蜗轮丝杠升降机 封面+毕业设计任务书 文档在线提供

徐州工业职业技术学院

毕业设计

题 目： 年 级： 专 业： 姓 名： 班 级： 指导老师：

蜗轮丝杠升降机 2005级 数控技术及应用 姜 沛

数控大专054 - 1 -

徐州工业职业技术学院

题 目：年级专业：学生姓名：指导教师：导师单位：毕业设计（任务书）

蜗轮丝杠升降机 （05）级数控技术及应用 姜 沛 班级： 数控054 徐州工业职业技术学院机电工程系 - 2 -

目录

任务书.......................................................... 摘要............................................................ 第1章 蜗轮丝杠升降机的简介 .................................... 第2章 螺纹的传动

2．1螺杆（丝杠）的设计......................................... 2.1.1 材料的选取.............................................

2.1.2 螺纹牙型的选取......................................... 2.1.3 螺杆（丝杠）直径的确定.................................

2.1.4 自锁性的校核........................................... 2.1.5 螺母高度的选取......................................... 2.1.6 螺纹牙的强度计算....................................... 2.1.7 螺杆的稳定性计算....................................... 2.2 螺母的设计...............................................

第3章 蜗轮蜗杆的设计

3.1蜗轮蜗杆材料的选用...................................... 3.2蜗轮蜗杆的主要参数和几何尺寸............................ 3.3校核齿根弯曲疲劳强度..................................... 3.4蜗轮蜗杆热平衡计算 .....................................

第4章 键的设计............................................... 第5章 轴承的选用以及校核..................................... 附录 ..........................................................

参考文献....................................................... 总结........................................................... 致谢...........................................................

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摘 要

蜗轮丝杆升降机又称WL升降机广泛应用于机械、冶金、建筑、水利设备等行业，具有起升、下降及借助辅件推进、翻转及各种高度位置调整等诸多功能.蜗轮丝杆升降机是一种基础起重部件，具有结构紧凑、体积小、重量轻、动力源广泛、无噪音、安装方便、使用灵活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用寿命长等许多优点。可以单台或组合使用，能按一定程序准确地控制调整提升或推进的高度，可以用电动机或 其他动力直接带动，也可以手动。它有不同的结构形式和装配形式，且提升高度可按用户的要求定制。该装置可以自锁。

关键词：控制调整提升或推进的高度 升降 自锁

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Worm Screw lifts Design

Abstract

SWL series, also known as Worm Screw lifts QWL lifts widely used in machinery, metallurgy, construction, water conservancy facilities and other industries, has been up, down and help promote accessories, overturned and various altitudes position adjustments, and many other functions. SWL silk worm rod lifts is a basis for lifting components, a compact structure, small size, light weight, broad power source, no noise, easy installation, the use of flexible, multi-function, multi-format support, high reliability, long service life and many other advantages. Can be used single or in combination, according to a certain procedure accurately control the adjustment of upgrading or promote high motor can be used directly or other power driven, can also manually. It has different forms and the structure of assembly form, and users can upgrade the requirements of a high degree of customization. The device can be self-locking.

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第1章、蜗轮丝杠升降机的简介

概述：

蜗轮丝杠升降机，是通过蜗轮传动丝杠完成提升、下降、推进、翻转等功能，是一种基础起重部件，已列为JB/ZQ4391-86标准。广泛地用于机械、冶金、建筑、水利、化工、医疗、文化卫生等各个行业，具有结构紧凑、体积小、重量轻、安装方便、使用灵活、可靠性好、稳定性高、使用寿命长等优点，可以用电动机或其他动力直接带动，也也可以手动。本系列蜗轮丝杠升降机可以自锁，承载能力2.5t-25t,最高输入转速1500r/min,最大提升速度2.7m/min,工作环境温度在-20-100℃之间.

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第二章 螺纹的传动

2.1 螺杆（丝杠）的设计 2.1.1 材料的选取

根据国家标准,考虑到螺杆(丝杠)传动难于保证高的接触精度,滑动速度又较大,以及螺杆的变形等原因,故螺杆及螺母的材料需符合规定:

①i=1:20 ②升降机承载能力=40KN ③丝杠行程200mm ④螺纹要有自锁性

由设计的要求,丝杠选用45#钢,屈服点σs =360MPa.螺母材料选用ZCuSn10P,查设计手册得需用压强[P]=11MPa.抗压强度 b=375MPa.

