剪式汽车千斤顶设计--毕业论文.doc

摘要：汽车千斤顶是汽车日常更换轮胎、简单维护必不可少的重要举升工具。随着我国经济的高速发展，人民生活水平的逐步提高，使用汽车的家庭变得越来越多，这就使得千斤顶的需求量日益增多，而如何简单方便快捷的给汽车更换轮胎这个问题则需要我们进行进一步的研究。本篇论文中提出了一种结构简单、起重重量大且稳定的剪式千斤顶设计方案，本方案对剪式千斤顶技术进行深入分析研究，其工作原理是：使用者手动摇动螺杆旋转，带动套筒和举臂升降，从而达到起重汽车的目的。剪式千斤顶作为一种新型的汽车千斤顶，对此进一步的研究也是不能忽视的。关键词：千斤顶；汽车；螺旋传动AbstractThe car jack is an important lifting tool for car daily replacement tires, simple maintenance essential. With the rapid development of Chinas economy, the gradual improvement of peoples living standards, the use of car families become more and more, which makes the increasing demand for jacks, and how simple and convenient to replace the car tire problem We carry out further research. In this paper, a simple, heavy-weight and stable shear jack design scheme is proposed. The working principle of the scissor jack technology is as follows: the user manually shakes the screw rotation and drives the sleeve Tube and lift arm lift, so as to achieve the purpose of lifting a car. Scissor jack as a new type of car jack, this further study can not be ignored.Keywords: jack, car, Screw drive目 录AbstractIV目 录V第一章 绪论11.1 引言11.2 千斤顶的发展概况11.3 Solidwork软件的介绍21.4 课题研究的意义及目的3第二章剪式千斤顶的设计42.1 剪式千斤顶的设计要求42.2剪式千斤顶的设计概述42.2.1剪式千斤顶与其他类型千斤顶原理的对比42.2.2剪式千斤顶与其他类型千斤顶特点的对比72.2.3 剪式千斤顶的设计参数72.3剪式千斤顶的具体设计82.3.1 螺杆的设计与计算92.3.2 螺母的设计与计算192.3.3 承重台的设计与计算222.3.4 底座的设计242.4剪式千斤顶的安全原则252.4.1 剪式千斤顶的压力测试252.4.2剪式千斤顶的使用原则25第三章 总结与展望26参考文献27附图：2727III第一章 绪论1.1 引言 随着现代人们生活水平逐渐提升，汽车的使用变得越来越普及，相应的我们不仅对汽车的使用功能要求很高，对汽车上随车必备的辅助工具的使用功能需要也是越来越高，低价格、高品质、使用便捷等等，只有具备更加优良性价比的产品才会被广大使用者所接受。目前市场上已经有很多种类型的千斤顶，常见的千斤顶按传动方式的不同分为机械千斤顶和液压千斤顶。从原理上来说，液压千斤顶采用的是帕斯卡原理；机械千斤顶则采用的是机械原理。