机电一体化毕业设计（论文）-螺旋千斤顶的设计.doc

河南河南质质量工程量工程职业职业学院学院 毕 业 设 计（论 文） 题题 目目螺旋千斤顶的设计螺旋千斤顶的设计 系系 别别机电工程系机电工程系 专专 业业机电一体化技术机电一体化技术 班班 级级0808 机电十班机电十班 学生姓名学生姓名 学学 号号 指导教师指导教师 定稿日期定稿日期20102010 年年 3 3 月月 2323 日日 ii 河南质量工程职业学院毕业设计任务书 专业 班级 08 级机电一体 化（10）班 姓名学号 02043081021 指导 教师 魏波 设计题目螺旋千斤顶的设计 设计目的 与意义 通过对螺母，螺杆的稳定性，耐磨性及其强度的计算，使得该设计能 够满足承受更大载荷及较高高度的螺旋千斤顶。为机械工业提供更多 的便利，缓解了大载荷物品的可移性。 设计与工 作原理 合理的利用摇杆的摆动， 以往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回 转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得 起升或下降，而达到起重拉力的功能。 基本 要求 1、耐磨性达到其轴向载荷的最低要求； 2、螺杆强度应适于轴向力及扭矩作用； 3、能最大化承受载荷，更较长时间承受最大载荷的轴向力。 主要 参考 资料 及文 献 1 岳优兰，马文锁.机械设计基础. 河南：河南大学出版社，2005 2 卜 炎.机械传动装置设计手册.湖南：机械工业出版社，2002 3 黄祖德.机械设计.北京：北京理工大学出版社，2007.9 4 徐锦康. 机械设计.北京：北京高等教育出版社,2008. 5 张晓坤，隋晓朋，张智广.atucad 中文版实用教程.北京：经济日 报出版社，2008.9 6 隋冬杰，刘晓菡，王傲胜.机械基础.上海：同济大学出版社， 7 唐金松.简明机械设计手册（第二版）.上海：科学技术出版社， 2000. iii 摘摘 要要 机械设计在国民经济发展中起着重要的作用，机械工业担负着为国民经济部门 提供各种性能先进，价格低廉，使用安全可靠，造型美观的技术装备的任务，在国 家现代化建设中举足轻重。机械产品的市场竞争能力主要取决于产品的质量，而产 品的质量又取决于产品的设计。千斤顶是一种简单的起重设备。主要用于厂矿、交 通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠， 一人即可携带和操作。螺旋千斤顶 又称机械式千斤顶，是由人力通过螺旋副传动， 螺杆或螺母套筒作为顶举件 。本次设计是产品开发周期中的关键环节，设计决定 了实现产品功能和目标的方案，结构和选材。制造方法以及产品运行，使用和维修 方法。设计不合理会导致产品功能不完善，成本提高或可靠性，安全性不好。产品 设计上的缺陷造成的先天不足，难以采取制造和使用措施加以弥补。少数情况下， 即有可能，损失也大。严重的设计不合理甚至会造成的产品不能用或产品制造不出 来，导致产品开发失败。 关键词关键词 ： 螺旋千斤顶 螺旋传动 体积小 iv abstract mechanical design in national economic development plays an important role in the shoulder, mechanical industry for national economic departments to provide various advanced performance, low prices, the use of safe and reliable, beautiful modelling, the technology and equipment in the task of national modernization in the balance. mechanical product market competition ability mainly depends on the quality of products, and the quality of the products and depends on the design of the product. jack is a simple lifting equipment. mainly used in mines, transportation departments as vehicle repair and other lifting. the structure to be dexterous strong, agile reliable, one can carry and operation. screw jack called mechanical jacks, is by human through vice transmission, spiral screw or nut sleeve as