2.1.2 螺纹牙型的选取

螺纹有外螺纹和内螺纹之分,具有内、外螺纹的零件组成螺纹副。根据牙型分为三角形、矩形和锯齿形等，按螺纹的螺旋旋向可分成左旋和右旋。常用的是右旋。按螺纹的旋绕线数为单线、双线和多线。连接螺纹一般为单线。

螺纹又分为米制和英制两类（螺距以英寸牙数表示），我国除管制螺纹外，一般用米制螺纹。

除矩形螺纹外，其他类型螺纹都已经标准化，凡牙型大径及螺距等符合国家标准的螺纹称为标准螺纹。标准牙型角为60度的三角形米制圆柱螺纹为普通螺纹。标准螺纹的基本尺寸，可查阅有关标准及手册。

由于本设计是传动、承载能力小，需有自锁性。所以我们采用梯形螺纹，牙型为等腰梯形，牙型角为 =30度，与矩形螺纹相比，传动效率低，但其工艺性好，牙根强度高，对中性好。磨损后还可以调整间隙。

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2.1.3 螺杆（丝杠）直径的确定

按照螺杆耐磨性的计算，初选螺杆的中径，因为选用梯形螺纹且螺母兼做 支撑，故取 =2（螺纹升角系数比），由于受拉螺杆的许用应力[ ]= ，控制预紧时，对静载荷取S=1.2—1.5;对变载荷取S=1.25-2.5,所以本设计采用S=2.由此可查设计手册得：

d

按照螺杆抗压强度初定螺杆内径，其强度条件为: 静强度:

但对中小尺寸的丝杠，可认为 0.56，所以简化为

式中A为丝杠螺纹段的危险截面面积

S为丝杠稳定性安全系数对于传力螺旋S=3.5-5.0

对于传导螺旋S=2.5-4.0,对于精密螺杆或水平螺杆S＞4，本设计取值为5，故：

综合考虑,确定螺杆直径,比较其耐磨性计算和抗压强度计算的结果，可知本设计直径的选取应以抗压强度计算的结果为准，按照国家标准GB/T5796-1986选定螺杆尺寸参数：螺杆外径d=40mm,内径d1=32mm,中径d2=36.5mm，螺纹线数n=1,螺杆的螺纹螺距P=7mm。

2.1.4 自锁性的校核

对于传力螺旋传动来讲，一般应确保自锁性要求的前提下，避免事故的发生，设计丝杠的材料为45号钢，螺母材料为青铜钢，而青铜的摩擦系数为f=0.09,因为梯形螺纹牙型角为 得: 螺纹升角: 罗纹偏角:

因 ≤ 可以满足自锁要求.

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注意:若自锁不足,可增大螺杆直径或减小螺距进行调整.

2.1.5 螺母高度的选取

因选 ,所以 取为73mm

螺纹圈数计算 螺纹圈数最好不超过10圈,自行调整. 一般在不影响自锁性要求的前提下,可适当增大螺距P,而本设计中螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准,耐磨度已相当富足.所以可适当减低螺母高度.因此取螺母高度H=70mm,满足要求

2.1.6 螺纹牙的强度计算

由于螺杆材料强度远大雨螺母材料强度,因此只需要校核螺母螺纹的牙根强度据表1-2中 青铜螺母[ ]=30-40MPa.这里取[ ]=30MPa,由螺纹牙型截面的剪切应力为:

满足要求:螺母的螺纹一般不会弯曲折断,通常可以不进行弯曲点强度校核

2.1.7 螺杆的稳定性计算

当轴向压力大于某一临界值时,螺杆会发生侧向弯曲,丧失稳定性.取B=70mm,则螺杆的工作长度.

螺杆的危险面惯性半径:

螺杆的长度系数,按一般自由,一般固定考虑,取 =2 螺杆的亲密度:

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因此螺杆 为中度压杆,其失效时临界载荷按欧拉公式计算得:

满足稳定性要求.