按动力装置的不同千斤顶又可以分为电动千斤顶、手动千斤顶和电动手动两用千斤顶。为了让消费者觉得千斤顶的各项性能满足其使用要求，我们需要从以下方面入手：加工生产成本低，质量安全稳定，使用寿命长，结构简单，使用方便，省力便捷。1.2 千斤顶的发展概况在过去的国内，那时候自行车是国人出门办事最重要的交通工具，但随着现代经济的高速发展，汽车已逐步进入到了普通居民的生活当中，而汽车千斤顶则是汽车上必不可少的重要辅助工具之一，这也意味着使用者对千斤顶的材质、品质、外形、方便性以及使用安全稳定性等性能提出了更高的要求。现如今，很多厂家经过多年的研发创新、市场调研，设计出了一些能够满足各种需求的各种类型的千斤顶系列产品，大体可以分为齿条千斤顶、螺旋千斤顶和液压千斤顶和剪式千斤顶四类。随着现代人们生活水平逐渐提高，汽车逐渐取代了自动车的交通工具中的领导地位，广泛走进普通家庭的日常生活中，经过很多年不断地发展创新，出现了目前最新型的剪式千斤顶，现如今，这种剪式千斤顶的使用范围非常广泛，可供各种小型汽车进行更换轮胎，简单维修的基本起重作业。千斤顶的实现方式也越来越繁多，千斤顶的品质、外形、结构、功能以及安全稳定性都有了很大程度上地提升和改良。1.3 Solidwork软件的介绍SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今至2010年已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks的主要模块包括：（1）零件建模 SolidWorks 提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁 特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。(2)曲面建模通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。（3）钣金设计SolidWorks 提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作变得非常容易。用户化SolidWorks 的API为用户提供了自由的、开放的、功能完整的开发工具。开发工具包括Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)、Visual C+，以及其他支持OLE的开发程序。（4）特征识别FeatureWorks是第一个为CAD用户设计的特征识别软件。与其它CAD系统共享三维模型，充分利用原有的设计数据，更快将向SolidWorks系统过渡，这就是特征识别软件FeatureWorks所带来的好处。FeatureWorks同SolidWorks 完全集成。当引入其它CAD软件的三维模型时，FeatureWorks能够重新生成新的模型，引进新的设计思路。FeatureWorks对静态的转换文件进行智能化处理，获取有用的信息，减少了重建模型所化的时间。FeatureWorks最适合识别带有长方形、圆锥形、圆柱形的零件和钣金零件。FeatureWorks提供了崭新的灵活功能，包括在任何时间按任意顺序交互式操作以及自动进行特征识别。FeatureWorks 提供了在新的特征树内进行再识别和组合多个特征的能力，新增功能还包含识别拔模特征和筋特征的能力。1.4 课题研究的意义及目的 从目前全球市场需求布局来看，欧、美地区成为款式新、小巧、质量好、环保的千斤顶的主要销售市场；中东、非洲地区主要选择老款式、简单实用价格便宜的千斤顶；还有以俄罗斯为代表的高寒国家则更喜欢能耐寒，机械结构牢固的千斤顶以适应当地的地理气候条件；日韩则主要关注产品的品质与安全；国内消费市场和非洲差不多能将汽车顶起来就行。