毕业论文范文——螺旋千斤顶的设计改进

题目 螺旋千斤顶的设计改进学院名称 机械设计制造及其自动化 专业班级 学生姓名 导师姓名 年 月 日目 录摘要4第一章 设计任务5第二章 千斤顶的概述.5 2.1 千斤顶的简介.52.2 千斤顶的种类. 52.3千斤顶的结构和技术规格.62.4千斤顶的工作原理.7 第三章 螺旋千斤顶结构尺寸设计及改进 .73.1螺杆的设计与计算73.11螺杆螺纹类型的选择.73.12螺旋传动选择.73.13选取螺杆的材料.73.14确定螺杆直径.73.15自锁验算.83.16结构（见图12） .93.17螺杆强度计算.93.18稳定性计算. 103.2 螺母设计与计算. 113.21螺母材料的选择. 113.22确定螺母高度H及螺纹工作圈数u.113.23校核螺纹牙强度 .113.24螺母与底座孔配合.123.3 手柄设计与计算.123.31手柄材料.133.32手柄长度L.133.33手柄直径dp.133.34结构.143.4托杯的设计与计算.143.5底座设计.163.6螺旋千斤顶的组装.17第四章 设计总结.17致谢.18参考文献19 摘 要机械千斤顶是手动起重工具种类之一，其结构紧凑，合理的利用摇杆的摆动，使小齿轮转动，经一对圆锥齿轮合运转，带动螺杆旋转，推动升降套筒，从而重物上升或下降。普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，构造简单，但传动效率低，返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，装有制动器。放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂。螺旋千斤顶能长期支持重物，最大起重量已达100吨，应用较广。下部装上水平螺杆后，还能使重物作小距离横移。可以极大的节省人力，提高劳动效率，并且携带方便，体积很小。关键词 螺杆旋转 自锁 支持重物 省力 发展ABSTRACTMechanical jacks is one of the manual lifting tool types, its structure is compact, reasonable use of the motion of the rocker, to rotate the pinion, running through a pair of bevel gears, drive screw rotation, promote the lifting socket, thus weight rises or falls. Ordinary screw jack by thread self-locking function support weight, simple structure, but the transmission efficiency is low, return slowly. Since the threads of the screw jack without self-locking function, equipped with brake. Loosen the brake, weights can be falling fast, shorten the return time, but this kind of jack structure is relatively complex. Screw jack can support heavy weights for a long time, maximum weight has reached 100 tons, has a wide application. The lower mount after horizontal screw, also can give weight to be small transverse distance. Can greatly save manpower, improve labor efficiency, and easy to carry, small size. Key words Screw rotation self-locking support heavy energy development 第一章 设计任务对一人力驱动的螺旋千斤顶进行改进设计。要求千斤顶的轴向承载能力F=60000N,要求提升高度为150mm，要求耐磨性好，使用AutoCAD、pro/E绘画装配图、零件图。撰写说明书一份，完成一定数量的图纸,制作PPT。第二章 千斤顶的概述2.1千斤顶的简介千斤顶又叫举重器、顶重机、顶升机等，是一种用比较小的力就能把重物顶升、下降或移位的简单起重机具，也可用来校正设备安装的偏差和构件的变形等。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，千斤顶的顶升高度一般为400mm，顶升速度一般为10-35mm/min，起重能力最大可达500t。2.2 千斤顶的种类千斤顶按其构造及工作原理的不同，通常分为机械式和液压式，机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种，其中螺旋式千斤顶和液压式千斤顶较为常用。液压式千斤顶结构紧凑，工作平稳，有自锁作用，故使用广泛。但液压千斤顶传动的缺点是：(1)液压千斤顶系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压千斤顶传动不能保证严格的传动比。(2)液压千斤顶传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。(3)为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。(4)液压千斤顶传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。(5)液压千斤顶系统发生故障不易检查和排除。 螺旋千斤顶的主轴外表用铬处理可增加使用寿命；其高度低，适用于一般窄小空间之作业需求，杨程短，可多次的垫高使用，它是由人力通过螺旋副传动，其结构紧凑，成本较低，使用携带较为方便；能长期支持重物，最大起重量已达100吨，使用更为广泛。液压千斤顶主要由油室、油泵、储油腔、活塞和摇把等组成，工作时，用千斤顶的手动摇把驱动油压泵，将工作油压入油室，推动活塞上升或下降，进而顶起或下落重物。在工程施工时，YQ型手动液压千斤顶（或称移溜千斤顶）是一种内回液双作用的液压机构。使用较多。这种千斤顶质量轻，效率高，使用和搬运也比较方便，它又可以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。