机械设计课程设计课程名称：机械设计设计题目：设计螺杆起重器院系：机电工程学院班级：A09机械（2）班姓名：学号：指导教师：浙江海洋学院课程设计题目：设计螺旋起重器螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可起升重物。

它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄、扳手等零件组成。

已知技术参数和设计要求：1. 梯形螺纹标准 GB/T5796.1～GB/T5796.4—19862. 锯齿螺纹标准 GB/T13576.1～GB/T13576.4—19923. 六角螺栓标准 GB/T5780—20004. 紧钉螺钉标准 GB/T71—1985工作量：1.设计计算说明书一份，主要保罗起重器各部分尺寸的计算，强度、自锁性、稳定性校核等。

2.形装配图一张，画出起重器的全部结构，标注出必要尺寸与零件编号，填写标题栏与明细表。

目录一、螺旋起重器的结构和功能 (3)二、螺杆和螺母材料 (3)三、滑动螺旋起重器的设计计算 (3)3.1 耐磨性计算 (3)3.2 自锁性校核计算 (4)3.3 螺杆强度校核计算 (5)3.4 螺母螺纹牙的强度校核计算 (6)3.5 稳定性校核计算 (6)3.6 螺母外径与凸缘的强度校核计算 (7)3.7 手柄设计 (8)3.8 底座设计 (9)四、设计图纸 (11)五、附表 (12)一、螺旋起重器的结构和功能螺旋起重器是一种人力起重的简单机械，主要用于起升重物。

图示为采用滑动螺旋的起重器结构示意图。

图中，螺杆7与螺母5组成螺旋副，螺母5与底座8固定联接，紧定螺钉6提高了联接可靠性。

托杯1直接顶住重物，当转动手柄4时，螺杆7一边转动一边上下移动，使托杯1托起重物上下移动，达到起升重物的目的。

这种螺旋起重器结构简单，制造容易，易于自锁，其主要缺点是摩擦阻力大，传动效率低（一般为30％～40％），磨损快，寿命低，传动精度低。

螺旋起重器一般垂直布置，在起重时螺杆7受压，因此都做成短而粗，起升高度不宜太大。

螺母5作为起升时的支承件，常做成整体结构。

螺旋起重器应有可靠的自锁性能，以保证螺杆7和重物在上升下降过程中能可靠地停留在任一位置而不自行下降。

螺杆一般采用梯形牙、右旋、单线螺纹。

当起重量较大时，为减小摩擦阻力，操作省力，可在托杯1的下部安放一推力轴承。

二、螺杆和螺母材料螺杆材料要有足够的强度和耐磨性，一般用45钢，经调质处理，硬度220～250HBS。

螺母材料除要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦因数小和耐磨，可用ZCuAl10Fe3、ZCuAl10Fe3Mn2等。

三、滑动螺旋起重器的设计计算3.1 耐磨性计算滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关，其中最主要的是螺纹工作表面上的压力，压力愈大，螺旋副间愈容易形成过度磨损。

因此，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p，使其小于材料的许用压力[p]。

计算时，一般假设：螺杆上的轴向载荷F 作用于螺纹工作承压表面A 上。

耐磨性条件校核计算式为：p ＝][22p hZd QPhH d Q ≤ππ＝ --------( 1 )式中，Q ──螺杆所受轴向载荷，/N ； d 2──螺纹中径，/mm ； h ──螺纹接触高度，/mm 。

h ＝0.5(d －D 1)，d 为螺杆大径，D 1为螺母小径；Z ──螺纹工作圈数，一般最大不宜超过10圈。

Z ＝PH，H 为螺母高度，P 为螺纹螺距。

[ p] ──螺旋副材料的许用压力， MPa 。

可取 [ p] ＝18～25 MPa 。

对梯形螺纹，h ＝0.5P ，式（1）可演化为设计计算式：d 2 ≥][p Qπϕψ，式中 φ=0.5，ψ ＝ H / d 2 ,一般可取ψ＝ 1.2～2.5。

取ψ=2.0, [ p] ＝20 MPa d 2 ≥][p Qπϕψ=26.77mm ，查表附表一得d 2 =27， 螺母旋合高度：H=ψ×d 2 =2.0×27=54.0mm螺纹工作圈数：符合Z ＝PH=54.0/10=5.40＜10，取Z=63.2 自锁性校核计算滑动螺旋起重器必须保证可靠的自锁性，自锁的条件为：λ≤ρv (3)2arctand nP πλ=， ρv ＝arctan γcos f式中 λ──螺纹升角；f ──螺旋副材料的摩擦因数，一般可取 f ＝0.08～0.1； γ牙型半角（牙侧角），梯形螺纹γ＝α/2＝15o 。

取f=0.1 ， n=1 ， 2a r c t a n d nPπλ==arctan(1×10/3.14×27)= 6.730ρv ＝arctanγcos f=arctan(0.1/cos15)=5.910. 符合λ＜ρv ，满足自锁条件。

3.3 螺杆强度校核计算起重时螺杆受压和受扭，按第四强度理论计算：σca ＝223τσ＋ ＝2123）（＋）（TW T AQ ＝2112)431d T Q A （＋ ≤ [ σ ] （4） 式中 A ──螺杆螺纹段的危险截面面积，A ＝421d π，/mm 2 ;W T ──螺杆螺纹段的抗扭截面系数，W T ＝416131d Ad ＝π ，/mm 3 ; d 1──螺杆螺纹小径，mm ；d 1= 21mmQ ──起升载荷，/N ；T 1 ──螺杆所受扭矩，T 1 ＝22dQ tan(λ ＋ρv )，/N •mm ；[ σ ] ──螺杆材料的许用应力，/MPa 。

