螺旋起重器设计说明书讲解.pdf

0 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:xxx 学号:xxxxxxxx 0 题目:设计螺旋起重器 设计原始数据：起重量30FkN,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。0 目录 第一章 螺杆的设计与计算.3 1-1 螺杆螺纹类型的选择.3 1-2 选取螺杆材料.3 1-3 确定螺杆直径.3 1-4 自锁验算.4 1-5 结构.4 1-6 螺杆强度校核.5 1-7 稳定性计算.5 第二章 螺母设计与计算.7 2-1 选取螺母材料.7 2-2 确定螺母高度 H 及螺纹工作圈数 u.8 2-3 校核螺纹牙强度.8 2-4 安装要求.9 第三章 托杯的设计与计算.9 3-1 托杯的尺寸计算.9 第四章 手柄设计与计算.10 4-1 手柄材料.10 4-2 手柄长度pL.11 4-3 手柄直径pd.11 第五章 底座设计.12 5-1 底座设计与计算.12 0 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30，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 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2d。求出2d后，按标准选取相应公称直径d、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2。螺杆螺母材料分别为钢青铜，滑动速度为低速，得许用应力 p为 1825MPa。取 20pMPa。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f值0.080.1，应取0.1f。代入30FkN 2300.80.821.91 2 20FkNdmmpMPa 得221.91dmm 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5.00Pmm 0 其它尺寸：螺杆小径：=22.5mm，螺杆螺母中径：=25.5mm 螺母大径：=28.5mm，螺母小径：=23mm 螺母高度：H=225.5=51mm。1-4 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arctancosvf，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1）。arctanarctancosvvff 查机械设计教材表 5-12，得f=0.10(取启动时计算用的最大值)=3.57 0.10arctanarctan5.91coscos15vf 故，=3.87v1=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kd的大小根据手柄直径pd决定，0.5kpddmm。为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径4d应比螺杆 0 小径3d约小0.20.5mm，=0.5mm=22.5mm0.5mm=22mm。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3d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1.57.5Pmm =(1.71.9)d=1.828=50.4mm 50mm（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 222223334330.2caFTdd 其中扭矩 T=Ftan（+v）=30tan（3.57+5.91）310=63.87N.m 式中：为螺纹中径处升角，v为当量摩擦角。查手册，45 钢的355sMpa，教材表 5-13，安全系数 35，取 3。355128.3333sMpa，故，=128.33MPa 满足要求。0 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。2.54 螺杆的临界载荷crF与柔度s有关，sli，为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取(1.4 1.6)2HlLd，i为螺杆危险截面的惯性半径，危险截面面积214dA，则 41dAIi(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)当螺杆的柔度40s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和i I=12.57 i=mm10625.54105.2233 （2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l 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)ls/i=95.1190 所以需要校核。0 1-7-2 稳定性计算（1）计算临界载荷crF =90.93KN(2)稳定性计算=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 1 底端挡圈：根据 GB/T892-1986 45,由d=28mm，得 235Dmm，25Hmm，210Lmm，26.6dmm，123.2dmm，21cmm，螺栓 GB5783（推荐）6 20M，圆柱销 GB119（推荐）3 12A，垫圈 GB93（推荐）6mm。2 顶端挡圈：根据 GB/T892-1986 45,由1118.2Dmm，得 328Dmm，34Hmm，37.5Lmm，35.5dmm，132.1dmm，30.5cmm，。螺栓 GB5783（推荐）5 16M，圆柱销 GB119（推荐）2 10A，垫圈 GB93（推荐）5mm。0 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10ZCuSnPl。2-2 确定螺母高度H及螺纹工作圈数u 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1.5uu（u应圆整)。考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于 10。2-2-1 求螺母高度H H=51mm 2-2-2 螺纹工作圈数u u=10.2 u=u+1.5=12.1 u应圆整,u取 12。2-2-3 螺母实际高度H H=uP=125=60mm 2-3 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 DbuF；螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为 buDbFl26（b螺纹牙根的厚度，且0.65bP；D螺母的螺纹大径；l弯曲力,22DDl）0 查表，0.65bP（梯形螺纹），0.5hP 取3040Mpa,b取4060Mpa 故，330 1010.883.14227 0.65 5 10FMPaDbu 3222723.56 30 106235.153.14227(0.65 5)10bFlMPaDb u 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78rH或78nH等配合。为了安装简便，需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=23mm D3=1.5d=1.528=42mm D4=1.4D3=1.442=58.859mm H=60mm a=（0.20.3）H=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 0 要验算接触面间的压力强度。pFp4)DD(211212 式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料 p的小者。Q235:225pMpa杯；45 钢：570pMpa杆，取 p杯。D10=(2.42.5)d=2.528=70mm D11=(0.60.8)d=0.728=19.6mm20mm D13=(1.71.9)d=1.828=50.4mm50mm D12=D13（24）=50.43=47.4mm47mm h1=（1.82）d=228=56mm 故 221211(DD)4Fpp P=20.52MPa P 托杯厚度=812mm，此处取10mm；杯底厚度为 1.313mm；沟纹宽度为1.515mm；沟纹深度为52mm；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3mm。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pL 板动手柄的力矩：12PKLTT 则12pTTLK 式中：K加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150250N，0 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。1T螺旋副间的摩擦阻力矩，21tan()2vdTF 1T=30tan（3.57+5.91）310=63.87N.m 2T托杯与轴端支承面的摩擦力矩，21211()/4TDDfF。(f查手册取0.06)T2=(47.4+19.6)10-30.0630103/4=30.15Nm 则=470.1mm 手柄计算长度pL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+（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=+100=595.3mm595mm 4-3 手柄直径pd 把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径pd，其强度条件为 FpdKL3pF1.0 故 =21.49mm pd取22mm 式中：F手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为 Q235 时，120FMpa。第五章 底座设计 0 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10mm。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=12mm H1=L+(1428)mm=200+20=220mm H-a=60-15=45mm D3=43mm D5=D3+2+4mm=43+20+4=67mm D6=D3+4mm=43+4=47mm D7=0.1H1S（Ha）2+D6+2=99.6mm100mm D8=1.4D7=1.499.6=139.44mm139mm