螺旋千斤顶毕业设计1

1、江 苏 科 技 大 学 本本 科科 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 学 院 机电与汽车工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化（车辆工程） 学生姓名 蒋茂邦 班级学号 0845524216 指导教师 龚婵媛 二零一二年六月 江苏科技大学本科毕业论文 基于 pro/e 的螺旋千斤顶的设计与仿真 the design of screw jack by pro/e 江 苏 科 技 大 学 毕业论文（设计）任务书 学 院： 机电与汽车工程学院 专 业： 机 制 学 号： 0845524216 姓 名： 蒋茂邦 指导教师： 龚 婵 媛 职 称： 讲 师 2012 年 01 月 03 日 毕业设计

2、（论文）题目：毕业设计（论文）题目： 基于基于 pro/e 的螺旋千斤顶的设计与仿真的螺旋千斤顶的设计与仿真 一、一、 毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、 达到的指标和应做的实验等） 设计任务： 1.深入了解螺旋千斤顶的工作原理和主要结构； 2.千斤顶最大起重量为 10t； 3.工作行程 l=200mm，单臂操作； 4.作出结构原理、结构简图； 5.编写设计说明书 设计要求： 1. 设计螺杆要求校核耐磨性、自锁性；校核螺纹工作圈数、 螺杆强度和稳定性； 2. 设计螺母要求校核螺母螺纹牙强度； 3. 底座和托杯要求满足一定的强度； 4. 机构应具有良好的传力性能； 5. 绘制零

3、件图和千斤顶装配图； 6. 利用 pro/e 对千斤顶进行三维建模和仿真模拟。 二、二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等） 1 毕业设计论文一份（不少于 1.5 万字） ； 2. 外文译文一篇（不少于 5000 英文单词） ； 3 千斤顶的装配图和零件图。 三、三、完成日期及进度 自 2012 年 3 月 12 日起至 2012 年 6 月 1 日止 进度安排： 3.123.22 检索文献、资料收集与整理； 3.234.1 完成英文翻译，拟写综合报告； 4.24.9 开题报告的撰写； 4.104.16 结构设计及各部分参数的设定与强度校核； 5.25.10 绘制各零件图及千斤顶的装配图

4、； 5.115.17 千斤顶三维建模与仿真模拟； 5.185.30 撰写毕业设计论文； 5.31 日之前 必须提交论文； 5.316.1 毕业答辩。 四、同组设计者（若无则留空）： 五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）: 1 闻邦椿.机械设计手册.第 1 卷,常用设计资料.（第五版）m。 北京：机械工业出版社，2010 2 闻邦椿.机械设计手册.第 2 卷，机械零部件设计.（第五版） m。北京：机械工业出版社，2010. 3 杨黎明.机械设计m.北京：高等教育出版社，2008.11 4 野火科技组.pro/engineer wirdfire 5.0 产品设计一体化解决方 案.造型+装配

5、+工程图设计篇m.北京：机械工业出版社， 2011 5 陆海涛.基于优化设计的螺旋千斤顶零件库的建立.起重运输 机械j.2007（6） 系(教研室)主任： （签章） 年 月 日 学院主管领导： （签章） 年 月 日 摘摘 要要 本次毕业设计是设计一个机械螺旋千斤顶，主要设计内容为计算各零部件尺寸，校 核特别零件的强度，在达到合理要求的前提下进行 pro/e 装配并进行仿真。首先，通过 计算获得参数查手册以及书籍取合理参数，然后在校核的过程中不断地修改尺寸，使其 结构数据在整体上更为优化。其次，在用 pro/e 装配时，要注意约束类型以及约束对象， 在已知约束条件不满足时，可以新建基准以此作为约

