螺旋起重机设计.docx
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螺旋起重机设计
机械设计大作业
设计题目：
螺旋起重机
机械与自动控制院（系）机械设计制造及其自动化专业
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
1.
设计条件..................................................................................................................
1
2.
螺旋起重器的工作原理及其构造...........................................................................
1
3.
螺杆螺纹种类的选择...............................................................................................
2
4.
螺杆和螺母资料.......................................................................................................
2
5.
螺杆设计与计算.......................................................................................................
3
确立螺杆直径....................................................................................................................
3
自锁验算............................................................................................................................
3
螺杆强度计算....................................................................................................................
4
稳固性计算........................................................................................................................
4
6.
螺母设计与计算.......................................................................................................
5
选用螺母资料....................................................................................................................
5
确立螺母高度及螺纹工作圈数........................................................................................
5
校核螺纹牙强度................................................................................................................
6
螺母外径计算....................................................................................................................
7
螺母凸缘设计....................................................................................................................
7
7.
手柄设计与计算.......................................................................................................
7
手柄资料............................................................................................................................
7
手柄长度............................................................................................................................
7
手柄直径............................................................................................................................
8
8.
托杯设计...................................................................................................................
8
9.
底座设计...................................................................................................................
9
参照文件......................................................................................................................
10
1.设计条件
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构造
螺旋起重器（千斤顶）是一种人力起重的简单机械，主要用于起升重物。
千
斤顶一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄等部件所构成。
螺杆在固定螺母中旋
转，并上下起落，将托杯上的重物举起或放落。
图2-1螺旋起重器构造
3.螺杆螺纹种类的选择
梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺性好，牙根强度高，对中性
好，所以选择梯形螺纹。
4.螺杆和螺母资料
螺杆资料要有足够的强度和耐磨性，一般用45钢，再经调质办理。
查【2】，GB/T699-1999标准规定
s=355MPa，由
s
，
3~5
得
s
355MPa
。
S
4
螺母资料除要有足够的强度外，还要求在与螺杆资料配合时摩擦系数小和耐
磨，应采用ZCuSn10Pb1。