top heave pieces. this design is product development cycle, the key link to realize the design decisions products function and goals of the plan, structure and selection. manufacturing methods and product operation, use and maintenance method. design not ignore that makes the product function is not perfect, raising the cost or reliability, security is bad. product design defects inherent shortage, difficult to take measures to offset production and use. very few cases, namely possible, the loss is great. serious design unreasonable and can cause products cant use or product manufacturing not to come out, lead to product development failure. keywords ：jackscrew power screw small volume 目目 录录 摘 要iii abstract.iv 目 录.v 1 起重机械的概述.1 2 螺旋传动的设计和计算 1 2.1 螺旋传动的类型和应用.1 2.2 螺旋传动的运动关系 3 2.3 滑动螺旋传动的设计 5 2.4 滑动螺旋的结构及材料 5 2.4.1 滑动螺旋的结构.5 2.4.2 螺杆与螺母常用材料.6 2.5 耐磨性计算 6 2.6 螺母螺纹牙的强度计算 8 2.7 螺杆强度校核 8 2.8 螺杆稳定性校核 9 2.9 自锁性校核 .10 3 千斤顶的工作原理和设计 .11 3.1 千斤顶的概述 .11 3.2 千斤顶的种类和规格 .11 3.2.1 油压千斤顶的结构.11 3.2.2 螺旋千斤顶的种类13 3.3 千斤顶的工作原理 .14 3.4 千斤顶的设计 .15 3.5 千斤顶的装配图 .19 结 论 .22 致 谢 .23 参考文献 .23 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 1 1 1 起重机械的概述起重机械的概述 起重机械是一种以间歇作业方式对物料进行起升，下降和水平移动的搬运机械。 起重机械的作业通常带有重复循环的性质。一个完整的作业循环一般包括取物、起 升、平移、下降、卸载，然后返回原处等环节。经常起动、制动、正向和反向运动 是起重机械的基本特点。起重机械广泛用于交通运输业、建筑业、商业和农业等国 民经济各部门及人们日常生活中。 起重机械由运动机械、承载机构、动力源和控制设备以及安全装备、信号指示 装备等组成。 起重机的驱动多为电力，也可用内燃机，人力驱动只用于轻小型起重设备或特 殊需要的场合。 起重机械按结构特征和使用场合分为：轻小型起重设备、桥架型起重机、缆索 型起重机、臂架型起重机、堆垛起重机、升降机械。 然而，千斤顶又属于起重机械的一种。千斤顶是一种起重高度小(小于 1)的最 简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两 种。千斤顶按工作原理分为：螺旋千斤顶、齿条千斤顶、油压千斤顶。 2 2 螺旋传动的设计和计算螺旋传动的设计和计算 2.1 螺旋传动的类型和应用 螺旋传动是利用螺杆（丝杠）和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要 用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。它具有结构紧凑、转动均 匀、准确、平稳、易于自锁等优点，在工业中获得了广泛应用。 按照用途不同，螺旋传动分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋三种类型。传力 螺旋以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，一般为间歇性工作， 工作速度较低，通常要求具有自锁能力，图 1.1 的螺旋千斤顶及图 1.2 的螺旋压力 机均为传力螺旋。传导螺旋以传递运动为主，这类螺旋常在较长的时间内连续工作 且工作速度较高，传动精度要求较高，如图 1.3 所示的机床进给机构的螺旋。调整 螺旋用于调整并固定零件间的相对位置，一般在空载下工作，要求能自锁，如带传 动张紧装置、机床卡盘、轧钢机轧滚下压螺旋等。 