课程设计螺旋举重器设计计算说明书

1/13设计任务书设计课题螺旋举重器设计方案第17号方案【最大起重量：F=44KN；最大提升高度：L=200mm】设计要求（1）、装配图一张（2）、设计计算说明书一份教学目的（1）、熟悉螺旋传动的工作原理，掌握螺旋传动的设计过程和方法，培养结构设计能力，初步了解机械设计的一般程序；（2）、学会综合运用所学的知识，培养独立解决工程实际问题的能力；（3）、培养查阅机械零件设计手册及有关技术资料和正确使用国家标准、规范的能力。螺旋起重器主要零件螺杆、螺母、螺钉、螺栓、托杯、底座、手柄参考资料（1）、【1】《机械设计》东北大学出版社（2）、【2】《机械设计习题及解题分析》东北大学出版社（3）、【3】《机械零件手册》高等教育出版社2/13螺旋举重器设计计算说明书设计计算步骤及说明数据结果一、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸1、选择螺纹牙型：梯形螺纹[依据：梯形螺纹的工艺性能好，牙根强度高，对中性好。]2、螺纹基本尺寸计算：由基本数据知：F=44KN，取3，查阅【1】P160表7-1：取16pMPapHhdFPhdzFp22MPa查阅【2】P110得：d2≥163440008.08.0pF=30.28mm查阅【3】P67的GB/5796.3-1986：取P=6mmd=34mm则：d2=D2=d-3d3=d-7D1=d-6D4=d+1二、螺杆的设计计算1、选择螺杆材料:45钢2、螺杆头部结构：见附图一3、螺杆的强度校核：螺杆既受轴向力F又受转矩T的作用，在螺杆危险剖面上存在拉应力和扭转应力。根据第四强度理论计算：[P]=16MPaP=6mmd=34mmd3=27mmd2=31mmD2=31mmD4=35mmD1=28mm3/13233223222.0343dTdFca查阅【2】P110：取摩擦系数f=0.08半角15其中：2)tan(2dFTvvvffarctancosarctan=4.7353161arctanarctan2dnp=525.32)tan(2dFTv=44000231)735.4525.3tan(=99007N2322233223272.0990073274400042.034dTdFca=80.859MPa查阅【1】P48表2-6及P161表7-2取：9043604SCMPa则caCMPaMPa859.8090故安全4、螺杆稳定性校核:▲【图一】--受力分析图螺纹升至最高位置时，可视为直径为d3的下端固定，上f=0.0815v=4.735=525.3T99007Nca80.859MPa4/13端自由的压杆，为防止失稳，按下式进行校核其稳定性：查阅【1】P162得：SFFc=3.5～5其中：22EIFc44364mmd查阅【1】P162表7-3及【2】P111-113：取60.0dB5.1=51mmNdFc4)57.2461(2343dAi=6.75mmi2HBLl5、自锁性能校核：查阅【1】P163可得：自锁条件为：vvffarctancosarctan由735.31525.3v可得满足自锁条件。三、螺母的设计计算1、选择螺母材料：铸锡青铜2、螺纹牙圈数计算：螺纹牙工作圈数z根据耐磨性计算查阅【1】P160得：hdzFp2Ph5.0I=260744mmB=51mmi=6.75mmv=4.735=3.525h=3mm5/13则1041.92phdFz∴z=10又∵考虑螺杆退刀槽的影响∴螺母螺纹牙的实际齿数应取5.1zz（1）、螺母结构的确定：①、螺母高度HPzH②、螺母外径D按螺母悬置部分抗拉强度计算，考虑螺纹副中摩擦转矩的存在，将轴向载荷增大30%查阅【2】P112得：拉伸强度校核公式为24243.1DDF▲【图二】--螺母结构图设计公式为：z=10z=11.5H=69mm6/132466.1DFD其中：b83.0查阅【1】P161表7-2：取b=55MPa③、螺母凸缘尺寸查阅【2】P112得凸缘尺寸按以下经验公式初步确定：DD4.1~3.11取DD35.11其中3Ha④、螺母拉伸强度校核∵24243.1DDF=45.541MP＜45.65MPa=∴安全（2）、螺母强度校核：查阅【1】P161得：梯形螺纹中pb65.0①、螺纹牙根部弯曲强度校核式如下：24243622