螺旋起重器設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、螺旋起重器 （ 千斤頂 ） 設(shè)計(jì)任務(wù)書題 目： 螺旋起重器的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：王欣學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師：傅燕鳴專 業(yè)： 機(jī)械工程與自動(dòng)化上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院設(shè)計(jì)期限： 2014年9月18日 2014年10月 16日目錄設(shè)計(jì)目的 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 設(shè)計(jì)步驟及注意事項(xiàng)錯(cuò)誤 !未定義書簽。1.螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算錯(cuò)誤 !未定義書簽。螺桿螺紋類型的選擇錯(cuò)誤 !未定義書簽。選取螺桿的材料錯(cuò)誤 !未定義書簽。確定螺桿直徑錯(cuò)誤 !未定義書簽。自鎖驗(yàn)算 錯(cuò)誤 ! 未定義書簽。 結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤 !未定義書簽。螺桿強(qiáng)度計(jì)算錯(cuò)誤 !未定義書簽。穩(wěn)定性計(jì)算 錯(cuò)誤 ! 未定義書簽。2.螺母的設(shè)計(jì)與計(jì)算錯(cuò)誤 !未定義書簽。.

2、選取螺母材料錯(cuò)誤 !未定義書簽。.確定螺母高度及螺紋工作圈數(shù)錯(cuò)誤 !未定義書簽。.校核螺紋牙強(qiáng)度 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 .螺母外徑的計(jì)算 錯(cuò)誤 !未定義書簽。3. 托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算錯(cuò)誤 !未定義書簽。4. 手柄的設(shè)計(jì)與計(jì)算錯(cuò)誤 !未定義書簽。.手柄材料錯(cuò)誤 !未定義書簽。.手柄長(zhǎng)度錯(cuò)誤 !未定義書簽。.手柄直徑錯(cuò)誤 !未定義書簽。5. 底座的設(shè)計(jì)及計(jì)算錯(cuò)誤 !未定義書簽。6. 其他 錯(cuò)誤 !未定義書簽。7. 效率計(jì)算 錯(cuò)誤 !未定義書簽。設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)過程及說明設(shè)計(jì)目的（ 1） 熟悉螺旋傳動(dòng)的工作原理，掌握螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)過程 和方法，培養(yǎng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，初步了解機(jī)械設(shè)計(jì) 的一般程序。（ 2）

3、學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立解決工程實(shí)際問題 的能力。（ 3） 培養(yǎng)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及有關(guān)技術(shù)資料和正確使用國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)、一般規(guī)范的能力，為課程設(shè)計(jì)及解決機(jī)械設(shè) 計(jì)的實(shí)際問題打下一定基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)步驟及注意事項(xiàng)圖 1 螺旋千斤頂1托杯； 2螺釘； 3手柄； 4檔環(huán)； 5螺母；6緊定螺釘； 7螺桿； 8底座；9檔環(huán)設(shè)計(jì)過程及說明設(shè)計(jì)結(jié)果如上圖所示，螺旋起重器（千斤頂）由螺桿、底座、螺 母、手柄和托杯等組成。通過轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使螺桿在固定的螺母 中邊旋轉(zhuǎn)、邊相對(duì)底座上升或下降，從而能把托杯上的重物 舉起或放落。裝在螺桿頭部的托杯應(yīng)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿下端 設(shè)置安全擋圈，以防止螺桿全部旋出。螺桿千斤頂應(yīng)具有可 靠

4、的自鎖性能。在進(jìn)行螺旋起重器設(shè)計(jì)時(shí)，有些零件（如螺桿和螺母） 的主要尺寸是通過理論計(jì)算確定的；有些零件的尺寸是根據(jù) 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)需要和工藝條件決定的；還有一些零件是按 照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選出的。后兩種情況，必要時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度 校核。1.螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算螺桿螺紋類型的選擇螺紋有矩形、梯形與鋸齒形， 千斤頂常用的是梯形螺紋。 梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角 =30o，梯形螺紋的內(nèi)外 螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)；它的基本牙形按 GB/2005 的規(guī) 定。千斤頂?shù)淖枣i行能要好，所以用單線螺紋。因此選用的 螺桿螺紋是牙形角 =30o 的單線梯形螺紋。螺桿材料常用 Q235、Q275、 40、45、 55 等。

5、在此選用 的是 Q275。選取螺桿的材料螺紋中徑按螺母螺紋牙面的耐磨性計(jì)算，對(duì)于梯形螺紋或矩形螺紋， h=，則有 d2 F 。式中， =，螺母材料為2P鑄鋁青銅，故取 p =20MPa。對(duì)于梯形螺紋，可根據(jù) d2 的計(jì)算值查表 4-5及表 4-6確定螺桿的標(biāo)準(zhǔn)中徑 d2、大徑 d、小徑 d3，螺母的標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng) D2（ =d2）、大徑 D4、小徑 D1、以及螺距 P。確定螺桿直徑螺桿螺紋中徑 d2 0.8 1.45550200 31. 156mm，根據(jù)求得的此螺紋中徑，查表 GB/2005 取：螺桿的標(biāo)準(zhǔn)中徑d232. 5mm， 大 徑 d牙形角 =30o 的 單線梯形螺紋 螺桿材料： Q275

