课程设计螺旋举重器设计计算说明书.docx
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课程设计螺旋举重器设计计算说明书
设计任务书
设计课题
螺旋举重器
设计方案
第17号方案【最大起重量：
F=44KN；最大提升高度：
L=200mm】
设计要求
（1）、装配图一张
（2）、设计计算说明书一份
教学目的
（1）、熟悉螺旋传动的工作原理，掌握螺旋传动的设计过程和方法，培养结构设计能力，初步了解机械设计的一般程序；
（2）、学会综合运用所学的知识，培养独立解决工程实际问题的能力；
（3）、培养查阅机械零件设计手册及有关技术资料和正确使用国家标准、规范的能力。
螺旋起
重器主要零件
螺杆、螺母、螺钉、螺栓、托杯、底座、手柄
参考资料
（1）、【1】《机械设计》东北大学出版社
（2）、【2】《机械设计习题及解题分析》东北大学出版社
（3）、【3】《机械零件手册》高等教育出版社
螺旋举重器设计计算说明书
设计计算步骤及说明
数据结果
一、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸1、选择螺纹牙型：
梯形螺纹
[依据：
梯形螺纹的工艺性能好，牙根强度高，对中性好。
]2、螺纹基本尺寸计算：
，取，由基本数据知：
F=44KN?
3?
?
?
MPa
7-1：
取1查阅【】P160表?
16?
pFPF?
?
MPap?
p?
?
?
?
hzdHhd22F44000=30.28mmd2≥2】P110得：
查阅【?
80.8.0?
?
?
163p?
查阅【3】P67的GB/5796.3-1986：
取P=6mmd=34mm
则：
d2=D2=d-3d3=d-7D1=d-6
D4=d+1二、螺杆的设计计算1、选择螺杆材料:
45钢
2、螺杆头部结构：
见附图一3、螺杆的强度校核：
螺杆既受轴向力F又受转矩T的作用，在螺杆危险剖面上存在拉应力和扭转应力。
根据第四强度理论计算：
[P]=MPa16P=6mmd=34mmd3=27mmd2=31mmD2=31mmD4=35mmD1=28mm
22?
?
?
?
T4F?
?
22?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
3?
3?
?
?
?
?
?
32ca?
d.d20?
?
?
?
33查阅【2】P110：
取摩擦系数f=0.08半角?
?
?
15d其中：
2?
?
）?
F?
tan（?
T?
v2?
?
f?
=4.735?
?
?
?
arctanf?
arctan?
?
v?
cosv?
?
np1?
6=?
arctan?
?
arctan?
.5253?
?
?
31d2d31=44000=99007N
2?
?
?
tan（）?
FT?
?
?
735）.525?
4.tan（3v222222?
?
?
?
99007440004T?
F4?
?
?
?
?
?
?
?
?
3?
3?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
3223ca?
?
d0.270.2?
2d?
27?
?
?
?
?
?
?
?
33=80.859MPa取：
P161表7-21查阅【】P48表2-6及?
360?
?
?
MPaS90?
?
?
C44?
?
?
?
故安全则?
?
859MPa.?
90MPa80caC:
、螺杆稳定性校核4
f=0.08?
?
15?
?
=4.735?
v=?
?
.525399007N?
T
?
80.859MPa
?
ca
▲【图一】--受力分析图
的下端固定，上d3螺纹升至最高位置时，可视为直径为
端自由的压杆，为防止失稳，按下式进行校核其稳定性：
F=3.5得：
～5查阅【1】P162cS?
F42?
?
dEI其中：
43mm?
?
?
F?
?
c264?
?
查阅【1】P162表7-3及【2】P111-113：
取=51mm?
600.?
d51.B?
2?
d3?
N）F?
（461?
2.57c4d?
=6.75mm3?
?
i4A?
?
?
?
iHl?
L?
B?
25、自锁性能校核：
查阅【1】P163可得：
f自锁条件为：
?
?
arctan?
f?
arctan?
vv?
cos由可得满足自锁条件。
?
?
7353.3525.?
?
?
1?
v三、螺母的设计计算1、选择螺母材料：
铸锡青铜2、螺纹牙圈数计算：
螺纹牙工作圈数z根据耐磨性计算F?
?
得：
查阅【1】P160?
pP5?
h0.?
dhz2
I=260744mm=51mmB=6.75mm
i?
=4.735?
v=3.525
?
h=3mm
F则10?
9.z?
41?
?
?
?
pdh2∴z=10又∵考虑螺杆退刀槽的影响?
∴螺母螺纹牙的实际齿数应取5.?
z1?
z
（1）、螺母结构的确定：
①、螺母高度H?
?
zPH?
②、螺母外径D
按螺母悬置部分抗拉强度计算，考虑螺纹副中摩擦转矩的存在，将轴向载荷增大30%】P112得：
拉伸强度校核公式为查阅【2F.31?
?
?
?
?
?
?
?
?
22D?
D44
z=10=11.5
?
zH=69mm
▲【图二】--螺母结构图
设计公式为：
F1.662D?
?
D?
?
4?
?
?
?
?
?
?
830.?
其中：
b?
?
=55MPa7-2：
取1】P161表查阅【?
b③、螺母凸缘尺寸查阅【2】P112得凸缘尺寸按以下经验公式初步确定：
?
?
?
DD.~1?
41.31H?
取其中DD35?
1.?
a13④、螺母拉伸强度校核1.3F?
?
?
?
45.65MPa==45.541MP∵＜?
?
?
?
22D?
D44∴安全
（2）、螺母强度校核：
查阅【1】P161得：
梯形螺纹中p65?
0.b①、螺纹牙根部弯曲强度校核式如下：
hhFFFh322?