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 2 图 1.1 螺旋千斤顶 图 1.2 传导螺旋 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 3 按照螺旋副摩擦性质的不同，螺旋传动又可分为滑动摩擦螺旋传动（简称滑动 螺旋） 、滚动摩擦螺旋传动（简称滚动螺旋）和静压滑动螺旋传动（简称静压螺旋） 。 滑动螺旋传动应用较广，其特点是结构简单，制造方便，成本低；易于实现自 锁；运转平稳。缺点在于当低速或进行运动微调时可能出现爬行现象；摩擦阻力大， 传动效率低（一般为 30%50%） ；螺纹间有侧向间隙，反向时有空行程；磨损较大。 广泛应用于机床的进给、分度、定位等机构，如压力机、千斤顶的传力螺旋等。 滚动螺旋也称滚珠丝杠，其特点是摩擦阻力小，传动效率高（90%以上） ；运转 平稳，低速时不爬行，启动时无抖动；螺旋副经调整和预紧可实现高精度定位精度 和重复定位精度；传动具有可逆性，如果运用于禁止逆转的场合，需要加设防逆转 机构；不易摩擦，使用寿命长。缺点为结构复杂，制造困难；抗冲击能力差。应用 于精密和数控机床、测试机械、仪器的传动和调整螺旋，车辆、飞机上的传动螺旋。 滚动螺旋传动特点：传动效率高，传动精度高，起动阻力矩小，传动灵活平稳， 工作寿命长。 滚动螺旋传动应用于机床、汽车、拖拉机、航空军工等制造业。 滚动螺旋传动按滚珠循环方式分为： 内循环：滚珠始终和螺杆接触，两个封闭循环回路有两个反向器，三个封闭循 环回路有三个反向器。特点：流动性好，效率高，经向尺寸小。 外循环：分离，工艺性好，分为螺旋式，插管式，挡珠式 静压螺旋传动螺杆与螺母被油膜隔开，不直接接触。具有摩擦阻力小，传动效 率高（达 99%） ；螺母的结构复杂；运转平稳，无爬行现象；传动具有可逆性（不需 要时应加设防逆转机构） ；反向时无空行程，定位精度高，轴向刚力大；磨损小，寿 命长等优点。其缺点为结构复杂，制造较难，需要一套压力稳定，供油系统要求高。 应用于精密机床的进给、分度机构的传动螺旋。 2.2 螺旋传动的运动关系 在螺旋传动中，结构最简单应用最广泛的是滑动螺旋，本节主要介绍这种螺旋 传动的设计。 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 4 滑动螺旋副工作时，主要承受转矩和轴向拉力（或压力）的作用，由于螺杆和 螺母的旋合螺纹间存在着较大的相对滑动，因此，其主要失效形式是螺纹牙破损。 滑动螺旋的基本尺寸通常根据耐磨条件确定。对于传力螺旋还应校核螺杆危险截面 的强度；对于青铜或铸铁螺母以及承受重载的调整螺旋应校核其自锁性；对于精度 传动螺旋应该校核螺杆的刚度；对于受压螺杆，当其长径比很大时，应校核其稳定 性；对于高速长螺杆，应校核其临界转速；要求自锁时，多采用单线螺纹，要求高 效时，多采用多线螺纹。 1. 一般螺旋机构 一般螺旋机构当螺杆转 角（rad）时，螺母轴向移动的位移 l（mm）为 l=s/2 式 1 式中，s 为螺旋线导程（mm） 。 如螺杆的转速为（） ，则螺母移动速度为 式 2 2. 差动螺旋机构与复式螺旋机构 图 1.3 差动螺旋机构 图 1.3 中的螺旋机构中，螺杆 1 上有 a、b 两段螺旋，a 段螺旋导程为 sa（） ，b 段螺旋导程为 sb（） ，两者旋向相同，则当螺杆转 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 5 角（）时，螺母轴向移动的位移 l（）为 l=（sa+sb）/2 式 3 如螺杆的转速为（） ，则螺母移动速度为 l=（sa+sb） 式 4 由式（1-4）可知：当 a、b 两螺旋的导程 sa、sb接近时，螺母可得到微小位移， 这种螺旋机构称为差动螺旋机构（又称微动螺旋 机构） ，常用于分度机构、测微机 构等。 如两螺旋的旋向相反，螺母轴向移动的位移 l 为 l=（sa-sb）/2 式 5 移动速度为 （sa-sb） 式 6 这种螺旋机构称为复式螺旋机构，适合于快速靠近或离开的场合。 2.3 滑动螺旋传动的设计 滑动螺旋传动工作时，螺杆和螺母主要承受转矩和轴向载荷（拉力或压力）的 作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动。滑动螺旋传动的主要失 效形式是螺纹磨损。因此，通常根据螺旋副的耐磨性条件，计算螺杆中径及螺母高 度，并参照螺纹标准确定螺旋的主要参数和尺寸，然后再个、对可能发生的其他失 效逐一进行校核。 2.4 滑动螺旋的结构及材料 2.4.1 滑动螺旋的结构 滑动螺旋的结构包括螺杆、螺母的结构形式及其固定和支承结构形式。螺旋传 动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系，当螺杆短而粗且垂直布置时，如起 重及加压装置的传力螺旋，可以采用螺母本身作为支承的结构。当螺杆细长且水平 布置时，如机床的传导螺旋（丝杠）等，应在螺杆两端或中间附加支承，以提高螺 杆工作刚度。 