2.2 螺母的设计

螺母支承面摩擦力矩计算

螺母支承面为内径，外径分别为d0 dw的圆环，可以按以下公式计算， 按饱和止推轴承计算摩擦力矩 ： 按未饱和止推轴承计算力矩：

F：螺母的扭曲力 f:螺母支承面的摩擦系数 则：

根据丝杠大径为40mm. 可查机械设计手册，螺母规格M42

螺母悬置部分受拉伸和扭转联合作用。为计算简单，将F增大30%，接拉伸强度设计，得：[ ]为螺母材料的许用应力。可取[ ]=0.83[ ],由表[ ]=50MPa 由上:[ ]=0.83[ ]

校核凸缘支撑面挤压强度,强度条件为:

螺纹牙危险截面,弯曲强度的条件为:

b-螺纹牙根部分的厚度(mm),对于矩形螺纹.b=0.5p.对于梯形螺纹0.65P 对于30°锯齿形螺纹b=0.75P. P为螺纹螺距 L - 弯曲力臂(mm)

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[ ]-螺母材料的许用切应力MPa

[ ]-螺母材料的许用弯曲应力MPa

当螺杆和螺母的材料相同的,由于螺杆的小径d1小于螺母螺纹的大径D 故应校核螺杆螺纹牙的的强度.此时,上式中的D应改为d1

螺纹牙多发生剪切和挤压破坏,一般螺母材料强度低于螺杆,故只需校核螺纹牙的强度,在例图中,如将一螺纹沿螺母大径D处展开,则可看作宽度为 D 的悬臂梁.假设螺母每周螺纹螺纹所承受的平均压力为 ,并作用在以螺纹中径D2为直径的圆周上,则螺纹牙危险,截面的剪切强度条件为:

螺母外径与凸缘的强度计算

右旋丝杠螺母的设计计算中,除了进行耐磨性计算与螺纹牙的强度计算外,还要进行螺母凸缘的强度计算.如下图所示的结构形式,在螺母凸缘与无座的接触面上产生挤压应力,凸缘根部产生弯曲及剪切应力的作用.螺母下端悬置承受拉力和螺纹牙上的摩擦力矩的作用,该悬置部分承受全部,外部载荷Q,并将Q增加20% -30%来代替螺纹牙上的摩擦力矩的作用.

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第三章 蜗轮蜗杆的设计

轮蜗杆传动是在空间交错的 两轴间传递运动和动力的一种传动机构,两轴线

交错的夹角可为任意值,常用的为90°.这种传动由于具有结构紧凑,传动比大,传动平稳以及在一定的条件下具有自锁性等优点,应用颇为广泛;其不足之处是传动效率低,常需耗用有色金属等.

3.1 蜗轮蜗杆材料的选用

考虑到蜗杆传动难于保证高的接触精度,滑动速度又较大,以及蜗杆变形等原因,故蜗杆蜗轮不能都用硬材料制造,其中之一(通常为蜗轮)应该用减摩性良好的软 材料来制造.

蜗轮材料:通常是指蜗轮齿冠部分的材料.主要有以下几种:

(1) 铸锡青铜 适用于 ≥12～26m/s和持续运转的工况,离心铸造可得到致密的细晶粒组织,可取大值,砂型铸造的取小值.

(2) 铸铝青铜 适用于 ≤10m/s的工况,抗胶合能力差,蜗杆硬度应不低于45HRC.

(3) 铸铝黄铜 点蚀强度高,但耐磨损性能差,宜用于低滑动速度场合. (4) 灰铸铁和球墨铸铁 适用于 ≤2m/s的工况,前者表面经硫化处理有利于减轻磨损,后者若与淬火蜗杆配对能用于重载场合.直径较大的蜗轮常用铸铁.

蜗杆材料:按材料分有碳钢和合金钢.蜗轮直径很大时,也可用青铜蜗杆,蜗轮则用铸铁.按热处理不同分有硬面蜗杆和调质蜗杆.首先应考虑选用硬面蜗杆.在要求持久性高的动力传动中,可选用渗碳钢淬火,也可选用中碳钢表面或整体淬火以得到必要的硬度,制造时必须磨削.用氮化钢渗氮处理的蜗杆可以不进行磨削,但需要抛光只有在缺乏磨削设备时才选用调质蜗杆.受短时冲击载荷的蜗杆,不应用渗碳钢淬火,最好用调质钢.铸铁蜗轮与镀铬蜗杆配对时,有利于提高传动的承载能力和滑动速度.

根据题目采用渐开线蜗轮.考虑到是低速中载的蜗杆,蜗杆采用45,蜗杆螺旋

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齿面要求淬火,硬度为45～55HRC,蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造.

