂直布置，在起重时螺杆7受压，因此都做成短而粗，起升高度不宜太大。螺母5作为起升时
3、的支承件，常做成整体结构。螺旋起重器应有可靠的自锁性能，以保证螺杆7和重物在上升下降过程中能可靠地停留在任一位置而不自行下降。螺杆一般采用梯形牙、右旋、单线螺纹。当起重量较大时，为减小摩擦阻力，操作省力，可在托杯1的下部安放一推力轴承。三 螺旋起重器设计计算和说明计 算 及 说 明结 果1.螺杆的设计与计算1.1 螺杆螺纹类型的选择螺纹用梯形螺纹。1.2 选取螺杆材料螺杆材料选45钢，性能等级4.8级。b=420Nmm2 s =340Nmm2安全系数s=4=ss=3404=85Nmm21.3 确定螺杆直径滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关，其中最
4、主要的是螺纹工作表面上的压力，压力愈大，螺旋副间愈容易形成过度磨损。因此，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作表面上的压力p，使其小于材料的许用压力p。计算时，一般假设：螺杆上的轴向载荷F作用于螺纹工作承压表面A上。按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。 d2FPh 根据国家规定 对整体式螺母=1.21.5，取=1.4（梯形螺纹）；螺纹工作高度h=0.5p许用压强p=25Mpa故d2 FPh = P1.40.5P25 =94.4mm 查机械设计手册，取d=120mm，P=22mm则 d1=d-2(0.5P+1)=96mmd2=d-0.5p=1
5、20-0.522=109mm1.4 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=arctanfcos，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1。查机械手册 可知钢对青铜的摩擦系数f为0.080.1此处 f 取0.09=arctannpd2=arctan122109=3.68v=arctanfcos=arctan0.09cos15=5.32故， v-=1.64 1 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。强度计算公式: (4Fd12) 2+3(T0.2d13) 2 其中扭矩T=Ftan+vd22=tan3.68+5
6、.321092 10-3=4229.7 Nm故 4Fd122+3T0.2d132 = 4(10910-3)22+34229.70.2(10910-3)32 =53.3MPas=85MPa满足强度条件2. 螺母设计与计算2.1 选取螺母材料选青铜2.2 确定螺母高度H及螺纹工作圈数u求螺母高度HH=d2=1.4109=152.6mm螺纹工作圈数z=HP=152.6122=6.94z = z+1.5=6.94+1.5=8.44z应圆整, z取9螺母实际高度H=zP =922=198mmb=0.25H=0.25198=49.5mm2.3 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
7、。2.4 螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算如图所示，如将一圈螺纹牙沿螺母的大径D展开，则可看作宽度为D的悬臂梁。螺母每圈螺纹所受的平均压力为F / z，并作用在以螺纹中径D2为直径的圆周上。 螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：= ；b= b 查表，b=0.65P（梯形螺纹），l=(DD2）/ 2D=d+2=122mmD2=d2=109mm取30-40Mpa, b取40-60Mpa故，=12.9MPab=35.2Mpa3.手柄设计与计算3.1 手柄材料用Q235,查表得b 235MPa。3.2 手柄长度板动手柄的力矩：T T1 T2 FhLhT1螺旋副间的摩擦阻力矩， T1=Ftan+vd22
8、 =tan3.68+5.321092 10-3= 4229.7 NmT2托杯与轴端支承面的摩擦力矩， D2= 1.5d=1.5120=180 mmD1=(0.60.8)d=0.7120=84 mmT2 =(D2+D1) f F/4=(180+84) 0.06/4=1940.4NmFhFh Fh扳动手柄的操作力，/N。一般可取Fh250 N； Lh= T1+ T2Fh=4229.7+1940.4250=24.68m手柄实际长度 Lh实=Lh+D/2+55D=(1.61.8)d=1.7120=204 mmLh实=24.68+20410-32+5510-3=24.79m计算手柄弯曲强度由手柄弯曲强度
9、条件b可得手柄直径计算式 =36170.10.1235106=0.0609m=60.9mm4. 螺杆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。FcrF 2.5 4求起重物后托杯底面到螺母中部的高度lh=(0.81) D=0.9204184 mmh1=(1.82) dh=1.960.9116mml=h+H2+h1=184+152.62+116376mm（1）计算临界载荷FcrE=210GPa Fcr=2 EI(l)2 =2 210109(9610-3)4/64(237610-3)2 =15312.3103N(2) 稳定性计算FcrF=15312.3
10、=31.25.其它结构尺寸D3= 1.4D2=1.4180=252mm =10mm 1=10mm S=1.52=1.8=1.810=18mm6.螺钉螺栓选择设计 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d1约小0.20.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5P。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)，挡圈用开槽沉头螺钉(GB/T682000)固定在螺杆端部。1.5P=1.522=336.1 开槽沉头螺钉d0=d12=12012=10mm查机械手册，选取螺钉（GB/T
11、682000 M1030）6.2 紧定螺钉 l0=D3+16-D22=44mm查机械手册，选取螺钉（GB/T711985 M1044）6.3 粗牙六角头螺栓d0=D112=8412=7mm查机械手册，选取螺栓（GB/T57822000 M630）选45钢d=120mmP=22mmd1=96mmd2=109mmf=0.09=3.68rv=5.32T=4229.7Nmz=6.9410z = 8.44 z = 9 H=198mmb=49.5mmD=122mmD2=109mm12.93040Mpa 35.22.54所以合格D3=252 mm=10mm1=10mmS=18mm螺钉（GB/T682000 M1030）螺钉（GB/T711985 M1044）螺栓（GB/T57822000 M630）参考图1参考文献1程志红.机械设计.江苏:东南大学出版社,2007.2程志红 唐大放.机械设计课程上机与设计. 江苏:东南大学出版社,2007. 3李爱军 陈国平.画法几何及机械制图.江苏:中国矿业大学出版社,2007.