目前千斤顶的整体状况还是比较良好，已由原来单一的顶升功能，不注重外观，逐渐演变成为汽车顶升装置的艺术品，以外观精美结构巧妙，操作省力等特点成为新的发展方向。为进一步适应汽车产业的发展，现如今市场上还出现了电动千斤顶。第二章 剪式千斤顶的设计现有市场上常见的千斤顶基本上都是液压式的千斤顶，其基本传动方式为液压式，液压式千斤顶的缺点非常明显，主要有以下几个方面：容易漏油，工作的稳定性差，生产加工工艺复杂，故障率高等等，而本设计中的剪式千斤顶采用纯机械式结构，其传动方式为机械传动，两种千斤顶的工作原理截然不同，两者结构不同、实现方式不同，使用方法也不相同。本篇论文中的剪式千斤顶设计运用了巧妙的机械传动结构，它通过螺杆和螺母调节上下支撑臂来进行提升和下降高度，使得承重台做垂直升降运动，而底座始终保持静止。我们在现有的剪式千斤顶理论基础上改良结构和使用方法，使得本次设计的剪式千斤顶更加优化，综合材质的选择、结构的简化，让消费者更加便捷省力的使用该千斤顶，这是本篇论文剪式千斤顶的设计初衷。2.1 剪式千斤顶的设计要求（1）本设计中的剪式千斤顶主要用于为小型汽车更换轮胎、简单维修等起重作业。（2）本设计之前综合考虑，该剪式千斤顶应该具有以下功能：最大起重重量：1.8T；产品加工生产成本低，质量安全稳定，使用寿命长，结构简单，使用方便，省力便捷；（3）本设计从螺杆的设计与计算、螺母的设计与计算、承重台的设计与计算、摇动手柄的设计、底座的设计等方面着手进行详细的设计分析及计算阐述。2.2 剪式千斤顶的设计概述2.2.1剪式千斤顶与其他类型千斤顶原理的对比（1）液压式千斤顶的工作原理液压式千斤顶的工作方式是基于帕斯卡液压原理实现的，也就是说，液压千斤顶内部的油液各处的压强是一样大的，于是在这个平衡的液压系统中，当我们在较小的活塞上面施加一个较小的压力，为了能够保持缸体内部油液的相对静止，相应的在较大的活塞上面得到的压力也就比较大，因此通过油液的传递，可以得到不同端面上的不同的压力，这样就可以达到一个压力变换输出的目的。我们通常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来实现作用力的放大和传递动作的。液压千斤顶按其结构、用途分为如下两种： 立式螺纹连接结构液压千斤顶，其代号表征字母为qyl； 卧式液压千斤顶，其代号表征字母为qw。液压千斤顶的结构主要由以下部分组成：油室、油泵、储油腔、活塞和摇把等，当我们使用该液压千斤顶时，用千斤顶专用的手动摇把驱动油压泵，从而将油液压进油室，推动活塞上升或下降，最终实现顶起或下落物体的目的。在专业汽车维修领域，（qw）卧式液压千斤顶使用的最为广泛，它是一种内回液双作用的液压机构。这种千斤顶工作效率高，使用和搬运也比较方便。立式螺纹连接结构液压千斤顶卧式液压千斤顶图1 两种常见液压式千斤顶实物图（2）剪式千斤顶的工作原理千斤顶分为机械式千斤顶和液压式千斤顶两种，工作原理各有不同。机械式千斤顶主要可以分为齿条式千斤顶、螺旋式千斤顶和剪式千斤顶三大类。剪式千斤顶，因其结构外形犹如一把剪刀，因此被大家被称之为剪式千斤顶。剪式千斤顶作为一种起重设备，主要用于小型普通汽车的顶起，比如轿车，小型SUV等。常见的剪式千斤顶规格有1T（吨）、1.5T（吨）、2T（吨）、3T（吨）等等。剪式千斤顶通常又叫做支架千斤顶，它结构轻便且使用起来方便，是国内各大汽车工厂的随车产品。剪式千斤顶的工作原理是基于等腰三角形的两个腰部长度不变，通过缩短底边的长度来提升竖直高度的几何原理而设计生产出来的产品。它通过螺杆和螺母之间配合螺旋传动来调节上下两个等腰三角形的底边长度来实现整个剪式千斤顶提升和下降的高度。举个日常生活中常见的工具扶梯的例子，当我们使用工具扶梯时，将工具扶梯放开，扶梯的两个支撑臂之间的夹角很小的时候扶梯的竖直高度就很高，同理当两个支撑臂之间的夹角很大的时候扶梯的竖直高度就很矮。