绝大时候使用穿心式。 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。螺旋式千斤顶又分为：固定式螺旋式千斤顶、固定式LQ型螺旋千斤顶和移动式螺旋千斤顶三大类。（1）固定螺旋式千斤顶有普通式和棘轮式两种，在作业时，未卸载之前不能作平面移动；（2）固定式LQ型螺旋千斤顶结构紧凑、轻巧，使用方便。它有棘轮组、大小锥齿轮、升降套筒、锯齿形螺杆、主架等组成；当往复搬动手柄时，撑牙推动棘轮组间歇回转，小锥齿轮带动大锥齿轮，使锯齿形螺杆旋转，从而使升降套筒上升或下降。由于推力轴承转动灵活，摩擦力小，因而操作灵敏，工作效率高。（3）移动式螺旋千斤顶是一种在顶升过程中可以移动的千斤顶，在作业时，它的移动主要是靠其底部的水平螺杆转动，从而使顶起或下降的重物连同千斤顶一同做水平移动。因此，移动式螺旋千斤顶在设备安装施工中使用起来就很方很。如右图：2.3千斤顶的结构和技术规格油压千斤顶按其结构、用途分为如下两种： (1) 立式螺纹连接结构的油压千斤顶，其代号的表征字母为qyl。 (2) 立卧两用油压千斤顶，其代号的表征字母为qw。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。2.4千斤顶的工作原理 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，它是由人力通过螺旋副传动，其结构紧凑，成本较低，使用携带较为方便；能长期支持重物，最大起重量已达100吨，使用更为广泛。第三章 螺旋千斤顶结构尺寸设计及改进3.1螺杆的设计与计算3.11螺杆螺纹类型的选择 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=30，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/T5796.12005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=30的单线梯形螺纹3.12螺旋传动选择螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，分为滑动螺旋副，滚动螺旋副和静压螺旋副。滑动螺旋副结构简单，便于制造，易于自锁，所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副。3.13选取螺杆的材料螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。在此选用的是55钢。3.14确定螺杆直径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。F(KN):作用域螺杆的轴向力A()螺纹承压面积（）螺纹的中径h（）螺纹的高度P（）螺纹的螺距H（）螺母的高度由于，所以有；对于等腰梯形螺纹，有，一般取1.23.5,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。螺杆螺纹中径，根据求得的此螺纹中径，查表GB/T5796.22005和表GB/T5796.32005有：公称直径，螺距，螺杆小径，螺杆中径，螺母大径，螺母小径，螺母中径，螺母高度，旋合圈数。3.15自锁验算自锁条件是yjv式中：y为螺纹中径处升角；rv为当量摩擦角（当量摩擦角rv=arctanmv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1）。:当量摩擦系数；：摩擦系数；：牙侧角，。摩擦系数由查表可知，由于千斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时区最大值0.17。所以有，符合自锁条件。3.16结构（见图12）螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，因此需要加大直径。手柄孔径dk的大小根据手柄直径dp决定，dkdp十0.5mm。由后面的计算可知手柄的直径=27.8mm，所以。为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径d4应比螺杆小径d1约小0.20.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5P=10.5mm。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1的圆柱体。为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈(GB/T891-1986)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。3.17螺杆强度计算对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。强度计算方法参阅教材公式(6.23)，其中扭矩，式中为螺纹中径处升角，为当量摩擦角。对受力较大的螺杆应根据第四强度理论交合螺杆强度：或F（N）螺杆所受的轴向压；A（）：螺杆螺纹的危险截面面积； （）：螺杆螺纹段的抗扭截面系数；（mm）螺杆螺纹小径；T（）；s(MPa)：螺杆材料的许用应力，由前面可知螺杆的材料是55号钢，查表得其屈服强度，所以其许用应力，由于千斤顶的载荷是稳定的，许用应力取最大值有。计算：则有：，符合强度计算的条件。3.18稳定性计算细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。Fcr / F 2.5 4。螺杆的临界载荷Fcr与柔度s有关，s=m l/i，m为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取lH+5P+(1.41.6)d，i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=pd12/4，则(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)，当螺杆的柔度s40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。临界载荷，E（MPa）：螺杆材料的拉压弹性模量，;I（）：螺杆危险截面的惯性矩，。该千斤顶一螺母座位支承时，作不完全固定支承，另一端有径向和轴向约束，为固定支承，所以端部职称情况是一端固定，一端不完全固定。因此。；，所以经过计算螺杆稳定。