bDzFhbDzhFWhFb≤bb=23.690MPa≤55MPa=b②、根部剪切强度校核式如下：bDzF4≤=10.266MPa≤40MPa=③、凸缘支撑面的挤压强度校核：b=55MPa=45.65MPaD=53.151mm1D=71.753mma=23mm=45.541MPab=3.9mmb=23.690MPa=10.266MPa7/132214DDFp≤p其中bp7.1~5.1取bp6.1p=24.124MPa≤88MPa=p④、凸缘根部弯曲强度校核：21215.164aDDDFaDDDFWMb≤bb=13.906MPa≤55MPa=b⑤、根部剪切强度应满足：aDF≤=11.462MPa≤40MPa=∴安全四、托杯的设计计算1、选择托杯材料：铸铁、铸钢或Q2352、托杯结构：查阅【2】P113得托杯主要尺寸按以下经验公式计算并圆整：mmdD7.0~6.03取mmdD65.03mmdD9.1~7.16取mmdD8.16mmdD5.2~4.25取mmdD45.25mmDD4~267取mmDD367p=24.124MPab=13.906MPa=11.462MPammD233mmD626mmD845mmD5978/13mmDD5.030取mmDD5.030mmdB6.1~4.1取mmdB5.1▲【图三】--托杯及螺杆端部结构图3、托杯下端面挤压强度校核：查阅【2】P113得挤压强度校核计算式如下：20274DDFp≤pp=19.486MPa≤88MPa=p五、底座设计计算1、选择底座材料：常选用铸铁HT150，GT200,当举重量大时可选用铸钢。mmD230mmB51p=19.486MPa9/132、底座结构：mmLH20~151取mmLH161mmDD)10~5(8取mmDD68mmHDD102189底座的挤压强度确定mmDFDp29104其中查阅【1】P50表2-9得：25.1sp查阅【1】P48表2-6取：asMP360∵考虑到起重器的稳定性，∴取mmD16010▲【图四】--底座结构图3、危险截面强度校核:查阅【2】P113得危险截面强度校核按压缩强度校核则危险截面强度校核计算式为mmH2161mmD151.598mmD351.1029p=288MPa10D103.297mmmmD1601010/1328214DDFp≤pp=33.977≤88MPa=p故安全六、手柄设计计算1、选择手柄材料：碳素结构钢Q235或Q2752、手柄长度设计：L'dp▲【图五】--手柄结构图由【图一】受力分析得：扳动手柄的力矩应与阻力矩平衡即：21TTLFpp则ppFTTL21其中NFp200~150取NFp1801T、2T分别为螺纹副的摩擦力矩、螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩。2tan21dFTv1T=99006.83111/1320273037231DDDDFfT查阅【2】P110：取摩擦系数f=0.08考虑螺杆头部直径及手握长度，手柄的实际长度为：mmDLLpp150~5026取mmDLLpp10026为减小举重器的存放空间，一般取实际手柄长度pL不大于举重器的高度。当举重器较大时可以在手柄上套一长套管，以增大力臂达到省力的目的。3、手柄直径设计：由【2】P114得：手柄直径pd按弯曲强度计算弯曲强度计算式为bpppLFd1.0其中2~5.1sb取8.1sb查阅【1】P48表2-6：取asMP360∴pd=21mm七、螺旋起重器的效率计算螺杆旋转一圈，输入功率ppLFW21，举起重物的输出功率SFW2，故ppLFSF2∵18﹪≤=21.208﹪≤25﹪∴设计合格2T=75704.977pL=970.621mmpL=1101.221mmpd≥20.595mmpd=21mm=21.208﹪12/13八、其它设计内容1、螺母与底座的配合：通常用78hH或1111hH。2、为防止螺母转动，应设紧定螺钉，其值常取M6~M12根据举重量大小决定。d1▲紧定螺钉结构图3、防止托杯脱落和螺杆旋出螺母，在螺杆上、下两端安装安全挡圈。▲挡圈结构图4、连接螺钉、挡圈、手球等的规格尺寸按结构需要选取或设计。13/13▲螺钉、挡圈结构图Ddp▲手球结构图5、为了减少摩擦、磨损及托杯工作时不转动，螺旋副及托杯与螺杆的接触面均需润滑。