剪式千斤顶的结构主要由以下部分组成：底座、一组上支撑臂、一组下支撑臂、螺杆、螺母、承重台、摇动手柄、销轴等；上支撑臂和下支撑臂均为金属板材折弯加工而成，上支撑臂的横截面与下支撑臂在齿部及其附近部分的横截面是一边开口的矩形，开口两边的金属板材向内折弯。上支撑臂和下支撑臂上的齿形是由开口两边折弯的金属板材上加工而成，宽度大于金属板材厚度。图2 剪式千斤顶三维设计图2.2.2剪式千斤顶与其他类型千斤顶特点的对比剪式千斤顶的优点：（1）.产品结构简洁易折叠收纳；（2）.起重高度小，起重重量大；（3）.外形美观，安全可靠，使用方便，性价比高液压式千斤顶的缺点：（1)液压千斤顶的液压系统常常伴随着漏油的问题，一旦系统漏油这就影响千斤顶运动的平稳性，使得液压千斤顶的传动不能保证严格的传动比。(2)液压千斤顶由于采用的是液压传动，而油液对温度的变化又比较敏感，温度变化时，油液粘性变化，引起运动性质变化，使得千斤顶的使用稳定性受到影响，所以液压千斤顶不合适在温度变化很大的工作环境条件下使用。(3)我们为了减少液压千斤顶油液的泄漏，并且为了满足其性能上的基本要求，液压元件的加工配合件加工精度要求相对剪式千斤顶更高，生产工艺相对剪式千斤顶更为复杂。(4)液压千斤顶液压系统一旦发生故障，非专业人员不容易检查和排除问题。2.2.3 剪式千斤顶的设计参数产品类别：剪式千斤顶材质：合金钢重量：2.1kG规格(MM)：L170W68H400（展开时）螺杆长度：400mm最大举升范围：290mm最大承载力：18000N摇动手柄操作力：180N2.3 剪式千斤顶的具体设计剪式千斤顶主要从四个方面进行具体设计：包括螺杆的设计与计算、螺母的设计与计算、承重台的设计与计算、底座的设计。（1） 螺杆的设计与计算依照我们现有的普通机械千斤顶的螺杆结构形式，本篇论文中的千斤顶螺杆设计依然采用的是梯型螺纹的螺杆。作为常见螺杆结构的一种，梯型螺纹的螺杆相对于其它牙型的螺纹具有工艺性好、牙根强度高、对中性好的特点，该螺杆的材质选用普通碳钢45钢加表面发黑的处理方式。（2）螺母的设计与计算由于我们使用剪式千斤顶的时候是通过螺杆和螺母的螺旋传动，上提整个支撑臂运动从而达到将物体举升的目的，所以我们需要对螺母螺纹牙的强度进行计算校核，判断其在工作过程中保持稳定的条件。（3）承重台的设计与计算该承重台安装于整个剪式千斤顶的顶端上，将两根上支撑臂和两根顶部销轴连接起来，它的作用在于当我们用手摇动手柄时，螺杆和螺母在螺旋传动的作用下转动到限位套与左右螺母相接触的时候，此时承重台已经达到最高点，且将物体举升起来离开地面，我们需要对承重台与物体之间的接触面的压力强度进行计算校核，判断其在使用过程中能否保证安全。（4）底座的设计底座支撑着整个剪式千斤顶的结构，它将两根下支撑臂和两根底部销轴连接起来，我们需要考虑其尺寸、质量、材质的强度等等因素，既要让它的结构轻便，尺寸合适，也要让其使用起来安全系数高，并结合人机工程学的基本原理，让整个剪式千斤顶的结构使用起来更加人性化合理化。2.3.1 螺杆的设计与计算本设计中整个剪式千斤顶的举升和下降的动力来源是通过螺杆与螺母的螺旋传动来实现的，而螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它将螺杆的回转运动转变为螺母的直线运动，并且传递了动力。螺旋传动具有结构紧凑、转动均匀、精确平稳、易于自锁等优点，在机械行业中应用十分广泛。（1）螺杆与螺母螺旋传动方式本设计中的螺旋传动运动方式和我们日常常见的丝杆传动方式基本一致，它通过转动螺杆，使得螺母做直线运动，这种螺旋传动运动方式占用空间小，易于自锁、通常使用长行程螺杆。螺杆两端的左螺母和右螺母使得整个传动结构更加精确稳定。 (d)图2.1 螺旋传动方式该螺旋传动方式以传递动力为主，通过螺杆的转动直接带动左右两个螺母的直线移动，而千斤顶的上支撑臂和下支撑臂是通过左右两个螺母连接起来的，因此左右螺母的直线移动便使的动力传递给了上下支撑臂，从而实现整个千斤顶的举升和下降。