6、束对象，这里会影响整体的仿真。 在仿真时要添加两个电动机分别作为上下运动和旋转运动，在捕获前要选择合理速度。 在导工程图方面，新建绘图后选择合理的视图和比例导出，再此图的基础上修改并另存 为 dwg 格式文件。在这次毕业设计中，了解了千斤顶的结构原理，在设计过程中认识到 三维建模的作用，还学会了简单的仿真和绘图技巧。 关键词：关键词：螺旋千斤顶；设计；装配；pro/e；仿真 abstract the graduation project is to design a mechanical screw jack, the main design elements is the calculati

7、on of the size of the various parts, checking the strength of the special parts, to achieve a reasonable request under the premise of the pro / e assembly and simulation. first, by calculating the parameters check the manual as well as books to take reasonable parameters, and then modify the size, i

8、n the process of checking the structural data on the whole more optimization. secondly, the pro / e assembly, we should pay attention to the types of constraints and constraint object known constraint conditions are not met, the new benchmark as a constrained object will affect the overall simulatio

9、n. in the simulation to add two motors, respectively, as the up and down movement and rotation, to choose a reasonable speed before the capture. export a reasonable view and proportion guide drawings, the new drawing, select, and then modify and save as dwg format files on the basis of this figure.

10、in this graduation project, understand the principle of the structure of the jack, and recognize the role of three- dimensional modeling in the design process, learned a simple simulation and drawing skill. keywords: screw jack ；design ；assembly ；pro/e ；emulate 目录目录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 起重机械的概述.1 1.2 目

11、的.1 1.3 国内外千斤顶行业发展趋势.2 1.4 使用原理.2 1.5 使用方法.3 1.6 主要研究内容.3 第二章第二章 螺旋传动的设计和计算螺旋传动的设计和计算.4 2.1 螺旋传动的类型和应用.4 2.2 螺旋传动的运动关系.4 2.3 滑动螺旋传动的设计.8 2.4 滑动螺旋的结构及材料.8 2.4.1 滑动螺旋的结构.8 2.4.2 螺杆与螺母常用材料8 2.5 耐磨性计算.9 2.6 螺母螺纹牙的强度计算10 2.7 螺杆强度校核11 2.8 螺杆稳定性校核11 2.9 自锁性校核13 第三章第三章 千斤顶的工作原理和设计千斤顶的工作原理和设计.14 3.1 千斤顶的概述.1

12、4 3.2 千斤顶的种类和规格14 3.2.1 油压千斤顶的结构、用途.14 3.2.2 螺旋千斤顶的种类、规格.16 3.3 千斤顶的工作原理16 3.4 千斤顶的设计17 3.4.1 选择材料18 3.4.2 耐磨性计算18 3.4.3 计算驱动转矩19 3.4.4 螺杆强度计算19 3.4.5 验证螺杆的稳定性20 3.4.6 校核螺纹牙强度20 3.4.7 底座的设计计算.21 3.4.8 手柄的设机计算21 3.4.9 托杯的设计计算22 3.4.10 斤顶的效率计算.23 3.4.11 千斤顶的其他附加码附件尺寸设定.23 第四章第四章 计算结论图及绘制计算结论图及绘制24 4.1

13、 各部件绘制.24 4.1.1 整体螺母的绘制24 4.1.2 螺杆的绘制28 4.1.3 底座的绘制30 4.1.4 手柄的绘制32 4.1.5 托杯的绘制33 4.2 千斤顶的各零件尺寸工程图34 4.3 千斤顶的装配图和爆炸图.36 第五章第五章 基于基于 pro/e 仿真仿真.42 5.1 仿真的简单介绍.42 5.2 基于 pro/e 的仿真方法.42 5.3 千斤顶仿真过程.43 5.3.1 机构仿真43 5.3.2 动画仿真46 结论结论 .42 总结总结.43 参考文献参考文献.44 第一章第一章 绪论绪论 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

14、料进行起升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。 起重机械的驱动多为电力，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

