H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y机械设计大作业说明书设计题目：设计螺旋起重器院系：机电工程学院班级：1308xxx设计者：xxxxxx学号：11308xxxxxxx指导教师：xxxxxxx设计时间：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx目录任务书 (3)一、选择螺杆、螺母的材料 (4)二、耐磨性计算 (4)三、螺杆强度校核 (4)四、螺母螺纹牙的强度校核 (5)五、自锁条件校核 (6)六、螺杆的稳定性校核 (6)七、螺母外径及凸缘设计 (7)八、手柄设计 (7)九、底座设计 (8)十、托杯等其他结构的设计 (8)十一、绘制螺旋起重器（千斤顶）装配图 (8)十二、参考文献 (9)哈尔滨工业大学 机械设计作业任务书题目： 设计螺旋起重器设计原始数据：N F Q k 30 ,H=180mm题号 起重量F Q /kN 最大起重高度H/mm3.1.1 30 180Q FF一、选择螺杆、螺母的材料螺杆采用45钢材质，由参考文献[1]表10.2查得抗拉刚度MPa 600b =σ，MPa 355s =σ。

螺母材料采用铝青铜ZCuAl10Fe3（考虑速度低）。

二、耐磨性计算螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜ZCuAl10Fe3，由参考文献[2]表 5.8查得MPa p 25~18][=,从表 5.8的注释中可以查得，人力驱动时][p 值可加大20%，则MPa p 30~6.21][=，取MPa p 25][=。

按耐磨性条件设计螺纹中径2d ,选用梯形螺纹，则][8.02p F d Qψ≥。

由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数5.2~2.1=ψ，取2=ψ。

则mm mm p F d Q6.19252300008.0][8.02=⨯=≥ψ 式中：Q F ——轴向载荷，N; 2d ——螺纹中径，mm;][p ——许用压强，MPa 。

查参考文献[3]表11.5取公称直径mm d 28=，螺距mm P 3=，中径mm d 5.262=，小径mm d 5.243=，内螺纹大径mm D 5.284=。

三、螺杆强度校核螺杆危险截面的强度条件为：][16342331223σππσ≤⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d T d F Q e 式中：Q F ——轴向载荷，N ； 3d ——螺纹小径，mm;1T ——螺纹副摩擦力矩，2)tan(21d F T Q ρψ'+=，ψ为螺纹升角，2arctan d np πψ== 0637.25.2631arctan=⨯⨯π；][σ——螺杆材料的许用应力，MPa ；查参考文献[1]表5.10得钢对青铜的当量摩擦因数10.0~08.0='f ，取09.0='f ，螺纹副当量摩擦角 1427.509.0arctan arctan =='='f ρ。

把已知的值代入1T 的计算公式中，则得mm N T ·50261)1427.50637.2tan(25.26300001=+⨯= MPa 4.705.24502611635.243000042322=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=ππσe 由参考文献[1]表 5.9可以查得螺杆材料的许用应力5~3][sσσ=，MPa s 355=σ，=][p 71~118MPa ，取MPa 95][=σ。

显然，][σσ<e ，螺杆满足强度条件。

四、螺母螺纹牙的强度校核螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为][4τπτ≤=bD Z F Q式中：Q F ——轴向载荷，N ； 4D ——螺母螺纹大径，mm;Z ——螺纹旋合圈数，Z 取10；b ——螺纹牙根部厚度，梯形螺纹b=0.65P=0.65×3mm=1.95mm 。

代入数值计算得MPa MPa 2.1795.15.281030000=⨯⨯⨯=πτ查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用剪应力MPa 40~30][=τ，显然][ττ<。

螺纹牙得弯曲强度条件为[]b Q b b D Z l F σπσ≤=243式中：l ——弯曲力臂，mm mm d D l 125.265.28224=-=-=。

其它参数同上。

代入数值计算得MPa MPa b 435.2695.15.281013000032=⨯⨯⨯⨯=πσ 查参考文献[1]表5.9得螺母材料的许用弯曲应力MPa b 60~40][=σ。