本设计中的螺旋传动要求以较小的转动力矩产生较大的轴向推动力，且一般为间歇性运动，工作速度相对较低，通常要求具有自锁功能。本设计中的剪式千斤顶就是运用了传力螺旋这种螺旋传动运动方式。（2）螺杆与螺母螺旋传动的结构按螺旋传动的结构不同，可分为滚动螺旋传动、静压螺旋传动和滑动螺旋传动三种滚动螺旋传动的优点是运动阻力小，传动效率高；转动稳定，定位精度高；缺点是结构复杂，生产加工成本高；抗冲击能力差。通常应用于机床、汽车、拖拉机、航空军工等制造业。静压螺旋传动的特点是螺杆与螺母被油膜隔开，不直接接触。其优点是具有摩擦阻力小，传动效率高；定位精度高，轴向刚力大；磨损小，寿命长等方面。其缺点为结构复杂，且需要一套压力稳定的供油系统。通常应用于精密机床的进给、分度机构的传动螺旋。滑动螺旋传动其特点是结构简单紧凑，生产加工方便，成本低廉;且容易实现自锁功能。缺点在于低速运动时摩擦阻力大，传动效率低;滑动螺旋传动的螺纹通常有侧向间隙，反向转动时有空行程；磨损较大。图 矩形螺纹滑动螺旋传动，按牙型的不同可分为矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿型螺纹。矩形螺纹牙型为正方形，牙型角其传动效率比其他螺纹要高，但牙根强度低，螺旋副磨损后，间隙难修复和补偿，传动精度降低。图 梯形螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角。内外螺纹以锥面贴紧不易松动。与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高、对中性好。如用剖分螺母，还可以调整传动间隙。图 锯齿型螺纹锯齿型螺纹为不等腰梯形螺纹，工作面的牙侧角为，非工作面的牙侧角为。外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中。这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率高、梯形螺纹牙根强度高的特点，但只能用于单向螺纹连接或螺旋传动中。 本设计中剪式千斤顶螺旋传动运动方式采用梯形螺纹传动方式。（3）剪式千斤顶的受力分析已知剪式千斤顶顶升的最大承载力F=18000N,承重台升降最小高度为110mm，最大高度为400mm,即最大举升高度范围为400-110=290mm. 升降尺寸示意图如下所示：图2.2 剪式千斤顶升降尺寸示意图在设计计算螺杆之前，我们需要对剪式千斤顶的整个机构的受力做一个系统的分析计算，由图2.2中简化的剪式千斤顶受力分析示意图可以得到，C点相当于承重台，被举升物给支撑点C施加了一个重力G，两个上支撑臂受到举升物重力的作用产生了两个压力，分别是T1和T2，相应的根据作用力与反作用的关系，两个上支撑臂对支撑点C也形成了两个反作用力为T1和T2，反作用力T1和T2与重力G互相达到力的平衡。与此同时当螺杆随着使用者的连续转动，上支撑臂受到左螺母向左运动作用产生了一个压力T3，同理下支撑臂受到左螺母向左运动作用产生了一个压力T4，同样依据作用力与反作用的关系，上支撑臂和下支撑臂对左螺母也形成了两个反作用力T3和T4，左螺母在转动过程中也受到了一个水平拉力载荷F，因此反作用力T3和T4与拉力F也形成了力的平衡。图2.2 剪式千斤顶受力分析示意图我们可以根据理论力学的知识分析计算整个剪式千斤顶的受力情况，其中为螺杆与下支撑臂的夹角（090），得到计算关系式：T=T1=T2=T3=T4=T1=T2=T3=T4T=G2sinF=Gtan式中，T -上支撑臂受到的压力，N； F-螺杆受到的拉力，N。由关系式可知：当重力G大小一定时，上支撑臂受到的压力T随着的增大而减小，螺杆受到的拉力F也随着的增大而减小。