机械设计相关作业.pdf

螺旋起重器，也称为千斤顶，是一种常见的机械设备，用于提升重物。在这个设计作业中，我们关注的是一个起重量为40KN（约4吨）的螺旋起重器，其最大起重高度为200mm。设计的核心在于选择合适的材料和进行必要的结构计算，以确保设备的安全性和耐用性。 螺杆和螺母的选材是关键。螺杆选用45#钢，并进行调质处理，以提高其强度和韧性。45#钢的标准抗拉强度为σs=355MPa，而许用应力[σs]选取为110MPa，抗拉强度为σb=600MPa。考虑到螺杆在重载下的工作环境，这种材料的选择能有效承受较大的轴向力。 螺母则选择了铸铝青铜ZCuAl10Fe3，因其具有高强度、高耐磨性和较小的摩擦系数。螺母材料的许用切应力[τ]选取为35MPa，许用弯曲应力[σb]选取为50MPa，这使得螺母在与螺杆相互作用时能够抵抗磨损和变形。 接下来是螺杆和螺母的耐磨性计算。根据耐磨性条件公式，要求螺纹副在工作时不会过早磨损。对于梯形螺纹，耐磨性条件转化为20.8[σp]Fdp，其中2d是螺纹中径，F是轴向载荷，H是螺母旋合高度，[p]是材料的许用压强。在这里，取[p]=20MPa，计算得到螺纹中径d约为32mm，螺距p为6mm，满足耐磨性要求。 在螺杆强度校核方面，螺杆不仅承受轴向力F，还会受到由螺纹副摩擦产生的扭转力矩T1。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为[τ] = (τ1 + τ2) / 3，其中τ1和τ2分别是扭矩引起的切应力。此处需要计算螺杆在轴向力和扭转力矩下的综合强度，以确保不会发生破坏。 螺纹牙的强度也需要校核，确保在传递力的过程中不会断裂。同时，螺纹副的自锁条件也需要检查，防止在没有外力的情况下因重力导致螺杆下滑。此外，螺杆的稳定性也要进行计算，以保证在工作过程中不会发生扭转变形。 在设计中，螺母的外径、凸缘、手柄和底座等部分都需要考虑。底座和托盘通常采用铸铁材料，因为铸铁具有良好的承载能力和较低的成本。手柄设计要考虑操作的便捷性和力学性能，以确保用户能轻松地转动螺杆。 其余各局部尺寸及参数的选择要依据实际工况和设计规范，以达到最佳的结构性能和安全标准。设计时还需要参考相关机械设计手册和文献，如参考文献[2]、[4]中的数据和表格，以确保设计的合理性。 这个机械设计作业涵盖了螺纹传动系统的设计、材料选择、强度计算以及结构优化等多个方面，全面展示了机械设计过程中的核心知识和实践应用。