15、机械的一种。千斤顶是一种起重高度小(小于 1m)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。 1.2 目的目的 在研究本课题时就发现在现实生活和实际生产中，我们经常会遇到一些汽车需要更 换轮胎或者维修，将一些重物在没有起重装备的前情况下移动或抬起，如果仅仅靠人工 进行操作是相当困难的，这个时候就用到千斤顶，发挥四两拨千斤的作用。千斤顶与我 们生活息息相关，比如铁路车辆检修、桥梁安装、矿山、建筑工程的支撑及车辆设备等 重物的起重方面都离不开千斤顶。因此千斤顶技术的发展将直接影响到这些行业货部门 的正

16、常运作和未来的发展。本次通过研究学习机械原理，设计出以往复扳动手柄拔抓， 即推动刺轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮使举重螺杆旋转，从使伸降套筒获得起伸 或下降达到起重拉力功能的螺旋式千斤顶，更是为了深入了解千斤顶的原理与应用。通 过查阅大量文献资料，设计和绘制千斤顶各部件零件图，不仅熟悉了螺旋千斤顶的工作 原理，让我也熟悉和强化了一些绘图软件的使用，同时加深了对课本中有关液压传动与 机械基础理论知识的理解。 其意义在于： 1）要求熟悉螺旋传动的工作原理，掌握螺旋传动的设计过程和方法，培养结构设计 能力，初步额机械设计的一般程序； 2）要求学会综合运用所学知识，培养独立解决工程的问题的能力； 3

17、）培养查阅机械设计零件手册及有关技术资料，能正确使用国家标准规范能力。 1.3 国内外千斤顶行业发展趋势国内外千斤顶行业发展趋势 国外发展情况国外发展情况：早在 20 世纪 40 年代，卧式千斤顶就开始在汽车维修行业中得到使 用，但由于当时技术和使用的原因，千斤顶设计时的尺寸和体积较大，承载量较低，使 用不便。后来随着社会需求量的加大以及千斤顶本身技术的发展，在 90 年代初，国外 大部分用户用卧室千斤顶取代了立式千斤顶。在 90 年代后期一些新型的千斤顶也相继 出现如充气式千斤顶和便携式千斤顶。充气千斤顶由保加利亚一汽车运输研究所发明的， 它由弹性的而又非常坚固的橡胶制成的。power-ri

18、serii 型便携式液压千斤顶则可以用于 所有类型的铁道车辆。另外一种名为 tcuck jack 的便携式液压千斤顶则可以用于对已断 裂的货车转向弹簧进行快速的现场维修，并能完全由转向架侧架支撑住。 国内发展情况国内发展情况：我国千斤顶技术发展较晚，由于缺少与外国先进技术交流，所以直 到 1979 年才接触到类似国外卧式千斤顶这样的产品。但是经过我们重新对产品进行设 计改造，在外观美观、使用方便、承载量打、寿命长等方面都已经超过国外同类的产品 并迅速打入欧美市场。经过多年设计制造的实践，除了卧式千斤顶外，我国的千斤顶还 规格齐全，还研制出了新型折叠式液压千斤顶、新型剪式千斤顶、快速升降千斤顶、

19、多 用途千斤顶、便携式电动千斤顶等等，形成了一套系列产品。随着我国汽车工业的快速 发展，汽车对千斤顶的要求也越来越高；同时随着市场竞争的加剧，用户要求的不断的 变化，将迫使千斤顶的设计质量要不断提高，以适应用户的需求。用户喜欢的、市场需 要的千斤顶不仅要求重量轻，携带方便，外形美观，使用可靠，还会对千斤顶的进一步 自订花，甚至智能化都有所要求。 1.4 使用原理使用原理 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。 1.5 使用方法使用方法 1、使用前必须检查千斤顶是否正常，各部件是