我们在设计计算的时候，取螺杆与下支撑臂的夹角为70，以这个角度设计计算的上下支撑臂、螺杆和销轴的横截面的尺寸比较合适。然而在实际操作剪式千斤顶的时候，它的最初举升位置是在夹角为40的时候开始承重的，从上面的计算关系式可以看出，随着将重物顶升的过程中夹角会逐渐增大，作用于千斤顶上各个构件的作用力也逐渐减小，使用者的摇动手柄操作力也在逐渐减小。已知本设计中剪式千斤顶的最大承载力为18000N，考虑到使用剪式千斤顶的安全性和可靠性，这里我们增加区域安全系数K，通常K的范围在1.11.3之间，我们这里取K=1.2重力载荷G=180001.2=21600N支撑臂压力T=21600/（2sin 70）=11493N螺杆拉力F=21600/tan 70=7862N（4）螺杆的设计计算根据前面对螺杆和螺母螺旋传动方式和结构的分析，本设计中的螺杆选用梯形螺纹传动方式，基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。 由于本设计中剪式千斤顶的螺杆是通过人工手动转动的，所以转速较低，且螺杆单个作用面的受力并不算大，常见的螺杆材料有Q235，Q275，40钢，45钢，55钢等，这里螺杆的材料选用普通碳钢45钢加表面发黑的处理方式。由机械设计手册查到45钢的屈服强度=360Mpa；为了增强螺杆的耐磨性，左右两个螺母选用相对较软的材料锡青铜，由图2.3可知当45钢对青铜低速螺旋转动时，对手动驱动p应该提高20%，即p=，我们取p=25MPa。本设计中的左右螺母为整体螺母，且长期磨损后不能调整其间隙，我们这里认为螺母的受力是均匀的，所以螺纹工作圈数不宜过多，通常，这里取。按耐磨性公式计算确定螺杆的中径d2,求出d2后，再按标准计算公式计算出相应的公称直径d，螺距p及其他关键尺寸。已知螺杆受到的拉力F为7862N，对于梯形螺纹，h=0.5p,取，则计算d2d20.8F=0.87862225=10.03mm 我们这里取螺杆的中径d2=11mm，查GB/T57963-1986，查得螺杆的标准公称直径d=12mm 。由公式d2=d-H=d-0.5p可以得到P=2mm，D4=12.5mm，d3=9.5mm，D1=10mm。计算得到螺母高度:H=d2=211=22mm计算得到螺旋圈数: n=Hp=222=11图2.3 滑动螺旋传动的许用压强（5）螺杆螺旋传动自锁性验证当使用剪式千斤顶时，螺杆的螺旋传动可以看作是绕在圆柱体的一个斜面，我们将其展开，这个斜面的倾斜角就是螺纹升角，螺杆相当于放在一个倾斜面的物体，而千斤顶所举升的物体是加在螺杆上的轴向负载，这个轴向负载相当于放在倾斜面上的物体，要使得螺杆的螺纹在物体的重压之下不会自动下旋，也就是说要使物体不会沿着倾斜面自动下滑，即需要让物体在倾斜面上实现自锁功能，我们必须让螺纹升角小于等于螺杆与螺纹槽之间的摩擦角，即自锁条件是：=arctanfv=arctanfcos式中： 为螺纹升角； 为当量摩擦系数。（，式中为螺纹工作面的牙型斜角）；为当量摩擦角（为保证螺杆能够自锁，螺纹升角至少要比当量摩擦角小10.）根据图2.4 可得（计算时取用最大值）图2.4 螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数fV（定期润滑）计算可以得到：=arctanPd2=arctan211=3.31=arctanfcos=arctan0.1cos15=5.91且=3.31-1=4.91经过计算不难发现本设计中的螺杆可以保证其自锁性。（6）螺杆的强度计算校核本设计中的螺杆受到的轴向负载较大，因此需要对螺杆进行强度计算校核。螺杆工作的时候承受轴向负载F及转矩T的作用，螺杆危险截面上既有压缩应力，又有切应力。