螺母结构有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。整体螺母结构简单，但由 磨损而产生的轴向间隙不能补偿，只适合在精度要求较低的场合中使用。对于经常 双向传动的传导螺旋，为了消除轴向间隙并补偿旋合螺纹的磨损，通常采用组合螺 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 6 母或剖分螺母结构。 传动用螺杆的螺纹一般采用右旋结构，只有在特殊情况下采用左旋螺纹。 2.4.2 螺杆与螺母常用材料 螺杆和螺母材料应具有较高的耐磨性、足够的强度和良好的工艺性。螺杆与螺 母常用材料见表 1.2。 表 1.2 螺杆与螺母常用材料 螺纹副材料应用场合 q235 q275 45 50 轻载、低速传动。材 料不热处理 40gr 65mn 20grmnti 重载、较高速。材料 需经热处理，以提高 耐磨性 螺杆 9mn2v grwmn 38grmoal 精密传导螺旋传动。 材料需经热处理 zcusn10p1 zcusn5pb5zn5 一般传动 螺母 zcual10fe3 zcuzn25al6fe3mn 重载、低速传动。尺 寸较小或轻载高速传 动，螺母可采用钢或 铸铁制造，内空浇铸 巴士合金或青铜 2.5 耐磨性计算 耐磨性计算尚无完善的计算方法，目前是通过限制螺纹副接触面上的压强作 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 7 为计算条件，其校核公式为 f/f/d2hz=fp/d2hhp 式 7 式中，f 为轴向工作载荷（n） ；a 为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上 的面积（mm） ；d2为螺纹中径(mm)；p 为螺距(mm)；h 为螺纹工作高度(mm)，矩形与 梯形螺纹的工作高度 h=0.5p,锯齿形螺纹高度 h=0.75p;z=h/p 为螺纹工作圈数，h 为 螺纹高度(mm)，p为许用压强(mpa)，见表 1.7 表 1.7 滑动螺旋传动的许用压强p 螺纹副材料滑动副速度/(mmin-1)许用压强/mpa 钢对青铜 低速 15 1825 1118 710 12 钢-耐磨铸铁61268 钢-灰铸铁 4。 临界载荷 fc与螺杆的柔度 及材料有关，根据 =的大小选用不同的公式 i l 计算。 当 8590 时，根据欧拉公式计算，即 式 15 式中，fc为临界载荷（n） ；e 为螺杆材料的弹性模量（mpa） ，对于钢 e=2.06105；i 为危险截面的惯性矩（mm4） ，i=，d1为螺杆螺纹内径(mm)； 64 4 1 d 为长度系数，与螺杆端部结构有关，见表 1.9；l 为螺杆最大受力长度(mm)；i 为螺 杆危险截面的惯性半径(mm)，i=。 4/ 2 1 d i 4 1 d 表 1.9 长度系数 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 10 螺杆端部结构 两端固定 0.5 一端固定，一端不完全固定 0.6 一端固定，一端自由（如千斤顶） 2 一端固定，一端铰支（如压力机） 0.7 两端铰支（如传导螺杆） 1 注：用下列办法确定螺杆端部的支撑情况： 采用滑动支承时： lo为支承长度，do为支承孔直径，lo/do3 固定。 采用滚动支承时： 只有径向约束时为铰支；径向和轴向都有约束为固定。 当 8590 时；对 b380mpa 的碳素钢（如 q235、q275） fc=(304-1.12) 式 16 4 2 1 d 当 8590 时，对 b470mpa 的优质碳素钢（如 355、45） fc=(461-2.57) 式 17 4 2 1 d 当 40 时，无需进行稳定性计算。 2.9 自锁性校核 对于要求自锁的螺旋传动，应校核是否满足自锁条件，即 式 18 式中，为螺纹副的当量摩擦系数，见表 1.10 表 1.10 螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数 （定期润滑） 螺旋副材 料 钢和青铜 钢和耐磨铸 铁 钢和铸铁钢和钢 淬火钢和青 铜 0.080.100.100.120.120.150.110.170.060.08 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 11 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 12 3 3 千斤顶的工作原理和设计千斤顶的工作原理和设计 3.1 千斤顶的概述 千斤顶是一种起重高度小(小于 1)的最简单的起重设备。它有机械式和液压 式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种，由于起重量小，操作费力，一般 只用于机械维修工作，在修桥过程中不适用。液压式千斤顶结构紧凑，工作平稳， 有自锁作用，故使用广泛。