螺旋起重機設計

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機械設計大作業(yè) 設計題目： 螺旋起重機 機械與自動控制院（系） 機械設計制造及其自動化專業(yè) 班級： 學號： 學生姓名： 指導教師： 目 錄 1. 設計條件 1 2. 螺旋起重器的工作原理及其結構 1 3. 螺桿螺紋類型的選擇 2 4. 螺桿和螺母材料 2 5. 螺桿設計與計算 3 5.1 確定螺桿直徑 3 5.2 自鎖驗算 3 5.3 螺桿強度計算 4 5.4 穩(wěn)定性計算 4 6. 螺母設計與計算 5 6.1 選取螺母材料 5 6.2 確定螺母高度及螺紋工作圈數(shù) 5 6.3 校核螺紋牙強度 6 6.4 螺母外徑計算 7 6.5 螺母凸緣設計 7 7. 手柄設計與計算 7 7.1 手柄材料 7 7.2 手柄長度 7 7.3 手柄直徑 8 8. 托杯設計 8 9. 底座設計 9 參考文獻 10 1. 設計條件 起重量FQ=30kN 最大起重高度H=180mm 2. 螺旋起重器的工作原理及其結構 螺旋起重器（千斤頂）是一種人力起重的簡單機械，主要用于起升重物。千斤頂一般由底座、螺桿、螺母、托杯、手柄等零件所組成。螺桿在固定螺母中旋轉，并上下升降，將托杯上的重物舉起或放落。 圖 21螺旋起重器結構 3. 螺桿螺紋類型的選擇 梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動，工藝性好，牙根強度高，對中性好，所以選擇梯形螺紋。 4. 螺桿和螺母材料 螺桿材料要有足夠的強度和耐磨性，一般用45鋼，再經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。 查【2】，GB/T699-1999標準規(guī)定 =355 MPa，由， 得。 螺母材料除要有足夠的強度外，還要求在與螺桿材料配合時摩擦系數(shù)小和耐磨，故選用ZCuSn10Pb1。 因螺桿—螺母材料為鋼—青銅,查表 41和表 42得，滑動螺旋副的摩擦系數(shù)，選用；許用壓力，選用。 表 41 滑動螺旋副材料的許用壓力 螺桿—螺母的材料 滑動速度 許用壓力 鋼—青銅 低速 18~25 ≤3.0 11~18 6~12 7~10 >15 1~2 淬火鋼—青銅 6~12 10~13 鋼—鑄鐵 <2.4 13~18 6~12 4~7 表 42 滑動螺旋副材料的摩擦系數(shù) 螺桿—螺母的材料 摩擦系數(shù)f 鋼—青銅 0.08~0.10 淬火鋼—青銅 0.06~0.08 鋼—鋼 0.11~0.17 鋼—鑄鐵 0.12~0.15 5. 螺桿設計與計算 5.1 確定螺桿直徑 滑動螺旋的磨損與許多因素有關，其中最主要的是螺紋工作表面上的壓力，壓力愈大，螺旋副間越容易形成過度磨損。因此，滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作表面上的壓力，使其小于材料的許用壓力。 對于梯形螺紋，耐磨性設計計算式為： 式中：F─螺桿所受軸向載荷，N； ─螺紋中徑，mm； [p]─螺旋副材料的許用壓力，MPa。 對于整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力分布比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，故取，選用，，=30kN，得。 根據(jù)GB/T 5796.3-1986標準，螺桿中徑取，選取螺桿的公稱直徑，小徑，螺距；螺母螺紋大徑D=28.5mm，螺母螺紋中徑，梯形螺紋牙型角為30 5.2 自鎖驗算 校核螺旋副是否滿足自鎖條件，自鎖條件， 式中：為螺紋升角；為當量摩擦角；n為線數(shù)； 。 ∴ 滿足自鎖條件。 5.3 螺桿強度計算 螺桿所受扭矩： 根據(jù)第四強度理論校核螺桿的強度： 其中 該螺桿滿足強度要求。 5.4 穩(wěn)定性計算 細長的螺桿工作時受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)，為此應按穩(wěn)定性條件驗算螺桿的穩(wěn)定性。 