6、s 275Mpap=20MPa螺桿尺寸：d 36mm d 2 32. 5mm d 3 29mm螺母尺寸：D4 37mm36mm，小徑 D2 32. 5mmf0.08arctanarctan 4.73coscos15符合自鎖條件。結(jié)構(gòu)D130mmP=6mm/ 2 15 f 0.08 3. 3634.73 符合自鎖條件d k24. 5mmd 428. 5mmb=9mmd329mm。螺母的標(biāo)準(zhǔn)中徑 D2( d2) 32.5mm，大徑D437mm，小徑 D1 30 mm。螺距 P 6mm。自鎖驗(yàn)算自鎖條件是 v式中：為螺紋中徑處升角； v 為摩擦角(非矩形螺紋 應(yīng)為當(dāng)量摩擦角 v=tan-1fv，為保

7、證自鎖，螺紋中徑處升角至 少要比摩擦角小 1，即 v l。 f 取。nP 1 6 arctan arctan 3. 363d23. 14 32. 5螺桿上端用于支承托杯 1 并在其中插裝手柄 3，因此需要 加大直徑。手柄孔徑 dk 的大小 根據(jù)手柄直徑 dp 決定， dk dp 十。由后面的計(jì)算可知手柄的 直 徑 dp =24mm ， 所 以 dk 24 0. 5 24. 5mm。為了便于切制螺紋，螺紋 上端應(yīng)設(shè)有退刀槽。退刀槽的 直徑 d 4 應(yīng)比螺桿小徑 d1 小。 d 4 28. 5mm。退刀槽的寬度可取為 b=9mm 。為了便于螺桿旋入螺母， 螺桿下端應(yīng)有倒角或制成稍小 于 d1 的圓

8、柱體。為了防止工作時(shí)螺桿從螺 母中脫出，在螺桿下端必須安置鋼制擋圈 (GB/T891-1986) D 50mm, H 5mm ， 擋 圈 用 緊 定 螺 釘 (GB/T68-2000) M 8 20 固定在螺桿端部。螺桿強(qiáng)度計(jì)算 螺桿工作時(shí)，扭矩產(chǎn)生剪應(yīng)力，軸向力產(chǎn)生正應(yīng)力。按第四強(qiáng)度 理論，危險(xiǎn)剖面的強(qiáng)度按下式進(jìn)行校核：ca ( d32)3( d33 ) 其中， F為螺桿所受的軸向壓力 (N)；螺桿所受的扭矩 (Nmm) d2T F tan( ) 2 ，式中 為螺紋中徑處升角， 為當(dāng)量摩擦2角； 為螺桿材料的許用應(yīng)力( MPa)，由前面可知螺桿的材料是 Q275 ，查 表得 其屈服 強(qiáng)度 s

9、 275MPa，所以 其許 用應(yīng)力 s ，由于千斤頂?shù)妮d荷是穩(wěn)定的，許用應(yīng)力取最大值有35 s 275 91.7MPa 。33計(jì)算：T F tan() d2232. 545500 tan( 3. 363 4. 73 )2105136. 48N ? mm則有：ca( 4F )2 3( 16T )2ca( d32 )3( d33 )4 45500 2 16 105136. 48 2( 2 ) 2 3 ( 3 ) 229229 372. 3MPa ca ，符合強(qiáng)度計(jì)算的條件。穩(wěn)定性計(jì)算細(xì)長(zhǎng)的螺桿工作時(shí)受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)， 為此應(yīng)按穩(wěn)定 性條件驗(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性，計(jì)算時(shí)應(yīng)注意正確確定螺桿長(zhǎng)度系數(shù)

10、。 當(dāng)螺桿的柔度 s40 時(shí)，可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。 長(zhǎng)度系數(shù) =2， 91. 7MPaT=mmca 72. 3MPa ca ，符 合強(qiáng)度計(jì)算的條 件d3螺桿危險(xiǎn)截面的 慣性半徑 i7.25mm，螺桿工作長(zhǎng)度4Hl L B 200 + 54 + 24.5 = 278.5mm ， 則 柔 度2s il76. 83mm。因此螺桿 s 8590，為中柔度壓桿，其失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷按歐拉公式計(jì)算如下：2未淬火剛： Fcr1 340 2 d3120678. 44Ncr11 0.00013( s )24490 d 2淬火剛： Fcr22 3139233. 83Ncr 21 0.00002( s)24Fcr

11、12.65 2.4 4. 0且Fcr23.06 2.4 4.0，F(xiàn)F滿足穩(wěn)定性要求2.螺母的設(shè)計(jì)與計(jì)算.選取螺母材料螺母材料選用 ZCuA1l0Fe3。.確定螺母高度及螺紋工作圈數(shù) = H= d 2 = ， 取 整 數(shù) H=49mm ， 螺 紋 工 作 圈 數(shù) 計(jì) 算H 49u= = =。P6.校核螺紋牙強(qiáng)度 螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿， 故只需校核螺母螺紋的強(qiáng)度。由螺紋牙危險(xiǎn)面的剪切強(qiáng)度條件為 F ，D 4bu4550012. 29MPa30 40MPa3.14 37 0. 65 6 8.17螺紋牙危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件為i=l=s 76. 83mm滿足穩(wěn)定性要求