所以校核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出螺杆危险截面的计算应力，强度校核公式为：式中: F-螺杆所受的轴向负载，N；A-螺杆危险截面的面积；A=4d32,；-螺杆螺纹段的抗扭截面系数,WT=16d33，mm3；d3-螺杆的小径（mm）；-螺杆材料的许用应力（Mpa）；T-螺杆所受转矩（N.mm）；其中扭矩T=Ftan+d22=7862tan3.31+5.91112=7019N.mm式中：为螺纹升角；为当量摩擦角。查机械设计手册GBT6991999,得到45钢的屈服强度，表2.1 滑动螺旋副材料的许用应力项目许用应力/Mpa螺杆, 为材料的屈服极限/Mpa螺母材料许用弯曲应力许用切应力青铜40-6030-40耐磨铸铁50-6040铸铁45-5540钢（1.0-1.2）0.6注：静载荷许用应力取大值。根据表2.1可得螺杆螺旋副的安全系数范围在35之间，我们这里取3；计算得到：ca=4Fd322+3T0.2d332=478629.522+370190.29.532=107.54MPa故有：ca通过以上计算可以得到，本设计中的螺杆的强度校核满足使用要求。（7）螺杆的稳定性校核由图2.5可得螺杆的长度系数=2；螺杆的最大受力长度L由最大举升高度范围、螺母高H、铰支头高及螺杆轴向预留余量决定，其中l2=1.5d2。图2.5 螺杆长度系数的选择因此，通过计算可以得到螺杆的工作长度l=l1+H2+l2=290+222+1.511=317.5mm螺杆的危险截面惯性半径i=d34=9.54=2.375mm计算螺杆的柔度=Li=2317.52.375=267.36840 已知螺杆的材料为45钢，而钢材的弹性模量E=2.06e11Pa=206GPa；S为螺杆的稳定性安全系数，对于传力螺旋取S=3.55；对于传导螺旋取S=2.54；对于精密螺杆或水平螺杆取S4。计算得到螺杆的危险截面的惯性矩I=d3464=9.510-3464=3.99810-10m4故有：Fc=2EIl2=22.0610113.99810-102317.510-32=54.172KNFcF=54.1721037862=6.890S=4通过以上计算可以得到，本设计中的螺杆的稳定性满足使用要求。2.3.2 螺母的设计与计算由于我们使用剪式千斤顶的时候是通过螺杆和螺母的螺旋传动，上提整个支撑臂运动从而达到将物体举升的目的，所以我们需要对螺母螺纹牙的强度进行计算校核，判断其在工作过程中保持稳定的条件。根据上面螺杆的分析计算，且我们知道在螺旋传动中螺纹牙多收到剪切力和挤压力的冲击，因此螺母的材料强度设计的时候要低于螺杆的材料；我们这里选螺母的材料为锡青铜。（1）螺母的尺寸计算通过上面的计算我们已经得到：螺母高度:H=d2=211=22mm螺旋圈数: n=Hp=222=11考虑到螺纹加工退刀槽的影响，实际螺纹圈数N=n+1.5=12.5(N应取整)，通常螺纹圈数越多载荷分布越不均匀，因此N不宜取太大，我们这里N取13。因此螺母的实际高度H=NP=132=26mm螺母的悬置部分受到拉伸和扭转的联合作用，为了方便计算，将F增大30%，按拉伸强度计算得到：=式中，为螺母材料的许用拉伸应力，可取=0.83b，由表2.2可取b=50Mpa，因此=0.83b=41.5Mpa。计算得到：D31.66F+D42=1.66786241.5+12.52=21.6mm我们取D3=20mm。也就是右螺母的直径为20mm。（2）螺母螺纹牙的强度计算校核项 目许用应力/ MPa钢制螺杆=S/35 S为材料的屈服极限/ MPa螺 母材料许用弯曲应力b许用剪切应力青铜40603040耐磨铸铁506040铸铁455540钢（1.01.2）0.6注：静载荷许用应力取大值。