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Harbin Institute of Technology 機(jī)械設(shè)計大作業(yè)說明書 大作業(yè)名稱： 機(jī)械設(shè)計大作業(yè) 設(shè)計題目： 螺旋傳動設(shè)計 班 級： 設(shè) 計 者： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 宋寶玉 設(shè)計時間： 20141003 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 目 錄 1設(shè)計題目-------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2螺母、螺桿選材----------------------------------------------------------------------------------------------3 3耐磨性計算-----------------------------------------------------------------------------------------------------3 4螺桿強(qiáng)度校核-------------------------------------------------------------------------------------------------3 5螺紋牙強(qiáng)度校核----------------------------------------------------------------------------------------------4 6螺紋副自鎖條件校核---------------------------------------------------------------------------------------5 7螺桿穩(wěn)定性校核----------------------------------------------------------------------------------------------5 8螺母外徑及凸緣設(shè)計---------------------------------------------------------------------------------------6 9手柄設(shè)計--------------------------------------------------------------------------------------------------------6 10底座設(shè)計-------------------------------------------------------------------------------------------------------7 11各部分尺寸及參數(shù)-----------------------------------------------------------------------------------7 12參考資料-------------------------------------------------------------------------------------------------------8 1、設(shè)計題目 螺旋起重器（千斤頂） 已知條件：3.1.2起重量=40KN，最大起重高度H=200mm。 2、 螺桿、螺母選材 螺桿選用45鋼調(diào)質(zhì)。查參考文獻(xiàn)[2]表10.2得=355MPa,=600MPa。 由于千斤頂屬于低速重載的情況，且螺母與螺桿之間存在滑動磨損，故螺母采用強(qiáng)度高且耐磨的鋁青銅ZCuAl10Fe3。 托盤和底座均采用鑄鐵材料。 3、 耐磨性計算 查參考文獻(xiàn)[1]表8.11得[p]=18~25MPa。取[p]=22MPa。 按耐磨性條件選擇螺紋中徑，起重器需要螺紋有較高的承載能力，螺紋根部強(qiáng)度較高，所以選用梯形螺紋。查參考文獻(xiàn)[1]得，取 =2。 由梯形螺紋耐磨性條件公式： 式中 ——螺紋中徑，mm; F——螺旋的軸向載荷，N； [p]——材料的許用壓強(qiáng)，MPa; ——引入系數(shù)，=H/; H——螺母旋合高度，mm; 代入數(shù)值后有。查參考文獻(xiàn)[2]表11.4，取公稱直徑d=32mm，螺距p=6mm，中徑d2=29mm，小徑d4=25mm，內(nèi)螺紋大徑D4=33mm，內(nèi)螺紋小徑D1=26mm。 則螺母高度H=*=2*29=58mm，螺紋圈數(shù)z=H/P=9.7，=2=30。 4、螺桿強(qiáng)度校核 千斤頂螺桿危險截面受軸向力F和扭轉(zhuǎn)力矩T的作用，這里的扭轉(zhuǎn)力矩是螺紋副的摩擦轉(zhuǎn)矩T。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺桿危險截面的強(qiáng)度條件為： 式中 —— 螺桿螺紋的小徑(mm)； ——螺桿材料的許用應(yīng)力(MPa); F———螺桿所受的軸向載荷(N)； T—— 螺桿所受轉(zhuǎn)矩(Nmm), 。 ——螺紋升角（） 查參考文獻(xiàn)[1]表8.13得鋼對青銅的當(dāng)量摩擦因數(shù)=0.08~0.10,取=0.09。則=arctan=5.143 =arctan=arctan=3.7679 將已知數(shù)據(jù)帶入公式得 T=40000tan(3.7679+5.143)30/2=94074Nmm ==97.27MPa 查參考文獻(xiàn)[1]表8.12得螺桿的許用應(yīng)力[]=，而=355MPa，則[]=71~118MPa,取[]=100MPa>97.27MPa=。