螺桿危險截面的慣性半徑： 對起重器螺桿，可看作一端固定、一端自由，長度系數(shù)取 螺桿的工作長度： 為螺母高度，H為最大起重高度 ∴螺桿的柔度，需要進行穩(wěn)定性校核 ， E為螺桿材料的拉壓彈性模量，； 螺桿的穩(wěn)定性條件為： F=30kN，，計算得=3.48 =0.57%5% 螺桿滿足穩(wěn)定性要求。 6. 螺母設計與計算 6.1 選取螺母材料 螺母選用青銅ZCuSn10Pb1，材料的許用切應力，許用應力為。 6.2 確定螺母高度及螺紋工作圈數(shù) 螺母高度： =51mm 螺紋工作圈數(shù)： 螺紋工作圈數(shù)不宜超過10圈， =2%5% 螺紋圈數(shù)滿足工程要求。 6.3 校核螺紋牙強度 一般螺母的材料強度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強度。 查表 61，青銅螺母=40~60，，取=40MPa，。 表 61 滑動螺旋副材料 螺旋副材料 許用應力(MPa) [σ] [σ]b [τ] 螺桿 鋼 σs/(3~5) 螺母 青銅 40~60 30~40 鑄鐵 40~55 40 鋼 (1.0~1.2) [σ] 0..6[σ] 注：1）σs為材料屈服極限。 2）載荷穩(wěn)定時，許用應力取大值。 螺紋牙危險截面的剪切應力為： ∴滿足要求 螺紋牙危險截面的彎曲強度條件為 ∴滿足要求 式中： l為彎曲力臂, l=(D-D2)/2； b為螺紋牙根部的厚度,對于梯形螺紋，b=0.65P； D為螺母螺紋大徑。 6.4 螺母外徑計算 由經(jīng)驗公式得，螺母外徑 D2≈1.5d=1.528 mm=42mm 6.5 螺母凸緣設計 由經(jīng)驗公式， 螺母凸緣外徑D3≈1.4 D2 =58.8 mm,取D3=59mm。 螺母凸緣厚b’=(0.2~0.3)=(0.2~0.3) 51mm =10.2~15.3 mm，取 b’=12 mm 。 螺母凸緣根部抗剪切強度較大，剪斷很少發(fā)生，強度計算可從略。 7. 手柄設計與計算 7.1 手柄材料 手柄材料選用Q235鋼。 7.2 手柄長度 加在手柄上的力需要克服螺紋副之間相對轉動的阻力矩和托杯支撐面間的摩擦力矩。L為手柄長度，則 F’L= T1 + T2 式中： T1 ──螺旋副螺紋牙間的摩擦力矩，； T2──螺桿與托杯底面間的摩擦力矩，N?mm； F’為加于手柄上一個人的臂力，間歇工作時，約為150～250N，工作時間較長時為100～150N，選。 由經(jīng)驗公式， D’=(1.6~1.8) d = (1.6~1.8)28mm=44.8~50.4mm。取D’=45mm D1=(0.6~0.8) d = (0.6~0.8)28mm=16.8~22.4mm 。取D1=20mm 式中： F為螺桿所受軸向載荷，N 托杯材料選鑄鐵，手柄材料選Q235，摩擦因數(shù)f＝0.12，計算得 L=T1+T2 F’ = mm = 477.392 mm 取L=500 mm。 7.3 手柄直徑 把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強度確定手柄直徑dp，其強度條件為 ： 故 可以取 。 8. 托杯設計 托杯用來承托重物，可用鑄鐵HT200鑄成。為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現(xiàn)相對滑動，在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應裝有擋板。 由經(jīng)驗公式， 9. 底座設計 底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200），鑄件的壁厚不應小于8～12mm， 為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應大些，因此將其外形制成1∶10的斜度。 螺桿下落到地面，再留20~30 mm的空間。 D5由結構設計確定 取D5 = 100mm。D4=1.4D5=1.4100 = 140mm， 結構確定后校核地面的擠壓應力: 底座材料選擇鑄鐵HT150，查【2】，當鑄件壁厚 δ=10~20 mm時，σb≥145MPa，[ σp]=(0.4~0.5) 145MPa=58~72.5MPa σp<[ σp]，滿足設計要求。 由經(jīng)驗公式， S取20mm。 參考文獻 【1】 濮良貴、紀名剛.機械設計[M].8版.北京:高等教育出版社，2006. 【2】 機械設計手冊 10