哈工大机械设计大作业螺旋起重器DOC.docx
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哈工大机械设计大作业螺旋起重器DOC
HarbinInstituteofTechndogy
机械设计大作业
说明
设计题目:
螺旋起重器
能源科学与工程学院
学
张锋
指导教师:
设计时间
2015.10.18
、设计题目
、螺杆、螺母选材
.-.1-
-.2-
三、螺杆、螺母设计计算
-.2-
3.1耐磨性计算
3.2螺杆强度校核
3.3螺母螺纹牙的强度校核
3.4螺纹副自锁条件校核
3.5螺杆的稳定性校核
四、螺母外径及凸缘设计...
五、手柄设计
-.2-
.-3-
.-4-
.-5-
.-5-
-.6-
.-.6-
5.1手柄长度
5.2手柄直径
六、底座设计
七、其余各部分尺寸及参数
-.6-
-.7-
.-.7-
-.8-
八、参考文献
.-.8-
哈尔滨工业大学
机械设计作业任务书
螺旋起重器是一种简单的起重装置,用手推动手柄即可提升重物。
它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄、或扳手等零件所组成。
已知条件:
45#调
二、螺杆、螺母选材
千斤顶采用梯形螺纹螺旋传动,由于螺杆承受载荷较大,且是小截面,故选用质钢。
查参考文献[2]表10.2得bb=600MPa,耳=355MPa。
由于千斤顶属于低速重载的情况,且螺母与螺杆之间存在滑动磨损,故螺母采用强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜ZCuAI10Fe3。
托盘和底座均采用铸铁材料。
3.1耐磨性计算
螺杆选用45#钢,螺母选用铸造铝青铜ZCuAll0Fe3,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[p]=25MPa。
按耐磨性条件设计螺纹中径d2,选用梯形螺纹
对于整体式螺母,屮=1.2~2.5,取屮=2.0
d2>0.^-^^=0.8J40000mm=22.63mmpPV2%25
式中:
d2——螺纹中径,mm;
Fq螺旋的轴向载荷,N;H螺母旋合高度,mm;
引入系数,屮=H/d2;
[p]――材料的许用压强,MPa;
查参考文献[2]表11.5,试取公称直径d=32mm,螺距p=3mm,中径d2=30.5mm,小径d3=28.5mm,内螺纹大径D4=32.5mm。
3.2螺杆强度校核
千斤顶螺杆危险截面受轴向力Fq和扭转力矩T1的作用,这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩T1。
根据第四强度理论,螺杆危险截面的强度条件为
4Fq216T12
益)+3(訂兰⑼
式中:
d3——螺杆螺纹的小径(mm);[6――螺杆材料的许用应力(MPa);
Fq――螺杆所受的轴向载荷(N);
T1螺杆所受转矩(Nmm)。
其中螺纹副摩擦力矩
T^Fqtan伴+卩')¥
兀X30.5
V螺纹升角,屮=arctan-n^=arctan—1_=1.7933“;
兀d2
查参考文献[1]表5.10得钢对青铜的当量摩擦因数f'=0.08-0.10,螺纹副当量摩擦角
P'=arctanf'=arctan0.08~arctanO.10=4.5739~5.7106,取P'=571®"(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)。
代入式中,得
305
T1=40000Xtan(1.7933°+5.7106°)=80350N”mm
广40000)2+3“仞80350)2=69.8MPa
V兀X28.52兀況28.53
由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆材料的许用应力
3-5
bs[十s
其中cTs=355MPa,则
[ct]=71~118MPa
取[ct]=80MPa。
显然,beCQ],螺杆满足强度条件。
3.3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
螺纹旋合圈数,取Z=10;
螺纹牙根部厚度,梯形螺纹b=0.65P=0.65X3mm=1.95mm;
40000
代入数据计算得
T=MPa=20.IMPa
10咒兀X32.5X1.95
查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用切应力["=30〜40MPa,显然t<^],满足要求。
螺纹牙根部的弯曲强度条件为
兀DqZb
-螺纹旋合圈数,取Z=10;螺纹牙根部厚度,mm;
-4-
数据代入式(6)得
升=——3X40000X1___MPa=30.909MPa
10X兀X32.5X1.952