其缺点是起重高度有限，起升速度慢。 液压千斤顶分为通用和专用两类。 专用液压千斤顶使专用的张拉机具，在制作预应力混凝土构件时，对预应力钢 筋施加张力。专用液压千斤顶多为双作用式。常用的有穿心式和锥锚式两种。 穿心式千斤顶适用于张拉钢筋束或钢丝束，它主要由张拉缸、顶压缸、顶压活塞及 弹簧等部分组成。它的特点是：沿拉伸机轴心有一穿心孔道，钢筋(或钢丝)穿入后 由尾部的工具锚固。 千斤顶主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。 其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。千斤顶是用刚性顶举件作为工 作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。千斤顶按 工作原理分为： (1) 螺旋千斤顶：采用螺杆或由螺杆推动的升降套筒作为刚性顶举件的千斤顶。 (2) 齿条千斤顶：采用齿条作为刚性顶举件的千斤顶。 (3) 油压千斤顶：采用柱塞或液压缸作为刚性顶举件的千斤顶。 千斤顶已实施出口产品质量许可制度，未取得和质量许可证的产品不准出口。 3.2 千斤顶的种类和规格 3.2.1 油压千斤顶的结构、用途 89s51 单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的. 89s51 有 40 条引脚, 与其他 51 系列单片机引脚是兼容的. 这 40 条引脚可分为 i/o 接口线、 电源线、控制线、外接晶体线 4 部分. 89s51 单片机为双列直插式封装结构, 如图 3.2 所示. 油压千斤顶按其结构、用途分为如下两种： 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 13 立式螺纹连接结构的油压千斤顶，其代号的表征字母为 qyl。 立卧两用油压千斤顶，其代号的表征字母为 qw。型号表示方法： 第一位为型式代号，qyl、qw。 第二位为额定起重量，t。 第三位为行程代号，g：表示高行程；d：表示低行程；普通型无表示。 油压千斤顶的基本参数应符合表 3.1 中规定。 表 3.1 油压千斤顶基本参数 额 定 起 重 量 最 低 高 度 h 起 升 高 度 h1 调 整 高 度 h2 活 塞 直 径 泵 心 直 径 起 升 进 程 手 柄 长 度 公 称 压 力 手 柄 操 作 力 活 塞 杆 压 下 力 净 重 型号 t mm mpa n kg qyl1.6 1.6 158 90 60 24 50 450 34.7 330 220 2.2 qyl3.2 3.2 195 125 30 32 550 44.4 3.5 qyl5g 232 160 22 5.0 qyl5d 5 200 125 36 22 620 48.25 4.6 qyl8 8 236 24 16 700 56.68 6.9 qyl10 10 240 45 12 14 730 61.68 7.3 qyl12.5 12.5 245 50 11 62.47 9.3 qyl16 16 250 160 80 56 9 850 63.74 11.0 qyl20 20 280 60 9.5 69.33 15.0 qyl32 32 285 75 6 71.00 23.0 qyl50 50 300 180 90 12 4 1000 77.08 445 33.5 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 14 qyl71 71 320 110 3(快 进)10 73.27 66.0 qw100 100 360 140 4.5 63.74 350x2 120 qw200 200 400 190 2.5 69.23 250 q320 320 450 200 240 18 1.6 950 69.33 785 435 注： 起升进程为油泵工作 10 次的活塞上升量。 使用多节手柄时，手柄操作力不得大于 390n。 净重不包括手柄重量，但包括油的重量。 3.2.2 螺旋千斤顶的种类、规格 螺旋千斤顶按其结构和使用场所分为： 普通型螺旋千斤顶，其代号的表征字母为 ql。 普通高型螺旋千斤顶，其代号的表征字母为 qlg。 普通低型螺旋千斤顶，其代号的表征字母为 qld。 钩式螺旋千斤顶,其代号的表征字母为 qlg。 剪式螺旋千斤顶,其代号的表征字母为 qlj。 自落式螺旋千斤顶,其代号的表征字母为 qlz。 型号表示方法： ql 第一位 ql：螺旋千斤顶的基本参数应符合表 3.2 中的规定。 