20、否灵活，加注轮滑油，并正确估计重 物的重量，选用适当吨位的千斤顶，切忌超载使用。 2、 调整摇杆上的撑牙方法，先用手直接按顺时针方向转动摇杆，使升降套筒快速 上升顶重物。 3、 将手柄插入摇杆孔内，上下往返搬动手柄，重物随之上升。当升降套筒上出现 红色警戒线时应该立即停止搬动手柄。如需下降时撑牙调至反方向，重物便开始 下降。 1.6 主要研究内容主要研究内容 对螺旋千斤顶的设计计算及强度校核，了解千斤顶的工作原理，结构，特点，用 pro/e 软件画出生成零件，并装配制作仿真动画，导出工程图。本次通过研究学习机械 原理，设计出以往复扳动手柄拔抓，即推动刺轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮使举 重螺

21、杆旋转，从使伸降套筒获得起伸或下降达到起重拉力功能的螺旋式千斤顶，更是为 了深入了解千斤顶的原理与应用。通过查阅大量文献资料，设计和绘制千斤顶各部件零 件图。 第二章第二章 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

22、间歇性工作，工作速 度较低，通常要求具有自锁能力，图 2-1 的螺旋千斤顶及图 2-2 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 2-3 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。 图 2-1 螺旋千斤顶 图 2-2 螺旋压力机 图 2-3 传导螺旋 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

23、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

24、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

25、） ；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。 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

26、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 （2-1）2/sl 式中，s 为螺旋线导程（mm） 。 如螺杆的转速为（r/min） ，则螺母移动速度 v（mm/s）为 （2-2）60/snv 2. 差动螺旋机构与复式螺旋机构 图 2-4 差动螺旋机构 图 2-4 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（mm） ， b 段螺旋导程为 sb（mm） ，

27、两者旋向相同，则当螺杆转 角（rad）时，螺母轴向移动 的位移 l（mm）为 （2-3）2/)( ba ssl 如螺杆的转速为（r/min） ，则螺母移动速度 v（mm/s）为 （2-4）60/)(nssv ba 由图 2-4 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 （2-5）2/)( ba ssl 移动速度为 （2-6）60/)(nssv ba 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，如图 2-4 所示的 车钩快

28、速合拢或分开装置。 2.3 滑动螺旋传动的设计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 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，

29、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，通常采用组合螺母或剖分螺 母结构。图 2-4 为组合螺母的一种结构形式，利用螺钉可使斜块将其两侧的螺母挤紧， 减小螺纹副的间隙，提高传动精度。 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

30、母常用材料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 2-1。 表 2-1 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

31、巴士合 金或青铜 2.5 耐磨性计算耐磨性计算 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为计p 算条件，其校核公式为 (2-7) phhdfphzdfafp 22 / 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)，为许用压强(mpa)，见表 2-2p 表 2-2 滑动螺旋传动的许用压强p 螺纹副材料滑动副速度/(mmin

32、)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 2.4 612 1318 47 钢-钢低速7.513 淬火钢-青铜6121013 注：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计算。il/ 当时，根据欧拉公式计算，即9085 (2-15) 2 /leifc 式中，fc为临界载荷（n） ；e 为螺杆材料的弹性模量（mpa） ，对于钢 ；i 为危险截面的惯性矩（mm4） ，d1为螺杆螺纹内径mpae 5 1006 . 2 64/ 4 1 di (mm)； 为长度系数，与螺杆端部结构有关；l 为螺杆最大受力长

33、度(mm)；i 为螺杆危 险截面的惯性半径(mm)，4/4 1 2 1 ddii 当 8590 时；对 b380mpa 的碳素钢（如 q235、q275） (2-16)4/12 . 1 304 2 1 dfc 当 8590 时，对 b470mpa 的优质碳素钢（如 q355、45） (2-17)4/57 . 2 461 2 1 dfc 当 40 时，无需进行稳定性计算。 表 2-4 长度系数 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

