哈尔滨工业大学机械设计作业设计计算说明书题目：设计螺旋起重器院系：机电工程学院班号：0808109姓名：**日期：2010-10-04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：螺旋起重器的示意图及已知数据题号起重量F Q/kN 最大起重高度H/mm 3.1.1 30 180QFF1. 选择螺杆、螺母的材料螺杆采用45#调制钢，由参考文献[2]表10.2查得抗拉强度b 600 MPa σ=，s 355 MPa σ=。

螺母材料用铝黄铜Cu25Al6Fe3Mn3Z 。

2. 耐磨性计算螺杆选用45# 钢，螺母选用铸造铝黄铜Cu25Al6Fe3Mn3Z ，由参考文献[1]表 5.8 查得[p]=18~25MPa从表 5.8 的注释中可以查得，人力驱动时[]p 值可以加大20%，则[p]=21.6~30MPa取[]25MPa p = 。

按耐磨性条件设计螺纹中径2d ，选用梯形螺纹，则2d ≥ (1)由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数Ψ=1.2 – 2.5 取2ψ=。

则219.6d mm ≥==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[2]表11.5取公称直径28d =mm ，螺距3P =mm ，中径226.5d =mm ，小径324.5d =mm ，内螺纹大径428.5D =mm ，。

3. 螺杆强度校核螺杆危险截面的强度条件为e []σσ=≤ (2)式中：Q F －－－－－轴向载荷，N ；3d －－－－－螺纹小径，mm ；1T －－－－－螺纹副摩擦力矩，N mm ⋅；[]σ－－－－－螺杆材料的许用应力，MPa 。

其中螺纹副摩擦力矩21tan(')2Q d T F ψρ=+ (3)式中：Q F －－－－－轴向载荷，N ；ψ－－－－－螺纹升角，213arctanarctan 1.793330.5np d ψππ⨯===⨯； 'ρ－－－－－螺纹副当量摩擦角，度；2d －－－－－螺纹中径，mm 。

查参考文献[1]表5.10得钢对青铜的当量摩擦因数'0.08~0.10f =，螺纹副当量摩擦角'arctan 'arctan 0.08~arctan 0.10 4.5739~5.7106f ρ===，取' 5.7106ρ=（由表5.10的注释知，大值用于启动时，人力驱动属于间歇式，故应取用大值）。

把数据代入(3)式中，得126.530000tan(2.0637 5.1427)502612T N mm =⨯︒+︒=•把数据代入(2)式中，得70.4e MPa σ==由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆材料的许用应力s[]3~5σσ=（4）其中s 355 MPa σ=，则[]71~118 MPa σ=取[]80 MPa σ=。

显然，e []σσ<，螺杆满足强度条件。

4. 螺母螺牙是我强度校核螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为4[]Q F Z D bττπ=≤（5）式中：F －－－－－轴向载荷，N ；4D －－－－－螺母螺纹大径，mm ；Z －－－－－螺纹旋合圈数，取10Z =；b －－－－－螺纹牙根部厚度，梯形螺纹0.650.65 3 mm 1.95 mm b p ==⨯=；[]τ－－－－－螺母材料的许用切应力。

代入数据计算得3000017.21028.519.5MPa MPaτπ==⨯⨯⨯查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用切应力[]30~40 MPa τ=，显然[]ττ<。

螺纹牙根部的弯曲强度条件为b b 243[]Q F lD Zbσσπ=≤（6）式中：Q F －－－－－轴向载荷，N ；l －－－－－弯曲力臂，4228.526.5122D d l mm mm --===；4D －－－－－螺母螺纹大径，mm ；Z －－－－－螺纹旋合圈数，取10Z =；b －－－－－螺纹牙根部厚度，mm ；b []σ－－－－－螺母材料的许用弯曲应力。

数据代入式（6）得2330000126.4351028.5 1.95b MPa MPaσπ⨯⨯==⨯⨯查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用切应力b []40~60 MPa σ=。

