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機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè) 設(shè)計(jì)題目： 螺旋起重機(jī) 機(jī)械與自動(dòng)控制院（系） 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 班級： 學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 目 錄 1. 設(shè)計(jì)條件 1 2. 螺旋起重器的工作原理及其結(jié)構(gòu) 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(shè)計(jì)與計(jì)算 3 5.1 確定螺桿直徑 3 5.2 自鎖驗(yàn)算 3 5.3 螺桿強(qiáng)度計(jì)算 4 5.4 穩(wěn)定性計(jì)算 4 6. 螺母設(shè)計(jì)與計(jì)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(qiáng)度 6 6.4 螺母外徑計(jì)算 7 6.5 螺母凸緣設(shè)計(jì) 7 7. 手柄設(shè)計(jì)與計(jì)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(shè)計(jì) 8 9. 底座設(shè)計(jì) 9 參考文獻(xiàn) 10 1. 設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu) 螺旋起重器（千斤頂）是一種人力起重的簡單機(jī)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(zhuǎn)，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(jié)構(gòu) 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(dòng)，工藝性好，牙根強(qiáng)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 =355 MPa，由， 得。 螺母材料除要有足夠的強(qiáng)度外，還要求在與螺桿材料配合時(shí)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(dòng)螺旋副的摩擦系數(shù)，選用；許用壓力，選用。 表 41 滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力 螺桿—螺母的材料 滑動(dòng)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(dòng)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(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1 確定螺桿直徑 滑動(dòng)螺旋的磨損與許多因素有關(guān)，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(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，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(yàn)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(dāng)量摩擦角；n為線數(shù)； 。 ∴ 滿足自鎖條件。 5.3 螺桿強(qiáng)度計(jì)算 螺桿所受扭矩： 根據(jù)第四強(qiáng)度理論校核螺桿的強(qiáng)度： 其中 該螺桿滿足強(qiáng)度要求。 5.4 穩(wěn)定性計(jì)算 細(xì)長的螺桿工作時(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。 螺桿危險(xiǎn)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(jìn)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(jì)算得=3.48 =0.57%5% 螺桿滿足穩(wěn)定性要求。 6. 螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算 6.1 選取螺母材料 螺母選用青銅ZCuSn10Pb1，材料的許用切應(yīng)力，許用應(yīng)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(qiáng)度 一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。 查表 61，青銅螺母=40~60，，取=40MPa，。 表 61 滑動(dòng)螺旋副材料 螺旋副材料 許用應(yīng)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(shí)，許用應(yīng)力取大值。 螺紋牙危險(xiǎn)截面的剪切應(yīng)力為： ∴滿足要求 螺紋牙危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)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(jì)算 由經(jīng)驗(yàn)公式得，螺母外徑 D2≈1.5d=1.528 mm=42mm 6.5 螺母凸緣設(shè)計(jì) 由經(jīng)驗(yàn)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(qiáng)度較大，剪斷很少發(fā)生，強(qiáng)度計(jì)算可從略。 7. 手柄設(shè)計(jì)與計(jì)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(zhuǎn)動(dòng)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(gè)人的臂力，間歇工作時(shí)，約為150～250N，工作時(shí)間較長時(shí)為100～150N，選。 由經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(gè)懸臂梁，按彎曲強(qiáng)度確定手柄直徑dp，其強(qiáng)度條件為 ： 故 可以取 。 8. 托杯設(shè)計(jì) 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(dòng)，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(yīng)裝有擋板。 由經(jīng)驗(yàn)公式， 9. 底座設(shè)計(jì) 底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200），鑄件的壁厚不應(yīng)小于8～12mm， 為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定 取D5 = 100mm。D4=1.4D5=1.4100 = 140mm， 結(jié)構(gòu)確定后校核地面的擠壓應(yīng)力: 底座材料選擇鑄鐵HT150，查【2】，當(dāng)鑄件壁厚 δ=10~20 mm時(shí)，σb≥145MPa，[ σp]=(0.4~0.5) 145MPa=58~72.5MPa σp<[ σp]，滿足設(shè)計(jì)要求。 由經(jīng)驗(yàn)公式， S取20mm。 參考文獻(xiàn) 【1】 濮良貴、紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].8版.北京:高等教育出版社，2006. 【2】 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 10