表 3.2 螺旋千斤顶技术参数 型号 额定起重 量 gn 最低高度 h 起升高度 h1 手柄作用 力 手柄长度 自重 t mm mm n mm kg qlj0.5 0.5 2.5 qlj1 1 120 150 3 qlj1.6 1.6 110 180 200 200 4.8 ql2 2 170 180 80 300 5 ql3.2 3.2 200 110 100 500 6 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 15 qld3.2 3.2 160 50 5 ql5 5 250 130 7.5 qld5 5 180 65 7 qlg5 5 270 130 160 600 11 ql8 8 260 140 200 800 10 ql10 10 280 150 11 qld10 10 200 75 250 800 10 qlg10 10 310 130 15 ql16 16 320 180 17 qld16 16 225 90 15 qlg16 16 445 200 19 qlg16 16 370 180 400 1000 20 ql20 20 325 180 18 qlg20 20 445 300 500 1000 20 ql32 32 395 200 27 qld32 32 320 180 650 1400 24 (qlg36) 36 470 200 710 1400 82 ql50 50 452 250 56 qld50 50 330 150 510 1000 52 (qlz50) 50 700 400 1490 1350 109 ql100 100 455 200 600 1500 86 qld16 16 225 90 400 1000 15 第二位为螺旋千斤顶的型式第三位为额定起重量，t；型式特征代号(普通型无 表示)。 3.3 千斤顶的工作原理 千斤顶有机械千斤顶和液压千斤顶等几种，原理各有不同。从原理上来说，液 压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的， 这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 16 的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同 端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶 就是利用了这个原理来达到力的传递。螺旋千斤顶是通过往复扳动手柄，拔爪即推 动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得 起升或下降，而达到起重拉力的功能，但不如液压千斤顶简易。 3.4 千斤顶的设计 设计螺旋千斤顶，已知轴向载荷 f=10000n，起重高度为 l=124mm，方案图 3.1 所示。 图 3.1 千斤顶结构图 1 选择材料 由表 1.2 选材料为 45 钢，由手册查 =355mpa；螺母材料为 zcusn10p1，由表 1.3 查得p=11mpa；取单头右旋梯形螺纹，=30，=15，整体螺母。 2. 耐磨性计算 (1) 取 =2 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 17 (2) 计算 d2 d20.8=0.8=17.06 p f 112 10000 由计算出的 d2查手册确定螺纹的标准值为 d=24 mm、d=24.5 mm d1=18.5 mm，d1=19 mm d2（d2）=21.5 p=5 mm (3) 计算螺母高 h h=d2=221.5=43mm (4) 计算旋合圈数 z z=8.610 p h 5 43 (5) 校核螺纹副自锁性 =arctan=4.23 2 d s 2 d np 5 . 21 51 由表 1.5 查得 fv=0.01,v=arctan0.10=5.71,v,满足自锁条件。 1） 螺母螺纹牙强度校核 由表 1.4 查得青铜螺母螺纹牙许用弯曲应力=4060mpa、许用剪切应力 =3040mpa；梯形螺纹螺纹牙根宽度 b=0.65p=0.655=3.25mm；梯形螺纹螺纹 牙工作高度 h=0.5p=0.55=2.5mm。 (1) 弯曲强度校核 =10.72 合格 zd fh 2 3 6 . 825 . 3 5 . 2414 . 3 5 . 2100003 2 (2) 剪切强度校核 =4.65 合格 dbz f 25 . 3 5 .2414 . 3 6 . 8 10000 2） 螺杆强度校核 (1) 由表 1.4 查得螺杆许用应力=71mpa 3 s 3 355 (2) 螺杆所受转矩 t=ftan(+)=10000 2 2 d 2 5 . 21 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 18 tan(4.23+5.71)=18955nmm (3) ca=40.13 2 3 1 2 2 1 16/ 3 4 dd f 2 3 2 2 16/ 5 . 1814. 3 18955 5 .1814. 3 100004 合格 3. 螺母外部尺寸计算 a) 计算 d3 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%，按拉伸强 度计算得 = 4 )( 3 . 