因螺杆—螺母资料为钢—青铜,查表4-1和表4-2得，滑动螺旋副的摩擦系
数?
=0.08~0.10，采用f
0.09；许用压力p
11~18MPa，采用p
18MPa。
表4-1
滑动螺旋副资料的许用压力
p
螺杆—螺母的资料
滑动速度
许用压力
钢—青铜
低速
18
25
≤
11
18
6
12
7
10
>15
1
2
淬火钢—青铜
6
12
10
13
钢—铸铁
13
18
6
12
4
7
表4-2
滑动螺旋副资料的摩擦系数
螺杆—螺母的资料
摩擦系数f
钢—青铜
淬火钢—青铜
钢—钢
钢—铸铁
5.螺杆设计与计算
5.1确立螺杆直径
滑动螺旋的磨损与很多要素相关，此中最主要的是螺纹工作表面上的压力，
压力愈大，螺旋副间越简单形成过分磨损。
所以，滑动螺旋的耐磨性计算，主要
是限制螺纹工作表面上的压力，使其小于资料的许用压力。
关于梯形螺纹，耐磨性设计计算式为：
d2
F
（5-1）
[p]
式中：
F─螺杆所受轴向载荷，
；
N
d2─螺纹中径，mm；
[p]─螺旋副资料的许用压力，MPa。
关于整体螺母，因为磨损后不可以调整空隙，为使受力散布比较平均，螺纹工
作圈数不宜过多，故取，采用，p18MPa，FQ
=30kN，得
d2
23.1mm。
依据
标准，螺杆中径取
d2
，选用螺杆的公称
直径
d
28mm，小径
1
22.5mm，螺距
5mm
；螺母螺纹大径
，
螺母螺纹中径
D2
d2
，梯形螺纹牙型角
为30°
5.2自锁验算
校核螺旋副能否知足自锁条件，自锁条件ψv，
ψarctannp
arctan（
1
5
）33424
（5-2）
d2
f
arctan
51923
（5-3）
v
arctan
cos
cos
12
式中：
ψ为螺纹升角；v为当量摩擦角；n为线数；
2。
∴ψ
知足自锁条件。
5.3螺杆强度计算
螺杆所受扭矩：
TFtan（
v）d2
59873Nmm
（5-4）
2
依据第四强度理论校核螺杆的强度：
1
34T
2
ca
F2
（5-5）
A
d1
此中A4d12
该螺杆知足强度要求。
5.4稳固性计算
修长的螺杆工作时遇到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳固性条件验算
螺杆的稳固性。
螺杆危险截面的惯性半径：
i
I
d1
（5-6）
A
4
4
对起重器螺杆，可看作一端固定、一端自由，长度系数取
2
螺杆的工作长度：
H
lH1.5dH0.5d21.5d247.5mm2
Hd2为螺母高度，H为最大起重高度
∴螺杆的柔度s
l
8840，需要进行稳固性校核
，
i
d14
4
（5-7）
I
12580.56mm
64
2EI
（5-8）
Fcr
（
l）2
E为螺杆资料的拉压弹性模量，105MPa；
螺杆的稳固性条件为：
Fcr
SscSs（5-9）
F
F=30kN，Ss3.5~5.0，计算得Ssc
螺杆知足稳固性要求。
6.螺母设计与计算
6.1选用螺母资料
100%=0.57%<5%
螺母采用青铜ZCuSn10Pb1，资料的许用切应力[]
30~40MPa，许用应力
为
b
50
。
MPa
6.2确立螺母高度及螺纹工作圈数
螺母高度：
H
d2=51mm
（6-1）
螺纹工作圈数：
H'
51
（6-2）
u
P
5
螺纹工作圈数不宜超出
10圈，
10.210
10
100%=2%<5%
螺纹圈数知足工程要求。
6.3校核螺纹牙强度
一般螺母的资料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。
查表6-1
，青铜螺母σ[b]=40~60MPa，[]30~
40MPa，取[σb]=40MPa，
[]30MPa。
表6-1
滑动螺旋副资料
螺旋副资料
许用应力（MPa）
[σ]
[σ]b
[τ]
螺杆
钢
σs/（3~5）
螺母
青铜
40~60
30~40
铸铁
40~55
40
钢
（1.0~1.2）[σ]
0..6[σ]
注：
1）σs为资料折服极限。
2）载荷稳准时，许用应力取大值。
螺纹牙危险截面的剪切应力为：
F
30000
6Pa10.11MPa[]
（6-3）
Dbu
5
10
∴知足要求
螺纹牙危险截面的曲折强度条件为
6Fl
（6-4）
σ
28MPa[σb]
Db
2u
∴知足要求
式中：
l为曲折力臂,l=（D-D2）/2；
b为螺纹牙根部的厚度,关于梯形螺纹，；
D为螺母螺纹大径。
6.4螺母外径计算
由经验公式得，螺母外径28mm=42mm
6.5螺母凸缘设计
由经验公式，
螺母凸缘外径D31.4D2=58.8mm,取D3=59mm。
螺母凸缘厚b’
'
，取
=（0.2~0.3）
H=（0.2~0.3）
51mm=10.2~15.3mm
b’=12mm。
螺母凸缘根部抗剪切强度较大，剪断极少发生，强度计算可从略。
7.手柄设计与计算
7.1手柄资料
手柄资料采用Q235钢。
7.2手柄长度
加在手柄上的力需要战胜螺纹副之间相对转动的阻力矩和托杯支撑面间的
摩擦力矩。
L为手柄长度，则
F’L=T1+T2
式中：
T1──螺旋副螺纹牙间的摩擦力矩，；
T2──螺杆与托杯底面间的摩擦力矩，Nmm；
F’为加于手柄上一个人的臂力，间停工作时，约为150～250N，工作时间
较长时为100～150N，选F250N。
T1TFtan（
v）d2
59873Nmm
（7-1）
2
1
D
3
D1
3
2~4
2
（7-2）
T2
fF
2
D1
2
3
D
2~4
2
由经验公式，
D’=（1.6~1.8）
d=（1.6~1.8）
×。
取D’=45mm
D
d
=（0.6~0.8）
×
。
取D=20mm
1=（0.6~0.8）
1
式中：
F为螺杆所受轴向载荷，N
托杯资料选铸铁，手柄资料选Q235，摩擦因数f＝0.12，计算得
1
45
3
T2
30000
3
3
45
3
2
202
202
3
2
59475Nmm
L
59873
59475
=
250
mm=477.392mm
=
取L=500mm。
7.3手柄直径
把手柄当作一个悬臂梁，按曲折强度确立手柄直径dp，其强度条件为：
FL
[
b]
（7-3）
F
1
3
故
d1
FL
3
0.1[
b]
能够取d1
32mm。
h1
~2d1=57.6~64mm
取h160mm
8.托杯设计
托杯用来承托重物，可用铸铁HT200铸成。
为了使其与重物接触优秀和防备
与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。
为了防备托杯从螺杆
端部零落，在螺杆上端应装有挡板。
由经验公式，
托杯壁厚
1=8~10mm
取1=10mm
托杯高h
0.8~1D
D45mm
h36~45mm
h取45mm
9.底座设计
底座资料常用铸铁（HT150及HT200），铸件的壁厚不该小于
8～12mm，
底座壁厚=8~10mm,取=10mm
为了增添底座的稳固性，底部尺寸应大些，所以将其外形制成1∶10的斜度。
螺杆着落到地面，再留20~30mm的空间。
D
由构造设计确立
5
H底座
591802012
D5D3
5
5
取D5=100mm。
D4=1.4D5=1.4×100=140mm，
构造确立后校核地面的挤压应力:
P
F
（9-1）
（D4
2
D5
2）
4
底座资料选择铸铁HT150，查【2】，当铸件壁厚
=10~20mm时，b
145MPa，
[p]=（0.4~0.5）
p[p]，知足设计要求。
由经验公式，
S（1.5~2）15~20mm
S取20mm。
参照文件
【1】濮良贵、纪名刚.机械设计[M].8版.北京:
高等教育第一版社，2006.
【2】机械设计手册
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