3.2 螺母设计与计算3.21螺母材料的选择螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度螺母,铸锡青铜和铸铝铁青铜两种供选择，经分析，本设计采用铸锡青铜材料。3.22确定螺母高度H及螺纹工作圈数u螺母高度H=d2，螺纹工作圈数，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u = u+1.5(u应圆整)。考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d。螺母高度由下式计算：H= ut。，实际螺纹圈数，实际螺母高度。3.23校核螺纹牙强度一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。螺母的其它尺寸见图13。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。如图有：螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，股只需校核螺母的螺纹牙强度。假设螺母每圈螺纹 所承受的平均压力为，并作用再螺纹中径为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面的剪切强度条件为，螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为。式中：b（mm）：螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹;l(mm):弯曲力臂，；（MPa）螺母材料的许用切应力，螺母材料为45号钢，查表可知：；（MPa）：螺母材料许用弯曲应力，查表可知：。计算：，符合剪切强度条件； ，符合弯曲强度条件。3.24螺母与底座孔配合螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用或等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图13）和底座孔上端（图17）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图11），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为612mm。紧定螺钉选择的是（GB/T711985）3.3 手柄设计与计算3.31手柄材料常用Q235和Q215。该千斤顶采用的是Q215。3.32手柄长度Lp板动手柄的力矩：KLp=T1+T2，则式中：K加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150250N，工作时间较长时为100150N。T1螺旋副间的摩擦阻力矩，T2托杯与轴端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) f F/4。T1螺旋副间的摩擦阻力矩，T2托杯与轴端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) f F/4。 手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上+（50150）mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。手柄的实际长度是3.33手柄直径dp把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为sF 或为 dp式中：sF手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，sF=120Mpa。计算： 所以手柄的直径。3.34结构手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面应加上挡环（图16），并用螺钉或铆合固定。因为手柄的精度要求不高，如图计算选用的螺钉为（GB/T68-2000）,而挡环尺寸为D=38mm，厚H=5mm。3.4托杯的设计与计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图14。为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此在起重时，托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。p如图计算各尺寸：厚度；p为许用压强，取托杯和螺杆材料p中较小的一个，螺杆p=380MPa，托杯p=235MPa根据结构，所以进行强度计算有：满足强度件。3.5底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图17），铸件的壁厚不应小于812mm，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成110的斜度。图中： （为底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取）计算：3.6螺旋千斤顶的组装现在通用的螺旋千斤顶一共主要分为5部分，分别是螺杆、螺母、手柄、托杯、底座几个主要部分。螺杆7和螺杆6是它的主要零件。螺母6用紧定螺钉5固定在底座8上。转动手柄4时，螺杆即转动上下运。托杯1直接顶住重物，不随螺杆转动。安全板3防止托杯脱落，安全板9防止螺杆由螺母中全部脱出。对这一装置的主要要求是:保证各零件有足够的强度、耐磨性能自锁、稳定性合格等。第四章 毕业设计总结这次的毕业设计是大学四年中的最后一个环节，是对四年的学习生活中所学知识的一个汇总和概括，使我们每个人都能了解自己学到了什么，理解多少，会运用多少，还有多少知识不了解，需要进一步加深理解。 在校期间，开设有机械制图及AUTOCAD、机械设计、机械制造等课程，这些课程对我们搞好这次毕业设计有很大的帮助，综合运用好这些课程，加之我们平时的知识积累和老师的极大帮助和指导，为这次毕业设计提供了非常有利的保障。即将毕业的我，在以后的工作中难免会遇到一些问题或麻烦，如机器损坏或零件老化等一系列问题时，这时就要靠自己以前所学的知识和积累的经验去解决它。随着科学技术的高度发达，一些质量优、性能好、效率高、能耗低、价格低廉的产品将开发出来并淘汰那些老的生产技术或设备。因此，我们应该树立良好的设计思想，重视对自己进行机械设计能力的培养；善于利用各种信息资源，扩展知识面和能力；培养严谨、科学、创新与创业、艰苦奋斗的企业精神，加强环境保护意识，做到清洁生产和文明生产，以最大限度的获得企业效益和社会效益。因水平有限，设计中必然有所许多不足之处，还望老师批评。致谢