螺旋举重器设计计算说明书

实用文档螺旋举重器设计计算内容结果1螺杆的设计与计算1.1螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。故选梯形螺纹，它的基本尺寸按GB5796.3-86的规定，确定螺杆的标准中径d2，大径d，小径d3，螺母的标准中径D2（=d2），大径D4，小径D1以及螺距P。1.2选取螺杆材料螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。1.3确定螺杆直径按螺母螺纹牙面耐磨性条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距P及其它尺寸。有d2≥0.8[]Fp根据国家规定=2.5~3.5，取=3（梯形螺纹）；h=0.5p；查[1]表7-1，[p]取7Mpa。故，d2≥phFt=0.8][pF=41.5mm查机械设计课程设计手册，d取46mm，P=12mm，d2=D2=40mm，D4=47mm，d3=33mm，D1=34mm。1.4自锁验算自锁条件是≤v，式中：为螺纹中径处升角；v为当量摩擦角（当量摩擦角v=arctan（f/cosβ），但为保证自锁，螺纹中选梯形螺纹选45钢d=46mmP=12mmd2=D2=40mmD4=47mmd3=33mmD1=34mm1径处升角至少要比当量摩擦角小1°。）查教材表14-2，f取0.12=arctan(P/d2)=arctan[12/(3.14×40)]=5.46°v=arctan（f/cosβ）=arctan[0.12/cos(30°/2)]=7.08°则=5.46°v-1°=6.08°满足自锁条件1.5螺杆强度计算对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。强度计算方法参阅教材公式(5-47)，ca=222333430.2FTdd≤[]其中扭矩=51.5×103×tan(5.46°+7.08°)×40/2N·mm=229.10N·mm查表8-1得知，对45钢，s=294MPa由表7-2，[]=5~3s=3s=3294=98MPa，D3=33mm，故，c=23223332.010.22933314.3105.514=81.64MPa≤[]=98MPa满足强度条件1.7稳定性计算细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。Fc/FS=3.5~5螺杆的临界载荷Fc与柔度λ有关，λ=l/i，为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为螺杆的最大工作长度，按螺杆=5.46°v=7.08°v-1°满足自锁条件T=229.10N·mm2)tan(2dFTv2升至最高位置时托杯底面到螺母中部的高度计算，可近似取l＝L+B+H/2，i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=d32/4，则43dAIi(I为螺杆危险截面的惯性矩)当螺杆的柔度λ＜40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。当λ22EIlN，式中E为螺杆材料的弹性模量，对于钢E=2.06510MPa。对于B470MPa的优质碳素钢，取Fc=（461-2.57λ）23d41.7.1计算柔度（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和iI=6443d=643314.34=58213.76mm443dAIi=433=8.25mm（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度lL=L+B+H/2=220+69+135/2=356.5mm（3）计算柔度查表7-3，μ取2(一端固定，一端自由)λ=l/i=25.85.3562=86.4240，所以需要进行稳定性校核。1.7.2计算稳定性（1）计算临界载荷Fcs=294Mpa[]=98MPac=81.64MPac＜[]满足强度条件I=113560mm4i=9.75mm3查表8-1得知，B=588MPa470MPa，所以Fc=23d-.4（461257）=（461-2.57）2334=204331.35N(2)稳定性计算5150035.204331FFcr=3.973.5~5满足稳定性条件。2螺母设计与计算2.1选取螺母材料耐磨性较好的螺母材料有铸锡青铜ZCuSn10Pb1，铸造锡锌铅青铜ZCuSn5Pb5Zn5和铸造铝铁青铜ZCuAl10Fe3，低速、轻载或不经常使用时，也可选用耐磨铸铁或铸铁。2.1.2螺纹工作圈数u螺纹牙工作圈数z根据耐磨性计算，由[1]式（7-1）z][2phdF≤10，式中h为螺纹牙工作高度，对于梯形和矩形螺纹，h=0.5P如果z10，应增大螺纹直径或改选螺母材料。考虑螺杆退刀槽的影响，螺母螺纹牙的实际圈数应取u=z+1.5。2.1.3螺母实际高度HH=zP=11.26×12=135mm2.2校核螺纹牙强度一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。螺母的其它尺寸见图1―3。必要时还应对螺母外径D4进行强度验算。