清華大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)課程大作業(yè)-螺旋起重器設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、螺旋起重器設(shè)計(jì)已知:螺旋起重器的最大載荷F = 30kN,最大上升距離h = 180mm，試:1）選擇螺桿、螺母、托杯等零件的材料；2）計(jì)算螺桿、螺母的主耍參數(shù)和其他尺寸：3）檢驗(yàn)穩(wěn)定性和H鎖性；4）計(jì)算手柄的截面尺寸和長(zhǎng)度；5）繪制裝配圖，標(biāo)出有關(guān)尺寸，填寫標(biāo)題欄和零件明細(xì)表；6）繪制零件圖。受力分析：螺旋起貢器中的滑動(dòng)螺旋副匸作承受的主耍載荷包括靡擦力矩（螺紋副旋介 部分的摩擦力矩和T件與螺桿支承端面間的摩擦力矩）和作用在螺桿上的壓力。 失效分析：由丁-螺旋副之間在較大的相對(duì)滑動(dòng)速度，因此磨損是滑動(dòng)螺旋的主耍失效 形式。同時(shí)，螺桿承受床力，當(dāng)支承的長(zhǎng)徑比較大時(shí)，也可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。因此， 螺

2、旋起亜器的滑動(dòng)螺旋的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：根據(jù)耐磨性設(shè)計(jì)計(jì)笄螺桿的i'i彳仝及其他參 數(shù)，同時(shí)對(duì)螺桿和螺母（主要是螺紋牙）進(jìn)行遢度校核。此外，螺旋起重器還應(yīng) 校核螺桿的穩(wěn)定性及白鎖性能。設(shè)計(jì)計(jì)算：Stepl：選定螺紋類型考慮到螺旋起重器作時(shí)會(huì)受到雙向載荷，故選用矩形螺紋，則其牙型角a = 0°o對(duì)整體式螺母，磨損后不能夠調(diào)整，故高徑比0=2.5。Step2：選擇螺旋副的材料考慮到螺旋傳動(dòng)低速、巫載，螺桿選用合金鋼40Cr調(diào)質(zhì)，螺母選用鋁青銅ZCuAllOFe3o査表2 39,許用壓力p = 20MPa （螺桿螺母的材料鋼青銅,滑動(dòng) 速度低速），摩擦系數(shù)f = 0.10 （工作總近似起動(dòng)

3、過程）。Step3：耐磨性設(shè)計(jì)由耐磨性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則QnI FPV加敗p,初始假設(shè)h = 0.5P,則1>30000x0.5x2.5x20=19.5mm螺紋參數(shù)取中徑=21nun ,人徑d = 24nnn ,小徑d, = 18nun oStep4：自鎖性校核取螺距P= 6mm。螺紋升角/ = tan'1 = tan'1 = 5.20° ,當(dāng)量席擦角 兀開x21y/r=tan_1 f = tan-10.10 = 5.71°, /滿足自鎖性要求。Step5：計(jì)算螺母高度螺母高度H =04=2.5x21 = 52.51111】，関報(bào)為整數(shù)H = 53mm。則螺桿總

4、長(zhǎng) 1 = 180 + H =180 + 53 = 233mm Step6：計(jì)算旋合圈數(shù)旋介圈數(shù)Z-=8.83<10,滿足要求。P 6Step7：螺紋強(qiáng)度校核螺桿載荷穩(wěn)定，由表2-40,許用應(yīng)力a = = = 167MPao螺桿所受的轉(zhuǎn)矩T = F tan(/+ ) = 30000x xtan(5.20°+ 5.71°) = 60716Nmm,計(jì)算應(yīng) 力校核224x30000X182 y2+ 3xr 60716k0.2xl83J、上=148MPa <(j o螺母螺紋牙，由表2-40,許用彎曲應(yīng)力qJ=5(MP許用擠床應(yīng)力apJ = 75MPa ,許用剪應(yīng)力r =