确定计算系数,有表1-4查得KA=0.8,取Kβ=1,KV=1.1,则载荷系数: K=KAKβKV=0.8×1×1.1=0.88

蜗轮为铸锡磷青铜,取ZE=160 ,假设d1/a =0.35,从图查得Zp =2.9 确定许用接触应力,根据蜗轮材料为ZCuSn10P1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度 >45HRC,根据表1-5查得蜗轮的基本许用接触应力[ ]=268MPa,蜗杆传动的工作寿命为12000h,蜗轮轮齿应力循环次数为:

N = 60jn2Lh = 60×1×48×12000/25=1.382×10 寿命系数为:

蜗轮的齿面许用接触应力为: 计算中心矩:

取中心距a=125mm,因i12=20,故取模数为5mm(见表1-6).蜗杆分度圆直径d1=50mm,这时d1/a=0.4,根据相关设计手册得出Zp`=2.74,因此Zp`< Zp,因此以上结果可取用.

3.2蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸.

蜗杆,由表1-7查得蜗杆头数Z1=2,直径系数q=10,分度圆导程角γ=11°18`36``,则:

轴向齿距: 齿顶圆直径: 齿根圆直径: 蜗杆轴向齿厚: 蜗杆齿宽:

蜗轮齿数Z2=40,由于变位系数X2=+/-0.5,所以选蜗轮齿数Z2=41, 验算传动比i=Z2/Z1=41/2=20.5,这时传动比误差为(20.5-20)/20=1/40是允许的.

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蜗轮分度圆直径d2=

蜗轮喉直径: 蜗轮齿根圆直径: 蜗轮咽喉的圆半径: 蜗杆长度:

3.3校核齿根弯曲疲劳强度.

确定当量齿数:

根据X2=-0.5和Zv2=54.09,由相关手册得齿形系数YF0.2=3.12,螺旋角影响系数:

确定许用弯曲应力,由表查得蜗轮许用应力为[ ]=56MPa 寿命系数: 许用弯曲应力:

所以满足弯曲强度.

3.4蜗轮蜗杆热平衡计算

蜗杆传动由于效率低,所以工作时发热量大.在闭式传动中,如果产生的热量不能及时散逸,将使油温不断升高而使润滑油稀释,从而增大摩擦损失,甚至发生胶合.所以,必须根据单位时间内的发热量Φ1等于同时间内的散热量Φ2的条件进行热平衡计算;以保证油温处于规定的范围内.

取润滑油的最高最高工作油温V0=80℃,周围空气温度取ta=20℃,箱体表面传热系数取αd=15W/(m2·C),滑动速度设为30r/min.

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由相关资料查得当量摩擦角ψv=2.42,蜗杆传动的总效率为:

蜗杆传递功率为: 所需散热面积:

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第四章 键的设计

根据蜗轮与螺母来选键的大小以及键的尺寸.查机械设计相关手册,据d=57mm,查得d在50～58 b(hq)=16 h(hn)=7 c或r=0.4～0.6 h(h14)=45～180.

每100mm重量0..881kg,轴槽深4 ,毂槽深t1=3.3 ,宽度b=16 ,圆角半径r=0.25～0.4.(根据GB/1567-1979)

键已设定,下面根据键连接的失效形式用来强度计算校核验算,由于键与键槽的两个侧面受挤压应力,同时键受切应力,主要失效形式是较弱零件的工作面被压溃

导向平键和滑键连接的耐磨性条件为:

T为键传递转矩(N.m) n为键的高度(mm) l为键的工作长度(mm)

d为轴的直径(mm) [ ]为许用挤压应力(MPa) 查表得:[p]为许用压强(MPa)查表1-3得:

L-键的工作长度(mm) A型l=L-b B型 l=L C型l=L-b/2

当强度不够时,在条件允许情况下可适当增加键长及设用平键,也可采用双键,两键最佳相隔180°.考虑载荷在两键上分配不均,因此在强度校核上按1.5个键计算

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第五章 轴承的选用

根据题目的有关要求,我们选用圆锥滚子轴承来支承轴以及蜗轮.主要是以圆锥滚子轴承承受以径向载荷为主的径向与轴向联合载荷,而大堆角圆锥滚子轴承可以用以承受轴向载荷为主的径与轴向联合载荷,此种轴承内、外圈摩擦系数较低,外圈可分离,装拆方便,成对使用.所以选用轴代号为30207。

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附录

根据选用的丝杠的设计参数，蜗轮蜗杆的设计参数，及轴承、键的选用设计外壳如图所示：

其他固定元件（例如螺栓）都会采用标准零件来参照。

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表1~1 滑动螺旋传动的许用压强［Ｐ］

螺纹副材料 钢对铜 钢-耐磨铸铁 钢-灰铸铁 滑动副速度／(m/min) 低速 ＜3.0 6~12 ＞15 6~12 ＜2.4 6~12 钢-钢 淬火钢-青铜

许用压强/Mpa 18~25 11~18 7~10 1~2 6~8 13~18 4~7 7.5~13 10~13 低速 6~12 表1~2滑动螺旋副材料的许用应力