查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用切应力[b]b=40-60MPa。
显然bb£[b]b,即满足螺纹牙的强度条件。
3.4螺纹副自锁条件校核
因螺纹升角屮=1.7933°,螺纹副当量摩擦角P'=5.7106:
所以满足自锁条件。
3.5螺杆的稳定性校核
螺杆的柔度值
、H4円
A=——=
id3
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
I___,H螺母,.丄,
I=200++hi+I退刀槽
2
H螺母=ZP=10^3mm=30mm
取手柄直径d手柄=24mm,由结构尺寸经验公式0=(1.8~2)d手柄=43.2-48mm,取h,=45mm,则
I=(200+15+45+9)=269mm
、4W4x2x269…
人===75.5
d328.5
对于45调质钢,当A<90时:
2
匸340兀d1
Fc=2
1+0.00013A4
2
F「+0.00013652「二=124581N
匹-124581=3.1>2.5
40000
由经验公式知,螺纹外径D2止1.5d=1.5X32mm=48mnr。
螺纹凸缘外径D3止1.4D2=1.4X48mm=67.2mm取D3=68mm
螺纹凸缘厚b=(0.2〜0.3)H=(0.2〜0.3)x30=6~9mm,取b=8mm。
五、手柄设计
5.1手柄长度
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,取F=250N,L为手柄长度,则
FL可+T2
其中Ti=80350N”mm,
T=1fF[D-(2〜4)]3-(D1+2)3
2—3Q[D-(2〜4)]2-(D1+2)2
式中:
托杯支承面间摩擦因数;
Fq
轴向载荷,N;
D=(1.6~1.8)d=(1.6~1.8)X32mm=51.2~57.6mm,取D=54mm
D=(0.6~0.8)d=(0.6~0.8)X32mm=19.2~25.6mm,取D1=20mm
代入得:
33
T1fF[D—(2~4)]—(D1+2)
3Q[D-(2~4)]2-(D1+2)2
1503OQ3
匕*0.12*40000*5^=90755n•mm
L=g=80350+90755=684mm
F
250
取L=200mm,加套筒长500mm。
5.2手柄直径
手柄直径d手丙应满足
Wz闵手柄3
手柄材料的许用弯曲应力
其中耳=205MPa,
1.5~2
则bb]=102.5~137MPa取t匕]=130MPa。
3I
计罟mm=23.76mm
取手柄直径d手柄=24mm
六、底座设计
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6=9mm。
由经验公式,
S=(1.5~2)3=13.5~18mm,取S=16mm。
2l
Ds5=68+269/5=121.8mm,取=122mm
结构确定后校核下底面的挤压应力:
Cp==
兀22
-(D4-Ds)4
3
40x103x4
22=3.47MPa兀x(172-122)x10』
底座选择铸铁HT200,查GB/T9439—1988知S=16mm的铸铁的130MPa
[cTp]=(0.4~0.5)丑=(0.4-0.5)*130=(52~65)MPa。
底座满足设计要求。
七、其余各部分尺寸及参数
h=(0.8-1)D=(0.8~1)x55mm=44~55mm,取h=50mm
hi=(1.8~2)di=43.2~48mm取hi=46mm;
h2=(0.6~0.8)D1=(0.6~0.8)*24=14.4~19.2mm,取h2=16mm;
Dt=(2~2.5)d=(2~2.5)*32mm=64~80mm,取Dt=66mm
D=(1.6~1.8)d=(1.6~1.8)*32=(51.2~57.6)mm,取D=54mm;
D1=(0.6~0.8)d=(1.6~1.8)*32=(19.2~25.6)mm,取D1=24mm;
D2=1.5d=1.5*32mm=48mm;
D3=1.4D2=1.4*48mm=67.2mm,取D3=70mm
ds=(0.25~0.3)D1=(0.25~0.3)*24=6~7.2mm,取d3=6mm;
a6-8mm,取a=8mm;
Z6-8mm,取t=8mm;
固定托盘用的挡圈内径8mm,外径28mm,厚5mm;螺钉GB/T5783-2000AM6X10;螺杆底部挡圈内径8mm,外径38mm,厚5mm;螺钉GB/T5783
铸造圆角,取R=4mm。
-2000AM6X10;
八、参考文献
[1]张锋,宋宝玉.机械设计大作业指导书.北京:
高等教育出版社,
[2]王黎钦,陈铁鸣.机械设计.5版.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,
2009.10
2010.1
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