《机械系统设计》
课程大作业—I
棒料校直机功能原理设计
院 （系）
专 业
学 生
学 号
班 号
2015年4月 《机械系统设计》课程大作业——I
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棒料校直机功能原理设计
1 设置棒料校直机功能原理设计的目的
功能原理设计是机械系统设计的最初环节，主要是针对产品的主要功能提出一些原理性构思，也就是针对产品的功能进行原理性设计！
针对某一产品的主要功能，设计人员在进行了大量相关资料查阅之后，应设计出几种不同的功能原理方案来，以便从中选出较理想的一个为下一步总体设计奠定基础。针对产品主要功能而进行的功能原理设计这一步，在整个设计中是非常重要的一环。一个好的功能原理设计应既有创新构思，同时又能满足用户的需求。
因此，在培养学生的机械系统设计能力时，不仅要注重机构和结构设计的培养和训练，而且更应注重功能原理设计的培养和训练。由于功能原理设计有其自身的特点和工作内容，因此，本大作业将主要针对功能原理设计进行。
2棒料校直机功能原理设计目的
棒料校直是机械零件加工前的一道准备工序。若棒料弯曲，就要用大棒料才能加工出一个小零件，如图1所示，这种加工方式材料利用率不高，经济性差。故在加工零件前需将棒料校直。
图1 待校直的弯曲棒料
《机械系统设计》课程大作业——I
2 / 4 3 设计数据与要求
请根据以下设计数据，进行棒料校直机的功能原理设计。
1) 棒料材料：需校直的棒料材料为45钢
2) 工作环境及环保要求：室内工作，希望冲击振动小、噪声小；
3) 工作寿命：使用期限为10年，每年工作300天，每天工作16小时；
4) 设备保养维护要求：每半年作一次保养，大修期为3年。
- 1 - 螺旋千斤顶机械设计大作业
千斤顶一般由底座1，螺杆4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1―1）。螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。
设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。
设计的原始数据是：最大起重量F=30KN和最大提升高度H=170mm。
螺旋千斤顶的设计步骤如下： - 2 - 计算项目 计算及说明 计算结果
1.螺杆的设计与计算
1.1螺杆螺纹类型的选择
1.2选取螺杆的材料
1.3确定螺杆直径
螺纹有矩形、梯形与锯齿形，千斤顶常用的是梯形螺纹。
梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。
因此选用的螺杆螺纹是牙形角α=30º的单线梯形螺纹。
螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。
在此选用的是55钢。
按耐磨性条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距t及其它尺寸。
计算过程：
滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力p，使其小于材料的许用压力[p]。
][22phHdFPhudFAFp
F(KN):作用域螺杆的轴向力
A(2mm)螺纹承压面积
2d（mm）螺纹的中径
h（mm）螺纹的高度
P（mm）螺纹的螺距
H（mm）螺母的高度
由于2dH，所以有][2phFPd；
对于等腰梯形螺纹，Ph5.0，有][8.02pFd，一般取1.2~3.5,所以此处取2.5
因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，所以两者的材料均选为钢，由查表可知，许用压力[p]取为10MPa。
牙形角α=30º的单线梯形螺纹
螺杆材料：55钢
=2.5
[p]=10MPa - 3 - 计算项目 计算及说明 计算结果
螺旋起重器（千斤顶）设计说明书
1
目 录
一、设计题目-----------------------------------------------------------------------------------------------------2
二、螺母、螺杆选材-------------------------------------------------------------------------------------------2
三、螺杆、螺母设计计算
3.1 耐磨性计算-----------------------------------------------------------------------------------------------2
3.2 螺杆强度校核--------------------------------------------------------------------------------------------3
3.3 螺纹牙强度校核-----------------------------------------------------------------------------------------3
3.4 螺纹副自锁条件校核----------------------------------------------------------------------------------4
3.5 螺杆稳定性校核-----------------------------------------------------------------------------------------4
四、螺母外径及凸缘设计------------------------------------------------------------------------------------5
作业一 设计螺旋起重器
螺旋起重器是用于起重的简单机械装置，人力驱动，借助螺旋传动的增力作用达到起重的目的．
一、 结构简图
图1-1
主要零件：1-托杯 2螺钉 3螺杆 4螺母 5手柄 6 底座
二、 设计题目及数据
题号 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6
起重量Q(KN) 20 30 40 50 60 70
最大起重高度h（mm） 140 180 200 220 150 200
三、 设计工作量
1、 设计计算说明书
设计计算说明书是设计的理论依据，包括起重器各主要零件的设计计算、校核计算及参考资料等。说吸书要求用16K白纸，钢笔书写，其格式见图1-2.附有必要的插图与说明，字迹整齐、清楚。
图1-2
2、 装配图
装配图应反映起重器的工作原理，零件间的装配关系， 主要零件的结构及必要的尺寸。装配图应符合机械制图国家标准的规定。图纸幅面、标题栏、比例自选。
四、 设计计算
1、螺杆的设计计算
(l)选择材料 常用材料为45钢。
(2)设计计算
计算项目
计算公式 要求与说明
耐磨性计算确定螺纹中径d2
矩形与梯形螺纹
h=0.5p，
锯齿形螺纹 d2应参照设计手册圆整为标准值，同时选择标准螺距p，计算d，d1，h，H 式中：
Q-起重量（N）
p-螺纹的螺距（mm）
h-螺纹的工作高度（mm）
-系数
H-螺母的高度（mm）
取=1.2-1.5
[p]许用压强（Mpa），由教材表4-7选取
校核自锁
能力 比小得越多，自锁越可靠，若不满足，可考虑重新选择p，d2 校核螺杆的强度
螺杆为压、扭联合作用下的复合受力状态，其应力为：
式中：
危险剖面面积
-扭矩（）
[]-许用应力
钢螺杆[]=50-80Mpa 若不满足要求，可增大d1，对前述尺寸重新进行调整
校核稳定性
式中：
-稳定性验算安全参数
