天津科技大学螺旋起重器

天津科技大学 机械 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 作业设计说明书 题 目: 螺 旋 起 重 器 设 计 院 系：机械工程工程学院 班 号： 130182 学 号： 13018211 姓 名： 刘江 目录 一、设计已知条件    2 二、设计任务和要求    2 三、方案设计和材料选择    2 四、设计计算主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容     3 (一)、方案设计及材料选择    3 1、螺杆螺纹、螺旋副类型及其他的选择    3 2、主要结构的材料选择    3 (二)、    螺杆的基本尺寸设计计算    4 （1）    螺杆中径    4 （2）    螺母高度    4 （3）    旋合圈数    4 （4）    螺纹的工作高度    4 （5）    验算自锁条件    4 （6）    验算螺杆强度    5 （7）    螺杆的稳定性计算    6 (8)螺杆其他条件............................................................................................................................7 (三)、    螺母的相关计算    7 （1）    螺纹牙剪切强度    7 （2）    螺纹牙弯曲强度    8 （3）    螺母抗拉、扭强度计算    8 （4）    螺母凸缘强度核算    9 1核算承托面的挤压强度    9 2核算剪切强度    9 3核算弯曲强度    10 (四)、托杯的相关计算及说明    10 五、手柄的设计相关计算    11 六、底座的设计计算    13 七、效率计算    13 八、画装配图    13 九、参考文献    13 一、设计已知条件 （1）最大起重量F=15 KN； （2）最大起重高度L=200 mm； （3）间歇工作，要求自锁性好，灵活轻便。 二、设计任务和要求 （1）设计说明书一份，主要内容：已知设计基本参数和条件，螺旋起重器受力分析、各主要零件设计计算； （2）螺旋起重器装配图一张。 三、方案设计和材料选择 螺旋起重器是以手柄的往复运动，通过螺母与螺杆的相对运动，从而达到重物的上升和下降；主要是通过固定螺母旋转螺杆带动托杯的上下运动从而达到重物的起落。 螺旋起重器是一种简单的起重机械，运用比较广泛，体积小巧，方便携带，它的结构主要包括：底座、螺母、螺杆、手杆和托杯，螺旋起重器工作的一个重要特性指标为起重的最大重量。 螺旋起重机除了满足设计性能的要求下还应该从结构简单紧凑，经济实惠,降低成本等因数考虑。即在满足螺旋起重机的最大起重重量与最大升距、材料性能，屈服应力、螺纹等性能设计，可以从螺旋副的设计动手考虑其便用材料最少，体积最小。 四、设计计算主要内容 设计及说明 结果 一、方案设计及材料选择 1、螺杆螺纹、螺旋副类型及其他的选择 螺纹有三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹与锯齿形螺纹 。由于梯形螺纹的工艺性能好，牙根强度高，对中性好，故选用梯形螺纹较好，牙型应为等腰梯形，牙形角α=30°，基本牙形按GB/T5796.1-2005的规定。为了使自锁性好，应采用滑动螺旋；因为举重量较小，托杯与螺杆承压面应该选用滑动摩擦面；且托杯承物面须加工成网格花纹，保证重物不会滑落。 2、主要结构的材料选择 为了降低螺旋副磨损又要保证必要的强度，螺杆应选用碳钢，这里采用45号钢，经调质处理后硬度可达到220~250HBS。 因为螺旋起重器属于低速重载且要有良好的耐磨性，应选用铸造青铜，这里采用ZCuAl10Fe3。其底座选用铸铁HT150即可。 手柄的失效形式为弯曲，故采用低碳钢Q235. 选用滑动螺旋，梯形螺纹，α=30° 螺杆选用45钢，螺母ZCuAl10Fe3，底座HT150，手柄Q235     二、 螺杆的基本尺寸设计计算： （1） 螺杆中径： (mm) 式中： [p]---许用比压（MPa）； ---螺母高径比系数； F=15KN, =1.7,[p]=20MPa 16.8mm,查机械设计指导书有 （2） 螺母高度： H= （mm）=1.7 29=49.3mm （3） 旋合圈数： u= =49.3 6=8.2 取u=9 （4） 螺纹的工作高度： h=0.5p(mm)=0.5 3mm （5） 验算自锁条件： 式中： ---螺纹牙型角； ---螺纹升角（度）； S---螺纹导程（mm）；S=nP; ---当量摩擦角（度） ---摩擦系数； 故自锁性良好； （6） 验算螺杆强度： ； 式中： [ ]---螺杆材料的许用应力； 其中 =355MPa，则 =（71 118）MPa; （7） 螺杆的稳定性计算: 当轴向力大于某一临界值时，螺杆会发生侧向弯曲,则螺杆的工作长度 螺杆危险面的惯性半径 螺杆的长度系数，按一端自由，一端固定考虑取 ，螺杆的柔度 因此螺杆40< <100，为中柔度压杆，其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算的， 满足稳定性要求。 （8） 螺杆其他尺寸 三、 螺母的相关计算： 螺母的基本尺寸设计： D=1.5d=49.5mm（螺母下部外径） 16.43mm （1） 螺纹牙剪切强度： b---螺纹牙根部宽度；[b=0.65p(mm)] [ ]---材料的许用剪切应力（MPa） （2） 螺纹牙弯曲强度： 式中： ---弯曲力臂（mm）, =(D-D2)/2; [ ]---许用弯曲应力（MPa）； （3） 螺母抗拉、扭强度计算： 青铜螺母 ，选取 计算得： （4） 螺母凸缘强度核算： 1核算承托面的挤压强度： 式中：[ ]---许用挤压强度； 2核算剪切强度： 符合要求。 3核算弯曲强度： 带入数字计算可得： 4校核螺母比压： ; 因为 ，所以符合要求。 四、托杯的相关计算及说明 托杯用来承托重物，可用铸铁铸成，当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。 因此，在起重时托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度，托杯的主要尺寸按经验公式计算并圆整。 取b=48mm; 五、手柄的设计相关计算 手柄的失效形式为弯曲，常选用低碳钢Q235，许用应力为（100~120）（MPa）设手柄有效长度为L，推动手柄之力P1。 间歇工作取 : 手柄长度: 则 手柄直径： 17.5mm; 取 ` 为了减少起重器的存放空间，一般取实际手柄长度不大于起重器的高度，当起重量较大时，可在手柄上套一长套管以增大力臂，达到省力的目的。 六、底座的设计计算 螺杆下落至底面，再留20~30mm的空间，底座铸造起模斜度1:10，壁厚 。各符号见参考书[1]图3.2和图3.3。 D5由几何关系确定，D5=74.8mm。由挤压校核公式 ,取 底座材料选用HT150，铸铁壁厚 七、效率计算 八、画装配图 详细请参见图纸 九、参考文献 张惠云，范竞芳 ，械制图.6版.机械工业出版社，2007； 杨世明.机械设计.八版.北京：电子工业出版社； [3] 吴宗泽，高志，罗圣国.李威:机械设计指导.高等教育出版社. 29mm d=32mm =25mm P=6mm H=49.3mm u=9 h=3mm 自锁性良好 螺杆强度符合要求 l=272.5mm 满足稳定性要求 d=32mm D=49.5mm =55.1mm =69.3mm 16.43mm 剪切强度符合要求 螺纹牙弯曲强度符合要求 螺母抗拉、扭强度符合要求 螺母凸缘强度符合