5、 30MPa o螺紋牙根部厚度b = 05P = 3mm,螺紋高度h = 0.5P = 3iinii,校核其強(qiáng)度3FhZdb23x30000x3& 83xx24x32=45MPa vqjFr =Zdb30000& 83 x x 24 x 3= 15MPa <r螺紋形狀如圖:Step8：穩(wěn)定性校核螺桿的最大工作長(zhǎng)®l=180 + = 180+ = 206.5nim 0考慮到螺桿使用最大2 2作長(zhǎng)度時(shí)，其上端與載荷接觸，下端與底朋胡連，均認(rèn)為是固定連接，故取長(zhǎng) 度系數(shù) =0.5,柔度= 4x0.5x206.5 =23 <6。18故不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。Step9

6、：螺紋傳動(dòng)其他尺寸設(shè)計(jì)和校核螺母外形如圖：Df螺母外徑：按螺母抗拉強(qiáng)度計(jì)算，由丁螺紋副中摩擦轉(zhuǎn)矩的在，將軸向載 荷增大30%,(2x30000V -50-+ 24, = 42.111U11圓整為44mm。凸緣:凸緣直徑Df = 1.3D = 1.3x 42.1= 55.<tam,圓整為56mm；凸緣高度"寧滬7皿，圓胳為珈叭凸緣強(qiáng)度校核（許用值見螺母螺紋牙的 強(qiáng)度校核部分）4Fap = （Df2-D2）4x30000x（562-442）= 32MPa <crpF（Df-D）/4_30000x（56-44）/4=i2Mpax44x1876FJ。=12NIPa<rRDH

7、fx44xl8螺釘孔中心線距螺母底面的距離j牛牛 w軸頸 ft 徑 Dxi =17.&in:t 高 H“ = 9 mn ,手柄套高 Hj = 36mm , ft 徑Dr2 = 4411U11 o 凸臺(tái)高lit Hr3 = 1211U11,凸臺(tái) H徑Dr3 = 22111111 oSteplO：托杯尺寸設(shè)計(jì)選擇托杯材料為Q235。其外形如圖:Dc3托杯下端而1工徑D“ = 4011U11,孑L 1工徑Dc2 =16nmi,上端而外徑Dc3 = 60nun , 樂厚戈=8mm,崗度Hc = 42nun，圓形開口鬥徑Dc4=14nmi,坡面斜率1:10。 托杯下端面按抗壓強(qiáng)度校核4F4 x

8、30000r , r ,S = ik=廠tv = 28MPa v cr = 1 5 q = 350MPa 兀（Df 牯）x（40-16-）Stepjl：底座尺寸設(shè)計(jì)底座材料選擇HT250。外形如圖:取底而內(nèi)徑Dp =100nmi,外徑按底而抗壓強(qiáng)度計(jì)算p+loo2=151nml取底面外徑為160mm o坡面斜率1:10,壁厚幾=lOnun，底部厚匚=lOnmi,上端面直徑Dp? = 7011U11,內(nèi)部坡面上端面直徑Dp4 = 50nun,頂部高度比=41niin Stepl2：手柄尺寸設(shè)計(jì)手柄材料為HT250o外形如圖:NL= F 號(hào)tan(7+%)+£ fF得手柄長(zhǎng)度"

9、403-163402-162x7200 = 526inm2130000 x x tan(5.20°+5.71°)+-x0.10x 30000 xD44實(shí)際 L = 526 + 2 = 526 + = 548mm ,取 L二 600nuii o 手柄血徑22Dh= j FL = 200x600 = 16.9niin取Dh = 18mm,則手柄套孔直徑可®Dr4 = 20mmo球頭直徑4= 30mm,高 1人=27nim oStepl3：其他計(jì)算及討論螺桿上下各有螺栓和擋圈，起定位作用，保證螺桿不會(huì)脫離螺母。螺栓選取 GB/T70.1 M6X10；擋圈材料為45鋼,外徑30,厚4。螺母與底朋Z間的緊定螺釘選取GB/T 71 M8X14o螺旋傳動(dòng)效率tan/tan(7 + v)tan 5.20°tan(5.20°+5.71°)=0.472機(jī)械傳動(dòng)效率FPN2L'30000 x 6200x2xx600=0.239