显然b b []σσ<，即满足螺纹牙的强度条件。

5. 自锁条件因螺纹升角 2.0637ψ=︒，螺纹副当量摩擦角' 5.1427ρ=︒'ψρ<所以满足自锁条件。

6. 螺母外径及凸缘设计 由经验公式知，螺纹外径 1.5 1.52mm 42mm D d ≈=⨯=螺纹凸缘外径3231.4 1.44258.8,D 60mm D D mm mm ≈=⨯==取。

螺纹凸缘厚b=H 30mm 69mm b 8mm ⨯==（0.20.3）=（0.20.3），取。

7. 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间的摩擦力矩。

设F 为加在手柄上的力，L 为手柄长度，则12FL T T =+（7）式中：1T －－－－－螺纹副摩擦力矩，N mm ⋅；2T －－－－－托杯支承面间的摩擦力矩，N mm ⋅。

其中159971N mm T =，3312221[(2~4)](2)13[(2~4)](2)QD D T fF D D --+=--+ （8）式中：f －－－－－托杯支承面间摩擦因数；Q F －－－－－轴向载荷，N ；(2~4)D -、1D 见下图。

==⨯，取。

D d(1.6~1.8)(1.6~1.8)28 mm=(44.8~50.4) mm50mm1(0.6~0.8)(0.6~0.8)28 mm (16.8~22.4) mm 20mm D d ==⨯=，取。

(0.8~1)(0.8~1)50 mm (40~50)mm 44mm h D ==⨯=，取。

21(0.6~0.8)(0.6~0.8)20 mm (12~16)mm 14mm h D ==⨯=，取。

T (2.0~2.5)(2.0~2.5)28 mm (48~70)mm 60mm D d ==⨯=，取。

110 mm δ=， 6 mm a =， 6 mm t =。

Q2150.12f =托杯铸铁，手柄，摩擦因数3312221[(2~4)](2)13[(2~4)](2)QD D T fF D D --+=--+ 得262669 N mm T =⋅。

手柄直径d ≥手柄（9）手柄材料的许用弯曲应力s[] 1.5~2b σσ=（10）其中s 205 MPa σ=，则[]110MPa b σ=。

数据代入式（9），得22.4mm d ≥=手柄取手柄直径24 mm d =手柄。

设300 N F =，则1259971.4662668.657mm 408.8 mm 300T T L F ++===，取200 mm L =，加套筒长400 mm 。

8. 螺杆的稳定性校核 螺杆的柔度值·34llid μμλ==（12）式中：μ－－－－－长度系数，对千斤顶，可看作一端固定、一端自由，取2μ=；3d －－－－－螺纹小径，mm ；l －－－－－螺杆的最大工作长度，取螺母中部到另一端支点间的距离，则12002H l h l =+++螺母退刀槽（13）10 3 mm 30 mm H ZP ==⨯=螺母l 退刀槽指螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知，9mm l =退刀槽。

手柄直径24 mm d =手柄，由结构尺寸经验公式1(1.8~2)43.2~48 mm h d ==手柄，取145 mm h =，则(20015456)mm 266 mm l =+++=数据代入式（12），得344226674.89028.5l d μλ⨯⨯===< 对于45调质钢，当90λ<时：221c 2234034024.5F 8847110.00013410.00013794d N ππλ⨯===++⨯ 88471 2.95 2.530000c F F ==>因此，满足稳定性要求。

9. 底座设计螺杆下落到底面，再留20~30 mm 空间，底座铸造起模斜度1:10，厚度为10 mm δ=。

5D 由结构设计确定，5100 mm D =。

451.4 1.4100 mm 140 mm D D ==⨯=。

校核底面的挤压应力：4P 22225400003.64 MPa ()(146104)44QF D D σππ===--底面材料选择铸铁HT100，查参考文献[2]表10.3得铸件壁厚S=(1.5~2)15~20 mm δ=时，b 100 MPa σ≥，P b [](0.4~0.5)(0.4~0.5)100 MPa (40~50)MPa σσ==⨯=。

显然，P P []σσ<，满足设计要求。

参考文献：[1] 陈铁鸣.机械设计。

哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,[2] 王连明,宋宝玉.机械设计课程设计. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社。