[ σ ] ＝σS /(3～5)，可取σS ＝352M A ＝421d π=3.14×212 /4= 346.19mm 2T 1 ＝Q tan(λ ＋ρv ) 22d =45000×tan(6.730+5.910) ×27/2=38490.9 N •mm σca ＝2112)431d T Q A （＋=22)169.3849034500067.2681（＋）（=76.04MPa 因为σS 取352M, [ σ ] ＝σS /(3～5)，安全系数取4，有[ σ ] ＝σS /4=88.00MPa符合σca ≤ [ σ ] ，满足强度要求。

3.4 螺母螺纹牙的强度校核计算 螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，因此，需进行螺纹牙剪切强度和挤压强度计算。

如图所示，如将一圈螺纹牙沿螺母的大径D 展开，则可看作宽度为πD 的悬臂梁。

螺母每圈螺纹所受的平均压力为F / u ，并作用在以螺纹中径D 2为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面a －a 上的剪切强度条件为：τ＝DbZQπ≤ [τ] （5）螺纹牙危险截面a －a 上的弯曲强度条件为：σb ＝ZDb Ql26π≤ [σb ] （6） 式中 b ──螺纹牙根部的厚度，/mm 。

b ＝0.65P ，P 为螺纹螺距，/mm; l ──弯曲力臂，/mm 。

l ＝(D －D 2）/ 2；[τ] ──螺母材料的许用切应力，/MPa ；可取[τ]＝40MPa ；[σb ] ──螺母材料的许用弯曲应力，/MPa ；可取[σb ]＝40～60MPa 。

b =0.65p=0.65×10=6.5 , D 2=27mm ，D ≈d l ＝(D －D 2）/ 2=（32-27）/2=2.25mmτ＝DbZ Qπ=45000/(3.14×32×6.5×6)=11.48MPa , 符合τ≤ [τ]。

σb ＝ZDb Ql26π=6×45000×2.25/(3.14×32×6.52×6)=23.85MPa, 符合 σb ≤ [σb ] ，满足强度要求。

3.5 稳定性校核计算 螺杆受压不失稳的条件为：S CS QQ ≥ Q 为螺杆承受的轴向压力，N ；S S 为保证螺杆不失稳的最小安全系数，此处S S =2.5~4.0，取S S =2.5；C Q 为螺杆失稳时的临界载荷，N ；临界载荷C Q 与螺杆柔度s λ有关，即s λ=ilμ，其中i=41d =22/4=5.5 l=H/2+L+d=27+250+32=309mm螺旋千斤顶一段固定，一段自由，µ=2则s λ=ilμ=2×341/5.5=124>40，要进行稳定性校核s λ>100,则C Q =22)(l EIμπ， E 为螺杆材料的弹性模量，钢螺杆E=2.06×510MPa I 为螺杆危险截面的惯性矩，I=6441d π（N ）带入数据得：C Q =132.38KN 则QQ C=2.9>S S ,满足稳定性条件 3.6 螺母外径与凸缘的强度校核计算 螺母结构如图所示，在起重载荷F 作用下， 螺母下段悬置部分有拉伸应力，螺母凸缘与底座 的接触面上会产生挤压压力，凸缘根部则有弯曲 及剪切应力。

它们的强度条件计算式分别为：螺母下段悬置部分的抗拉强度条件为：σ＝)(4)3.12.1(223D D Q－～π≤ [σ] （7）螺母凸缘的挤压强度条件为：σP ＝)(42324D D Q－π≤ [σP ] （8）螺母凸缘根部的弯曲强度条件为：σb ＝2334(5.1a D D D Q W M π）－＝≤[σb ] (9) 螺母凸缘根部的剪断很少发生，强度计算可从略。

式中 [σ] ──螺母材料的许用拉伸应力，/MPa 。

可取[σ]＝0.83[σb ]；[σP ]──螺母材料的许用挤压应力，/MPa 。

可取[σ]＝（1.5～1.7）[σb ] 取D 3=1.5d=48mm , D 4=1.4D 3 =67.2mm ,a=0.3H=16.2mm σ＝)(4)3.12.1(223D D Q－～π=4×1.3×45000/(3.14×(482-322))=48.22MPa因为[σ]＝0.86[σb ]=0.83×60=49.8MPa 所以符合σ≤ [σ]σP ＝)(42324D D Q－π=45000/3.14÷4×(67.22-482)=46.08MPa a因为[σ]＝（1.5～1.7）[σb ]=1.5×60=90.0MPa 所以符合σP ≤ [σP ] σb ＝2334(5.1aD D D Q W M π）－＝ =1.5×45000×（50.4-36）/(3.14×36×12.92)=51.67MPa 符合σb ≤[σb ]。

满足强度要求。

3.7 手柄设计 计算操作力矩T ：T ＝ T 1 ＋ T 2 ＝ F h L h （10）式中 T 1 ──螺旋副螺纹牙间的摩擦力矩，即螺杆所受扭矩，/N •m 。

T 2──螺杆与托杯底面间的摩擦力矩，/N •m 。