显然，][b b σσ<，即满足螺纹牙的强度条件。

五、自锁条件校核因 0637.2=ψ， 1427.5='ρ，因此ρψ'<满足自锁条件。

六、螺杆的稳定性校核 螺杆的柔度值14d lilμμλ==式中：l ——螺杆的最大工作长度，取螺母中部到另一端支点的距离，则++=2180螺母H l 1h 退刀槽l +。

退刀槽l 指螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知，退刀槽l =9mm 。

mm 30310=⨯==ZP H 螺母假设手柄直径为mm 20=手柄d ，由结构尺寸经验公式mm d h 40~36)2~8.1(1==手柄，取mm h 381=，则mm mm l 242)93815180(=+++=μ——长度系数，对千斤顶，可看做一端固定、一端自由，取μ=2。

代入以上数值得795.242422441=⨯⨯==d l μλ 对于45钢调质，当90<λ时：N d F c 8847145.247900013.01340400013.0134022212=⨯⨯+=+=ππλ 5.295.23000088471>==F F c 因此，满足稳定性要求。

七、螺母外径及凸缘设计螺母外径mm mm d D 42285.15.12=⨯=≈。

螺纹凸缘外径mm mm D D 8.58424.14.123=⨯=≈，取mm D 603=。

螺纹凸缘厚mm mm H b 9~630)3.0~2.0()3.0~2.0(=⨯=≈，取mm b 8=。

八、手柄设计加在手柄上的力需要克服螺纹副之间相对转动的阻力矩和托杯支承面的摩擦力矩。

设F 为加在手柄上的力，取F=200N ，L 为手柄长度，则21T T FL +=。

有mm N T ·502611=2123132)2()]4~2([)2()]4~2([31+--+--=D D D D fF T Q式中：Q F ——轴向载荷，N ； f ——摩擦因数；D =(1.6~1.8)d=(1.6~1.8)×28mm=44.8~50.4mm,取D=48mm 。

1D =(0.6~0.8)d=(0.6~0.8)×28mm=16.8~22.4mm,取1D =20mm 。

托杯选铸铁，手柄选Q215，摩擦因数f =0.12，则mm N T ⋅≈+--+--⨯⨯⨯=62669)220()]4~2(48[)220()]4~2(48[3000012.03122332mm F T T L 65.564200626695026121=+=+=，取L=200mm,加套筒长500mm 。

手柄直径3][1.0b FL d σ≥手柄，查教材可知：2~5.1][sb σσ=，查参考文献[2]表10.1，MPa s 205=σ，则MPa b 7.136~5.102][=σ，取MPa b 110][=σ。

代入数值计算得mm FL d b 7.21mm 1101.065.564200][1.033=⨯⨯=≥σ手柄取手柄直径d=24mm 。

九、底座设计螺杆下落到地面，在留20~30mm 空间，底座造起模斜度1：10，厚度10mm 。

5D 由结构设计确定，5D =104mm 。

mm 1464.154==D D 。

结构确定后校核地面的挤压应力：MPa 64.3)104146(430000)(4222524=-=-=ππσD D F Qp地面材料选择铸铁HT100，查表得铸件壁厚mm 50~30=δ时，MPa 80≥b σ，b p σσ)5.0~4.0(][==(0.4~0.5)×80MPa=(32~40)MPa 。

显然，][p p σσ<，满足设计要求。

铸造圆角取R=4mm 。

十、托杯等其他结构的设计 托杯结构设计：T D =(2.0~2.5)d=56~70mm ，取T D =60mm ，D 取48mm （见手柄设计），h=(0.8~1)D=38.4~48mm ，取h=40mm ；2h =(0.6~0.8)1D =12~16mm ，取2h =14mm ，a 取8mm ，t 取8mm 。

挡圈结构设计：上部：厚度上挡圈h =4mm ，外径上挡圈D =24mm ，内径上挡圈d =7mm ； 下部：厚度下挡圈h =6mm ，外径下挡圈D =32mm ，内径下挡圈d =7mm ； 挡圈紧固结构：螺栓M6×10 GB/T 5782-2000十一、绘制螺旋起重器（千斤顶）装配图见A2图纸十二、参考文献[1] 王黎钦，陈铁鸣. 机械设计. 4版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2008.[2] 宋宝玉. 机械设计课程设计指导书. 北京：高等教育出版社,2006.[3] 王连明，宋宝玉. 机械设计课程设计.3版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2007.。