螺旋起重器
一．设计题目
螺旋起重机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、手柄等零件组成。起重机的原始数据如下所示，请由此设计起重机的各个部件。
二．设计及计算 1．确定螺纹的类型
螺纹根据牙形，分为普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。其中，本题选择梯形螺纹，右旋单线，截面为等腰梯形，牙型角α=30º，内外螺纹以锥面贴紧不易松动，基本牙型按照GB/T5796.2-2005规定. 2．确定螺母螺杆的的材料和许用应力
由于螺旋千斤顶受力较大，转速较低且为传力螺旋，螺杆选择45或50钢。本设计螺杆采用45钢，螺母采用高强度铸造青铜ZCuAl10Fe3。
螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜ZCuAl10Fe3，由参考文献[1]表8.11查得[p]=18~25MPa，故可取[p]=20MPa, 按耐磨性条件设计螺纹中径d 2，选用梯形螺纹。由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数Ψ=1.2~2.5, 取Ψ=2。则
式中: F Q －－－－－轴向载荷，N ；
d 2－－－－－螺纹中径，mm ；
[p ]－－－－－许用压强，MPa ；
1
查参考文献[2]表11.3和11.4取公称直径小径
，内螺纹大径
。
螺距，中径，
3. 螺杆强度校核
螺杆危险截面的强度条件为：
式中：
-----------------螺纹小径，mm ；
-----------------
螺纹副摩擦力矩，
，
为螺纹升角，
-----------------轴向载荷，N ；
；
-----------------螺杆材料的许用应力，MPa 。
, 取
, 螺纹副
查参考文献[1]表8.13得钢对青铜的当量摩擦因数当量摩擦角得：
。把已知的值代入的计算公式中，则
由参考文献[1]表8.12可以查得螺杆材料的许用应力[σ]=则[σ]=71~118 MPa，取[σ]=100MPa。
显然，σe
螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为：
2
σs
3~5
，其中σs =355 MPa，
τ=
F Q Z πD 4b
≤[τ]
式中：F Q －－－－－轴向载荷，N ；
D 4－－－－－螺母螺纹大径，mm ；
Z －－－－－螺纹旋合圈数，取Z =8；
b
－－－－－螺纹牙根部厚度，梯形螺纹
；
[τ]－－－－－螺母材料的许用切应力。
代入数据计算得
查参考文献[1]表8.12知螺母材料的许用切应力[τ]=30~40 MPa，显然τ
σb =
3F Q l
πD 4Zb 2
≤[σ] b
式中：l －－－弯曲力臂，代入数据计算得
，其它参数同上。
查参考文献[1]表8.12知螺母材料的许用切应力满足螺纹牙的强度条件。 5. 自锁条件校核
因
满足自锁条件。 6. 螺杆的稳定性校核
3
。显然，即
, 因此
螺杆的柔度值为
式中：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
l =180+
H 螺母
+h 1+l 退刀槽 2
l 退刀槽指螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知，l 退刀槽=9mm 。
假设手柄直径取
, 则
，由结构尺寸经验公式：
,
μ---------长度系数，对千斤顶，可看作一端固定、一端自由，取μ=2 代入以上数值得
对于45钢，当λ
因此满足稳定性要求。 7. 螺母外径及凸缘设计
4
图 1-1
螺纹外径：螺纹凸缘外径：螺纹凸缘厚：8. 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撑面间的摩擦力矩。
设F 为加在手柄上的力，取
,L
为手柄长度，则
公式中的符号如下图所示
。有
。
，取
。
，取b=8mm.
5
图
1-2
, 取D=48mm。
，取，取h=44mm。
，取, 取
。
。
。
δ1=10 mm，a =8 mm，t =8 mm。
托杯选铸铁，手柄选Q215, 则摩擦系数f=0.12，则
,
6
，取L=200mm,加套筒长500mm ，手
柄直径则
，查教材得：，查参考文献[2]表10.1，，
，取[]=110MPa。
代入数值计算可得
取手柄直径d=24mm。 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10mm 。
D 5由结构设计确定，D 5=110 mm。 D 4=1.4D 5=1.4⨯110mm =154 mm。 校核底面的挤压应力：
σP =
F Q
4
=
30000
(D 42-D 52)
4
=2.03 MPa
(1542-1102)
底面材料选择铸铁HT100，铸件壁厚δ=30~50 mm时，σb ≥80 MPa，
[σP ]=(0.4~0.5) σb =(0.4~0.5) ⨯80 MPa=(32~40)MPa 。
显然，σP
10. 参考文献
[1] 王黎钦，宋宝玉．机械设计．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010． [2] 宋宝玉．机械设计课程设计指导书．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007. [3] 张锋，宋宝玉. 机械设计大作业指导书. 哈尔滨：高等教育出版社，2009.
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