项目 许用应力/Mpa 钢制螺[σ]= 为材料的屈服极限/Mpa 杆 螺 母 青铜 铸铁 耐磨铸铁 材料 许用弯曲应力[σ]F 40~60 45~55 50~60 许用切应力[ ] 30~40 40 40 钢 （1.0~1.2）[σ] 0.6[σ] 注：静载荷许用应力最大值。

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附图 蜗杆传动的使用系数KA 原动机 电动机、汽轮机 多缸内燃机 单缸内燃机

表3.1键连接的许用挤压应力，许用压强和许用切应力 许用值 键或被连接的材料 载荷 性质 静载 轻微冲击 冲击 钢 铸铁 钢 平稳 0.8~1.25 0.9~1.5 1~1.75 中等冲击 0.9~1.5 1~1.75 1.25~2 严重冲击 1~1.75 1.25~2 1.5~2.25 钢

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参考文献

[1] 王绍俊.机械制造工艺设计手册,第一版,机械工业出版社,1984,1-94 [2] 张龙勋.机械制造工艺学课程设计指导书，第二版，机械工业出版社，1999，1-93

[3] 赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导书，第二版，机械工业出版社，1994，1-70

[4] 陆玉.机械设计课程设计，第三版，机械工业出版社，2000，99-186 [5] 王先逵.机械制造工艺学，第二版，机械工业出版社，1995，90-149 [6] 冯之敬.机械制造工程原理，第二版，清华大学出版社，1999，204-343 [7]赵如福.金属机械工艺人员手册,第三版，上海科学技术出版社，1990，650-690 [8]廖念钊.互换性与测量技术基础，第三版，中国计量出版社，2002，97-158 [9]胡鹏浩.六点定位法则的正确理解和应用，工具技术，1999（01），33-35 [10]陈统坚.机械工程英语，第二版，机械工业出版社，2002，29-67

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总 结

三年的大学生活即将过去，毕业设计成为我在学生生涯中的最后一次作业。我非常珍惜这次机会，因为它不单纯是一次设计，更是作为我们学完全部基础和专业课程后的综合能力的检测。毕业设计充分体现了理论与实践相结合，使我加深了对理论知识的理解，加强了综合知识的运用能力，强化了生产实习的感性认识。在毕业指导老师的精心和耐心的指导下，我圆满地完成了毕业设计。

转眼间为期八周的毕业设计已接近尾声，回顾整个设计过程，我受益匪浅。此次毕业设计的课题有较强的生产实践性，它与本专业的许多课程有关联，所涉及的广泛内容包括：《机械制图》、《机械设计》、《机械制造工程原理》、《公差与配合》等。

在这次毕业设计中，困难的出现与解决困难始终伴随着我。在制定方案和画图过程中遇到了种种问题，在自己的努力和指导老师的帮助下都得到了解决。在这次设计中，有时为了查找一种最佳的零件，能够不厌其烦的反复查找相关资料，直到满意为止，提高了独立思考问题的能力，也培养了自己严谨认真的作风。同时也使我对基本知识的综合运用能力以及正确处理所发生的问题的能力得到了不小的提高，这几年所学知识也得到了应用，当然在设计的过程中也深深的体会到自己所学知识的不足，希望经过此番锤炼得到进一步提高。

这次毕业设计是在紧张、愉快的气氛中完成的，虽然辛苦但是收获丰富。它让我见识到了机械领域的博大精深，也督促我以后在工作岗位上要更加努力地学习和钻研专业知识。

希望我所交的答卷能让老师们满意。

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致 谢

八周的毕业设计很快就结束了，在指导教师娄天祥的亲切关怀和耐心指导下，我圆满地完成了以《蜗轮丝杠升降机的设计》为课题的毕业设计。在毕业设计期间，娄老师渊博的知识和丰富的经验给了我很大帮助。他严谨治学的态度和高度负责的精神给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。在此，我对娄老师致以深刻的谢意与敬意！

在此同时，机电系领导和老师也为我们毕业生的毕业设计提供了良好的工作环境，我们一并表示感谢！也对帮助过我的其他同学表示感谢！此次设计是大学以来一次最规范和完整的设计。由于本人水平有限，设计中难免会有疏漏之处，恳请各位领导老师给予指正。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jgi6.html