表2.2 滑动螺旋副材料的许用应力由于螺母的材料为锡青铜，材料强度较低，所以只需要对螺母的螺纹强度进行校核计算；由表2.2查得本设计中的螺母螺纹牙许用弯曲应力；许用剪切应力；计算可得：梯形螺纹牙根宽度 b=0.65p=0.652=1.3mm；梯形螺纹牙工作高度h=0.5p=0.52=1mm；螺纹牙危险截面的弯曲强度计算：=3FhD4b2N=37862112.5131.32=27.338MPa；满足设计使用要求；螺纹牙危险截面的剪切强度计算：=FND4b2=78621312.51.32=9.113MPa；满足设计使用要求；式中：螺母螺纹的大径，mm.N螺母螺纹的实际圈数。2.3.3 承重台的设计与计算该承重台安装于整个剪式千斤顶的顶端上，将两根上支撑臂和两根顶部销轴连接起来，它的作用在于当我们用手摇动手柄时，螺杆和螺母在螺旋传动的作用下转动到限位套与左右螺母相接触的时候，此时承重台已经达到最高点，且将物体举升起来离开地面。总的来说承重台的作用就是承托重物，其材料可以用铸铁，可以用Q235锻造而成，但本设计中的剪式千斤顶要求结构简单，使用方便，省力便捷，因此这里承重台的材料选用45钢板折弯而成。我们需要对承重台与物体之间的接触面的压力强度进行校核，判断其在使用过程中能否保证安全。（1）承重台接触面的压力强度计算P=FSP式中：p承重台材料的许用压强，MPa；由机械设计手册查到45钢的屈服强度=360Mpa；且根据承重台三维设计图可以测量出承重台与重物的接触面积S为780mm2；故P=FS=786278010-6=10.08MPaP（2）承重台的有限元分析我们这里对承重台进行应力和变形量的分析，判断其结构的可行性和可靠性。将剪式千斤顶中其中无关零件剔除，只对承重台进行有限元分析。下图为承重台的应力分布图，从图中可以看到应力最大值位于承重台钣金折弯的拐角处和尖角处，我们在生产制造承重台时需要特别注意。承重台的材质选用普通碳钢45钢，在常温条件下，屈服强度355MPa。从应力分布图中可以看到承重台收到压应力最大值为138491494Pa138.49MPa355MPa。同理我们从承重台的整体变形量分布图中可以看到变形量最大值为3.943e-1mm， 通过上面的压力强度计算和有限元分析，说明承重台的强度满足设计使用要求。应力分布图整体变形量分布图2.3.4 底座的设计底座支撑着整个剪式千斤顶的结构，它将两根下支撑臂和两根底部销轴连接起来，我们需要考虑其尺寸、质量、材质的强度等等因素，既要让它的结构轻便，尺寸合适，也要让其使用起来安全系数高，并结合人机工程学的基本原理，让整个剪式千斤顶的结构使用起来更加人性化合理化。底座的材质选用普通碳钢45钢板冲压而成，钢板厚度2.0mm。为了增强底座的稳定性，底座底部的尺寸设计的要大一些，且外形加工成一个30的斜坡面，底座结构及尺寸如下图2.6所示：图2.6 底座结构尺寸图2.4 剪式千斤顶的安全原则2.4.1 剪式千斤顶的压力测试（1）100%动载测试 （function check ） 做动载测试时需要我们在剪式千斤顶上压额定的标称重量，把千斤顶从最低升到最高，在这过程中检查千斤顶有无变形或者顶不起的情况（若产品有说明书则可按照书明书的操作步骤来做,剪式千斤顶在打100%动载过程中说明书上标示不同的高度千斤顶上的压的重量不一样,并不是从最低到最高都是压额定的标称重量)。（2）100%静载测试 ( static loading check )将剪式千斤顶打到最高位置，在千斤顶上压额定的标称重量，静止状态通常压1小时（可延长），模拟实际使用千斤顶时的结构或者材料的强度。（3）静过载测试/破坏性测试( overload check )将剪式千斤顶打到最高位置和中间位置(随机选取5个位置)，在千斤顶上压150%额定的标称重量，静止状态通常压10分钟（可延长），检查千斤顶有无变形或压垮。2.4.2剪式千斤顶的使用原则1.使用剪式千斤顶时不允许超负荷使用，以免发生人身安全事故或设备故障问题。2.在使用剪式千斤顶前，应检查各部件是否运动可靠，有无损坏