12、H=49mmu=6Fl D4b2u6 4550037 32. 523. 14 37 0.652 62 8.1742.52MPa40 60MaP上式中， b 為螺紋牙根部的厚度，對(duì)于梯形螺紋，b=， L 為彎曲力臂， lD 4 D12強(qiáng)度滿足條件螺母的外徑 D，按螺母懸 置部分抗拉強(qiáng)度計(jì)算，考慮螺 旋副中摩擦轉(zhuǎn)矩的存在，將軸 向載荷增大 30%，則拉伸強(qiáng)度 校核公式為1. 3FD2 D244式中， 為螺母材料的許用拉應(yīng)力，b 為許用彎曲應(yīng)力，見表21-3。D 為螺母外徑。解之求得 D，圓整之后取 D=60mm。螺母凸緣支承面上的擠壓強(qiáng)度條件為D=60mm4F(D12 - D2 )式中， p 為螺

13、母材料的許用擠壓應(yīng)力，p = b ，b 為許用彎曲D1 =76mm應(yīng)力，見表 21-3。D1 為螺母凸緣外徑。解之求得 D1，所以近似取 D1=76mm 。螺母凸緣根部的彎曲強(qiáng)度條件為MF( D1 D) / 4WDa2 / 61. 5F( D1 D)Da2式中， a 為螺母凸緣厚度。解之求的a，所以近似取 a=16mm 。a=16mm螺母凸緣根部的剪切強(qiáng)度條件為Da式中， 為螺母材料的許用剪切應(yīng)力。由該公式計(jì)算得45500Da15. 09MPa60 16 30 40MPa強(qiáng)度符合條件Q235 鋼模鍛成，當(dāng) 在起重時(shí)托杯底部 方面需要潤(rùn)滑， 托杯的主要尺寸按經(jīng)驗(yàn)公強(qiáng)度條件完全符合。3.托杯的設(shè)計(jì)

14、與計(jì)算 托杯用來承托重物，可用鑄鐵鑄成，也可用 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，托杯和重物都不作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此， 與螺桿和接觸面間有相對(duì)滑動(dòng)， 為了避免過快磨損， 另一方面還需要驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度，式計(jì)算并圓整。D30. 6D3取23mm。D61. 7D6取65mm。D52. 4D5取90mm。D7 D6D7取62mm。D0 D30. 7 dmm1. 9 dmm2. 5 dmm2 4mm0. 5mmD0 取23. 5mm。B 1. 4 1. 6 dmmB 54mm.8 10 mm這里取 10mm。S=9mm。D3 =23mmD6 =65mmD5 =90mmD7 =62mmD0=B=54mm=10mmS=9mm

15、托杯下端面的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：4F D 27 D2017. 48MPa p強(qiáng)度符合4 45500p 3. 14 0. 0622 0. 023524.手柄的設(shè)計(jì)與計(jì)算.手柄材料常選用碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235 或 Q275。.手柄長(zhǎng)度Fp L p T1 T2 扳動(dòng)手柄的力矩應(yīng)與阻力矩平衡，即 p p 1 2。式中， Fp 為扳動(dòng)手柄的里，通常取 150200N 之間； T1，T2 分別為螺旋副，螺桿端 面與托杯之間的摩擦阻力矩，按下式計(jì)算d2T1Ftan v 2105 . 14 N m21D37D0310. 06230.02353T2fF 72 200. 12 45500 2 2 N m2 3D72D023

16、0. 06220. 0235262. 3N m105 . 14 62 . 3則 L pm 956 . 8 mmp 175考慮螺桿頭部直徑及手握的長(zhǎng)度，手柄的實(shí)際長(zhǎng)度為L(zhǎng)/p Lp D6 50 150 mm2L/p取1090mm。為了減少起重器的存放空間， 一般取實(shí)際手柄長(zhǎng)度不大于起重器 的高度，當(dāng)起重量較大時(shí)，可在手柄上套一長(zhǎng)套管以增大力臂，達(dá)到 省力的目的。.手柄直徑手柄直徑 dp 按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，即dp 3 FpL p ，0.1 p式中， p 為手柄材料的許用彎曲應(yīng)力，按 p s 計(jì)算， p p 1.5 2p 取 150MPa 。d p3 175 109023. 34 mm，圓整之后取 24mm。p 0. 1 150LP =1090mmdp=24mm5. 底座的設(shè)計(jì)及計(jì)算H1=220mmD8 =65mmD9 =109mm底座材料選用 HT150， 鑄鐵壁厚10mm 。其主要尺寸根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式求得。 H1=L+(1520)=220mm D8=D+(510)=65mm D9=D8+H1/5=109mm直徑 D10由底面的擠壓強(qiáng)度確定：D10( 4Fp D92)4 455003. 14 21092 202. 1m