?
?
?
?
?
≤?
b22?
?
WbbzzDbD446?
?
?
≤55MPa==23.690MPa?
bb②、根部剪切强度校核式如下：
F?
?
?
≤?
?
?
bzD4?
?
?
40MPa=≤=10.266MPa?
③、凸缘支撑面的挤压强度校核：
?
?
=55MPa?
b?
?
=45.65MPa
?
D=53.151mm=71.753mm?
D1=23mm
a?
=45.541MPa=3.9mmb23.690MPa
?
=b
=10.266MPa?
4F?
?
≤?
?
?
?
?
pp22?
?
D?
D1?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
6.?
~1.7?
11.5其中取bbpp?
?
=24.124MPa≤88MPa=?
?
pp④、凸缘根部弯曲强度校核：
?
?
?
DD?
?
?
F1?
D5F1.?
DM4?
?
≤?
1?
?
?
?
bb22?
WaaD?
D6?
?
=13.906MPa≤55MPa=?
?
bb⑤、根部剪切强度应满足：
F?
?
?
≤?
?
?
aD?
?
?
40MPa==11.462MPa≤?
∴安全
四、托杯的设计计算、选择托杯材料：
铸铁、铸钢或Q23512、托杯结构：
】P113得查阅【2托杯主要尺寸按以下经验公式计算并圆整：
?
?
取mm.06~0.7.d65mmd0D?
?
D33?
?
取mmD8mm.d?
91?
D1.7~.d166?
?
取mm45.d2mmd.~.2?
D425?
D55?
?
取mm3?
~?
?
DD24mmDD?
6767．
=24.124MPa
?
p=13.906MPa
?
b=11.462MPa?
D?
23mm3D?
62mm6mm?
84D5mm59D?
7
取mm5D?
0?
0.5mm.D?
DD?
3300?
?
mm.4~1.6B?
d1mmB?
1.5d取
mm?
23D0B?
51mm
▲【图三】--托杯及螺杆端部结构图
3、托杯下端面挤压强度校核：
查阅【2】P113得挤压强度校核计算式如下：
4F?
?
≤?
?
?
?
?
pp22?
DD?
07?
?
=19.486MPa=19.486MPa
≤88MPa=?
?
?
ppp
五、底座设计计算
1、选择底座材料：
常选用铸铁HT150，GT200,当举重量大
时可选用铸钢。
．
2、底座结构：
?
?
取mm?
L?
L15~20?
mm16?
HH11取mmD?
D）?
DD?
（5~10mm6?
88H1mm?
?
D?
D289104F底座的挤压强度确定2mmD?
D?
?
?
910?
?
p?
?
?
得：
P50】表2-9其中查阅【1s?
?
p25.1查阅【1】P48表2-6取：
?
a360MP?
s∵考虑到起重器的稳定性，∴取mm?
D16010
mm216H?
1D?
59.151mm8mm.351D?
1029?
?
=288MPa
?
pD?
103.297mm
10mm160D?
10
▲【图四】--底座结构图
3、危险截面强度校核:
查阅【2】P113得危险截面强度校核按压缩强度校核
则危险截面强度校核计算式为
4F?
?
≤?
?
?
?
?
pp22?
?
DD?
81?
?
故88MPa=安全=33.977≤?
?
pp六、手柄设计计算1、选择手柄材料：
碳素结构钢Q235或Q2752、手柄长度设计：
'Lpd
▲【图五】--手柄结构图由【图一】受力分析得：
扳动手柄的力矩应与阻力矩平衡即：
TFL?
T?
2p1pTT?
则21?
LpFp?
?
取其中N200~180NF?
F?
150pp、分别为螺纹副的摩擦力矩、螺杆端面与托TT21杯之间的摩擦阻力矩。
d?
?
2?
?
?
?
TFtanv12
T=99006.8311．
33?
?
?
DD1?
?
07FfT?
?
?
2223DD?
?
?
70查阅【2】P110：
取摩擦系数f=0.08考虑螺杆头部直径及手握长度，手柄的实际长度为：
DD?
?
?
?
取66mm?
mm100?
L?
L?
L?
?
50~150Lpppp22?
不大为减小举重器的存放空间，一般取实际手柄长度Lp于举重器的高度。
当举重器较大时可以在手柄上套一长套管，以增大力臂达到省力的目的。
3、手柄直径设计：
d按弯曲强度计算P114得：
手柄直径由【2】pLFpp弯曲强度计算式为?
d?
?
p?
1.0b?
?
?
?
?
?
取其中ss?
?
?
?
?
?
bb215~.81.查阅【1】P48表2-6：
取?
a360MP?
s=21mm∴dp
七、螺旋起重器的效率计算
螺杆旋转一圈，输入功率，举起重物的输出?
L2FW?
pp1FS，故功率?
?
SFW?
2?
LF2pp∵18﹪≤=21.208﹪≤25﹪?
设计合格∴
T=75704.9772L=970.621mm
p?
L=1101.221mm
pd20.595mm
≥p=21mmdp
=21.208﹪?
八、其它设计内容
H8H11或1、螺母与底座的配合：
通常用。
h7h112、为防止螺母转动，应设紧定螺钉，其值常取M6~M12
根据举重量大小决定。
1d
▲紧定螺钉结构图
3、防止托杯脱落和螺杆旋出螺母，在螺杆上、下两端安装安全挡圈。
▲挡圈结构图
4、连接螺钉、挡圈、手球等的规格尺寸按结构需要选取或设计。
．
▲螺钉、挡圈结构图
Dpd
▲手球结构图
5、为了减少摩擦、磨损及托杯工作时不转动，螺旋副及托杯与螺杆的接触面均需润滑。
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