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:
由基本数据知:
F=44KN,取3,
查阅【1】P160表7-1:
取p16MPa
[P]=16MPa
pFFPpMPa
P=6mm
zd2hd2hH
d=34mm
查阅【2】P110得:
d2≥0.8F0.844000=30.28mm
p316
d3=27mm
查阅【3】P67的GB/5796.3-1986:
d2=31mm
取P=6mmd=34mm
则:
d2=D2=d-3
D2=31mm
d3=d-7
D1=d-6
D4=35mm
D4=d+1
D1=28mm
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:
ca2
查阅【2】
其中:
T
2
3T3
0.2d33P110:
取摩擦系数f=0.08d2
F?
tan(v)?
2
2
2
32
4dF32
半角15
arctanfv=4.735
arctannp
d2
TF?
tan(
arctancos
arctan16=3.52531
d31
v)?
d2=44000tan(3.5254.735)31=99007N22
f=0.08
15
=4.735
v
=3.525
T99007N
ca
4F
d32
=80.859MPa
2
30.2Td33
22
444000399007
233
2720.2273
查阅【1】P48表2-6及P161表7-2取:
4S364090MPa
故安全
ca80.859MPa
ca
80.859MPa
ca
则C90MPa
螺纹升至最高位置时,可视为直径为d3的下端固定,上
端自由的压杆,为防止失稳,按下式进行校核其稳定性:
查阅【1】P162得:
FcS=3.5~5
F
24
2EId344
其中:
Fc23mm4
c264
查阅【1】P162表7-3及【2】P111-113:
取0.60B1.5d=51mm
d32
Fc(4612.57)3N
4
id3=6.75mm
A4
i
H
lLB
2
5、自锁性能校核:
查阅【1】P163可得:
自锁条件为:
varctanfarctanfv
cos
由3.525v13.735可得满足自锁条件。
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
查阅【1】P160得:
pFh0.5P
zd2h
I=26074mm4
B=51mm
i=6.75mm
=4.735
v
=3.525
h=3mm
则zF9.4110
d2hp
4D2D42
∴z=10
又∵考虑螺杆退刀槽的影响
1)、螺母结构的确定:
1、螺母高度H
HzP
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%
查阅【2】P112得:
拉伸强度校核公式为
1.3F
▲【图二】--螺母结构图
设计公式为:
1.66F
1.66F
其中:
0.83b
查阅【1】P161表7-2:
取b=55MPa
③、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:
D11.3~1.4D取D11.35D其中a④、螺母拉伸强度校核
1.3F
4D2D42
=45.541MP<45.65MPa=
b=55MPa
=45.65MPaD=53.151mm
D1=71.753mma=23mm
=45.541MPa
安全
2)、螺母强度校核:
查阅【1】P161得:
梯形螺纹中b0.65p
①、螺纹牙根部弯曲强度校核式如下:
Fh
2zD4b2
3Fh
2
zD4b2
b=3.9mm
b=23.690MPa
b=23.690MPa≤55MPa=
②、根部剪切强度校核式如下:
=10.266MPa
FzD4b
=10.266MPa≤40MPa=
3、凸缘支撑面的挤压强度校核:
p4F≤p
pD12D2≤p
其中p1.5~1.7b取p1.6bp=24.124MPa≤88MPa=p
④、凸缘根部弯曲强度校核:
MFD1D41.5FD1D≤bWDa2Da2≤b
D6
b=13.906MPa≤55MPa=b
⑤、根部剪切强度应满足:
F≤
Da
=11.462MPa≤40MPa=
∴安全
四、托杯的设计计算
1、选择托杯材料:
铸铁、铸钢或Q235
2、托杯结构:
查阅【2】P113得托杯主要尺寸按以下经验公式计算并圆整:
D30.6~0.7dmm取D30.65dmm
D61.7~1.9dmm取D61.8dmm
D52.4~2.5dmm取D52.45dmm
D7D62~4mm取D7D63mm
p=24.124MP
b=13.906M
=11.462MPa
D323mm
D662mm
D584mm
D759mm
D0D30.5mm
取D0D30.5mm
D023mm
B51mm
▲【图三】--托杯及螺杆端部结构图
B1.4~1.6dmm取B1.5dmm
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:
D72D02≤p
p=19.486M
p=19.486MPa≤88MPa=p
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:
H1
L
15~20mm
取H1
L
16mm
D8
D
(5~10)mm
取D8
D
6mm
D9
D8
2H1
10
mm
底座的挤压强度确定D10
D92
mm
其中查阅【1】P50表2-9得:
s
1.25
查阅【1】P48表2-6取:
s360MPa
考虑到起重器的稳定性,
取D10160mm
H1216mm
D859.151mm
D9102.351mm
p=288MPa
D10103.297mm
D10160mm
▲【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
D12D82
六、手柄设计计算
1、选择手柄材料:
碳素结构钢Q235或Q275
2、手柄长度设计:
▲【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:
FpLpT1T2
则LpT1T2
pFp
其中Fp150~200N取Fp180N
T1、T2分别为螺纹副的摩擦力矩、螺杆端面与托杯
之间的摩擦阻力矩。
为减小举重器的存放空间,一般取实际手柄长度Lp不大于举重器的高度。
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:
由【2】P114得:
手柄直径dp按弯曲强度计算
∴dp=21mm
七、螺旋起重器的效率计算
螺杆旋转一圈,输入功率W12FpLp,举起重物的输出
18﹪≤=21.208﹪≤25﹪
=21.208﹪
设计合格
八、其它设计内容
1、螺母与底座的配合:
通常用H8或H11。
h7h11
2、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。
▲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
▲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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