1 22 3 dd f 式中，为螺母材料的许用拉伸应力，可取=0.83b，由表 1.4 取 b=50mpa，因此=0.83b=41.5mpa。故 d3=31.5mm 2 66 . 1 d f 2 5 . 24 5 . 41 1000 66. 1 取 d3=35 mm b) 确定 d0和 a 按经验公式 d0=（1.31.4）d3及 a=确定。 3 h d0=（1.31.4）35=45.549mm 取 d0=48 mm a=14.3 取 a=15 mm 3 h 3 43 c) 校核凸缘支承表面的挤压强度，强度条件为 p=p 合格 2 3 2 0 4 dd f d) 校核凸缘根部弯曲强度 p=7.88 mpab=50 mpa 合格 w m 22 3 30 153514 . 3 3548100005 . 1 6/ 4/ ad ddf e) 校核凸缘根部剪切强度，强度条件为 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 19 = ad f 3 式中，螺母材料的许用切应力=35mpa 故 =6 mpa 合格 153514 . 3 10000 3 ad f 4. 手柄设计计算 拖杯与手柄的结构 a) 确定手柄长度 手柄上的工作转矩为 t=fhlh=t1+t2= 2 0 2 0 3 0 3 0 2 3 2 tan 2 1 dd dd fdf c 式中，t1、t2 分别为螺纹副摩擦力矩及拖杯与接触面摩擦力矩（nmm）； fc=0.15 为拖杯与支承面的摩擦系数；d0为托杯底座与支承面接触部分外径（mm）， 由经验公式 d0=（1.61.8）d 确定，取 d0=45mm；d0为托杯底座与支承面接触部分 内径（mm），取 d0=18mm,fh 为手作用在手柄上的力（n）,如一人连续工作，手作用 力通常取 fh=150200n,取 fh=180n；lh为手柄有效长度（mm）。 故 180 lh= 22 33 1845 1845 15 . 0 3 2 71 . 5 23 . 4 tan 5 . 2110000 2 1 得 lh=246 mm 取 lh=350 mm b) 确定手柄直径 dk 选手柄材料为 45 钢，s=355mpa,许用弯曲应力=237178 mpa， 25 . 1 s b 取b=200 mpa。 手柄的弯曲强度条件为 b= b k hhhh d lf w lf 3 32 因此，dk=147.75mm, dk =20mm。 200 35018032 托杯其他部分尺寸为 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 20 托杯高 h=(0.81)do=3645mm 取 h=36 mm 铰支头高 h1=(1.82) dk =3640mm 取 h1=36mm 5. 螺杆稳定性校核 (1) 计算柔度 = i l 螺杆一端固定，一端自由，长度系数 =2；螺杆最大受力长度 l 由起重高度 l、螺母高 h、铰支头高 h1及螺杆轴向预留余量决定，因 l=l+h+h1+ =124+43+36+12=215mm；螺杆危险截面惯性半径 i=4.625mm 。 4 5 .18 4 1 d =92.97 i l 625 . 4 2152 (2) 计算临界载荷 i=5749.9mm4 64 4 1 d 64 5 . 1814 . 3 4 因为 =92.978590，因此 fc=63161.13n 2 2 l ei 2 52 2152 9 .57491006. 214 . 3 =6.3s=4 合格 10000 13.63163 f fc 3.5 千斤顶的装配图 根据千斤顶的轴测图和零件图（图 3.2（a），（b）绘制其装配图。 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 21 图 3.2（a）千斤顶的轴测图 图 3.2（b）千斤顶的零件图 (1) 分析 首先要了解千斤顶的工作原理：千斤顶是利用螺旋传动来顶举重物的一种起重 或顶压工具，常用于汽车修理及机械安装中。工作时，重物压于顶垫之上，将绞杠 穿入螺旋杆上部的孔中，旋动绞杠，螺旋杆在螺套中靠螺纹做上、下移动，从而顶 起或放下重物。螺套镶在底座里，用螺钉定位，磨损后便于更换。顶垫套在螺旋杆 顶部，其球面形成传递承重之配合面，由螺钉锁定，使顶垫相对螺旋杆旋转而不脱 落。 由工作原理可知，千斤顶的装配主干线是螺旋杆，为了清楚的表达千斤顶的内 外部装配结构，应选如图 3.2（c）所示全剖视的工作位置为主视图。在主视图上， 千斤顶的 7 个零件所处的位置及装配关系、各零件的主要形状均已表达清楚，只有 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 22 螺旋杆上与绞杠配合的孔没有表达充分，故采用拆去绞杠零件，沿螺旋杆上部孔的 轴线剖开的aa断面图表达清楚。 在千斤顶装配图上，应标注螺套与底座的配合尺寸 60h 8/j 7 和外形尺寸 150