即<[]，螺桿滿足強(qiáng)度條件。 5、螺母螺紋牙強(qiáng)度校核 因為螺母材料強(qiáng)度低于螺桿 ，所以螺紋牙的剪切和彎曲破壞大多發(fā)生在螺母上，故可只校核螺母螺紋牙強(qiáng)度。查參考文獻(xiàn)[1]表8.12得螺母材料的許用切應(yīng)力,取=35MPa；許用彎曲應(yīng)力[σb]=40~60MPa, 取[σb]=50MPa。螺母螺紋牙根部剪切強(qiáng)度條件為： 式中 F——軸向載荷(N)； D4——螺母螺紋大徑(mm); z——螺紋旋合圈數(shù)，z取10； b——螺紋牙根部厚度(mm)，對于梯形螺紋b=0.65P=3.9mm。 代入數(shù)據(jù)計算： MPa[] 即螺母滿足剪切強(qiáng)度要求。 螺母螺紋牙根部的彎曲強(qiáng)度條件為： 式中 l——彎曲力臂，l==2mm 其它參數(shù)同上。 代入數(shù)據(jù)計算： MPa[σb] 即螺母螺紋牙滿足彎曲強(qiáng)度要求。 6、螺紋副自鎖條件校核 由螺紋副自鎖條件 其中=arctan ——螺紋升角，=arctan=arctan=3.768 ——當(dāng)量摩擦因數(shù)，取=0.09。 ——當(dāng)量摩擦角（） 帶入數(shù)據(jù)計算得=arctan=arctan0.09=5.143； 所以 滿足螺紋副自鎖條件。 7、螺桿的穩(wěn)定性校核 千斤頂?shù)淖畲笊仙叨?00mm，則螺桿的最大工作長度L為 式中 ——螺母高度(mm)，=58mm; =（1.8~2）； ——螺桿與手柄座相接處尺寸，查手冊知，=9mm。 假設(shè)手柄直徑為d1=30mm，由尺寸經(jīng)驗公式h1=(1.8~2)d1=54~60mm取h1=54mm，則： L=200+29+54+9=292mm 則螺桿的柔度： ——長度系數(shù)，對本千斤頂，看做一端固定、一端自有，則取=2； d4——螺紋小徑，d4=25mm。 i——螺桿危險截面的慣性半徑(mm),，其中A為危險截面的面積(mm2)。 代入數(shù)據(jù)計算： 對于45#調(diào)制鋼，此時螺桿穩(wěn)定的臨界載荷Fc為： （） 代入數(shù)據(jù)計算得： N 那么，由壓桿穩(wěn)定條件 故螺桿滿足穩(wěn)定性要求。 8、螺母外徑及凸緣設(shè)計 根據(jù)經(jīng)驗公式，螺母外徑D2≈1.5d=1.532=48mm，取D2=50mm; 螺母凸緣外徑D3≈1.4D2=1.450=70mm; 螺母凸緣厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)58=11.6~17.4mm，取b=15mm。 9、手柄設(shè)計 加在手柄上的力需要克服螺紋副之間的摩擦阻力矩T1和托杯支撐面間的摩擦力矩T2。設(shè)加在手柄上的力F1=300N，手柄長度為L，則有F1 L = T1 + T2。對于T1和T2，有 T1=40000tan(3.768+5.143)30/2=94074Nmm 公式中的符號見參考書[3]。 根據(jù)經(jīng)驗公式，D=（1.6~1.8）d=（1.6~1.8）32=51.2~57.6mm，取D=55mm; D1=（0.6~0.8）d=（0.6~0.8）32=19.2~25.6mm；取D1=24mm; 托杯材料選擇鑄鐵，手柄選擇Q235，取摩擦因數(shù)f=0.12,則 那么手柄長度，L==637.1mm，取L=300mm,加套筒長400mm。 設(shè)手柄所受最大彎曲應(yīng)力為σ，，，則=112.5~150MPa,取=125MPa。 則手柄直徑d1應(yīng)滿足 轉(zhuǎn)化為 =24.97mm; 取手柄直徑d1=25mm。 10、底座設(shè)計 螺桿下落至底面，再留10mm左右的空間，底座鑄造起模斜度1:10，壁厚。由經(jīng)驗公式，S=(1.5~2)=15~20mm,取S=20mm。各符號見參考書[3]。 D5由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定，D5=120mm；D4=1.4D5=1.4*120=168mm。 結(jié)構(gòu)確定后校核下底面的擠壓應(yīng)力： = 底面材料選擇鑄鐵HT100，查參考資料[2]表10.3得鑄鐵， 。 顯然，，底面強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。 11、各部分尺寸及參數(shù)（符號見參考資料[3]） mm，取=70mm mm，取D=55mm mm，取D1=24mm =50mm，=70mm，=168mm，=120mm =10mm mm，取h=50mm ==mm，取=45mm ==mm，取=15mm =25mm mm，取=6mm; ，取=7mm； ，取=7mm。 d=32mm，=29mm，=25mm H=58mm，b=15mm，P=6mm，S=20mm 固定托盤用的擋圈內(nèi)徑8mm，外徑32mm，厚5mm；螺釘。 螺桿底部擋圈內(nèi)徑8mm，外徑50mm，厚5mm；螺釘 。 緊定螺釘 GB/T71-1985 M620。 其余鑄造圓角，取R=4mm。 螺旋起重器（千斤頂）裝配圖見A2圖紙。 12、參考資料 [1]宋寶玉，王黎欽.機(jī)械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2010 [2]宋寶玉. 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書.北京：高等教育出版社，2006 [3]張鋒，宋寶玉.機(jī)械設(shè)計大作業(yè)指導(dǎo)書.北京：高等教育出版社，2009