查教材公式7-4,7-5，螺纹牙根部剪切强度和根部弯曲强度条件分别为：l=356.5mmλs=72.2Fc=204331.35NFFc=3.973.5~5满足稳定性条件选铸铁H=135mm4bzDF4；bbzbDFh243式中：b为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65P;h为螺纹牙工作高度，l=6mm;查机械设计课程设计手册表3-8，D=d+1=49mm,D2=44mm查表7-2，取30Mpa,b取50Mpa故，bzDF4=26.11）1265.0（4714.3105.513=3.97MPa30MpabzbDFh243=26.111265.04714.36105.51323=9.16Mpa40Mpa满足强度条件2.3结构要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用78hH或1111hH等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图1―3）和底座孔上端（图1―7）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图1―1），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm。螺母的相关尺寸计算z=9.76z=11.263.97Mpa9.16Mpa5D241.66[]FD=21.6651.54741.5=45mm螺母凸缘尺寸按一下经验公式初步确定：D1=（1.3-1.4）D=1.4120=168mmaH/3=135/3=45mm3托杯的设计与计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图1―4。为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此在起重时，托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。4)DD(211212Fp≤[p]托杯主要尺寸按经验公式计算并圆整：D5=(2.4~2.5)d=2.446=110.4mm圆整为110mmD3=(0.6~0.7）d=0.646=27.6mm圆整为28mmD6=(1.7~1.9)d=1.846=82.8mm圆整为83mmD7=D6-(2~4)=83-3=80mmD0=D3+0.5mm=28.5圆整为29mmB=（1.4~1.6）dmm=1.546=69mm满足强度条件D=120mma=45mm6故4)DD(211212Fp≤[p]=4)2980(14.3105.51223=11.8Mpa20Mpa4手柄设计与计算4.1手柄材料常用Q235和Q215。4.2手柄长度Lp板动手柄的力矩：pFLp=T1+T2则pFTTL21p（式1-2）式中：pF——加于手柄上一个工人的臂力，约为150～200N，T1——螺旋副间的摩擦阻力矩，=51.5×103×tan(5.46°+7.08°)×240=229.1N·mmT2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2=33702270-13-DDfFDD(查表14-2，f=0.12)=332210.08-0.0290.125150030.08-0.029=179.46N·mm则pFTTL21p(pF取200)δ=19mmD5=110mmD3=32mmD6=83mmD7=80mmD0=29mmp=11.8MPa[p]满足压力强度条件选Q235。2)tan(21dFTv7=20046.1791.229=2042.8mm手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上26D+（50～150）mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。因此，手柄实际长度`pL=pL+287+100=2042.8+41.4+50=2134.2mm4.3手柄直径dp把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为3ppd1.0KLb≤[b]（式1-3）故dp≥3p][1.0bpLF≥31831.08.2042200=28mm式中：[]F——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，[]F=183Mpa。5底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200），铸件的壁厚δ不应小于8～12mm，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成1∶10的斜度。底座T1=229.1N·mmT2=179.46N·mpL=1976.5mm'`pL=2042.8mmdp=28mm8结构及尺寸如右图图中δ取19mmH1=L+（15～20）mm=220+20=240mmD8=D+（5～10）mm=120+12=130mmD9=D8+2101H=130+210240=178mmD10≥29D][π4pF=231788014.3105.514=258mm式中：[p]——接触面材料的许用挤压应力。查[1]表2-46螺旋起重器的效率螺杆旋转一圈，输入功W1=2ppFL，举起重物的输出功W2=FS，故=2ppFSFL式中S为螺纹导程。515000.01222002.0428=24%。选HT200δ=19mmH1=260mmD6=90mmD7=142mmD8=248mm9