34、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。 2.9 自锁性校核自锁性校核 对于要求自锁的螺旋传动，应校核是否满足自锁条件，即 (2-18) vv arctan 式中，为螺纹副的当量摩擦系数，见表 2-5 表 2-5 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 0.010.170.060.08 第三章第三章 千斤顶的工作原理及设计千斤顶的工作原理及设计 3.1 千斤顶的概述千斤顶的概述 千斤顶是一

35、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

36、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托杯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千斤顶的种类和规格 3.2.1 油压千斤顶的结构、用途油压千斤顶的

37、结构、用途 油压千斤顶按其结构、用途分为如下两种： 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。 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 m

38、pa 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 12 9 850 63.74 11.0 qyl20

39、20 280 60 9.5 69.33 15.0 qyl32 32 285 75 6 71.00 23.0 qyl50 50 300 90 4 77.08 33.5 qyl71 71 320 180 110 3(快进) 10 1000 73.27 445 66.0 qw100 100 360 140 4.5 63.74 350 x2 120 qw200 200 400 200 190 18 2.5 950 69.23 785 250 3.2.2 螺旋千斤顶的规格螺旋千斤顶的规格 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

40、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。 螺旋千斤顶的基本参数应符合表 3-2 中的规定。 3.3 千斤顶的工作原理千斤顶的工作原理 螺旋千斤顶是通过往复扳动手柄，旋转杆带动螺母、使举重螺杆旋转，从而使升降 托杯获得起升或下降，而达到起重拉力的功能。 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 ql

41、j1 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 6 qld3.2 3.2 160 50 100 500 5 ql5 5 250 130 160 600 7.5 qld5 5 180 65 7 qlg5 5 270 130 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

42、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 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)。 3.4 千斤顶的设计千斤顶的设计 图 3-1 螺旋千斤顶 3

43、.4.1 选择材料选择材料 设计螺旋千斤顶，已知轴向载荷 f=100000n，起重高度为 h=200mm，方案图 3-1 所 示。由于滑动螺旋传动中的摩擦较严重，故要求螺旋千斤顶传动材料的耐磨性能、抗歪 星能都要好。一般螺杆材料选用原则如下： 1）高精度传动时多选碳素工具钢； 2）需要较高硬度，如 5056hrc 时，可采用铬锰合金钢；当需要硬度为 3545hrc 时可采用 65mn 钢； 3）一般情况下可用 45、50 钢。 由表 2-1 螺杆选材料为 45 钢，由手册查 s=360mpa；螺母材料为 zcusn10p1，由 表 2-2 查得p=20mpa；取单头右旋梯形螺纹，整体螺母。 3

44、0 15 3.4.2 耐磨性计算耐磨性计算 (1) 取 =1.7 (2) 计算 d2 由公式 2-9 得： mm (2-19) 4 . 43 202 100000 8 . 0/8 . 0 2 pfd 由计算出的 d2查手册 gb/t5796.31986 确定螺纹的标准值为 外螺纹大径：d=48mm 螺距：p=8mm 牙顶间隙：ac =0.5mm 基本牙型高度:h1=0.5p=4mm 外螺纹牙高：h3= h1+ ac =4.5mm 内螺纹牙高：h4= h1+ ac=4.5mm 牙顶高：z=0.25p=2mm 外螺纹中径：d2=d-2z=48-4=44mm 内螺纹中径：d2=d-2z=48-4=4

45、4mm 外螺纹小径：d3=d-2h3=39mm 内螺纹小径：d1=d-2h=40mm 内螺纹大径：d4=d+2ac=49mm 牙根部宽度：b=0.65p=5.2mm 图 3-2 螺纹 (3) 计算螺母高 h mm，取 h=75mm (2-20) 8 . 74447 . 1 2 dh (4) 计算旋合圈数 z 圈 (2-21) 38 . 9 8/75/phz (5) 校核螺纹副自锁性 由于系弹头螺纹，导程 s=p=8mm 由公式 2-18 得： (2-22) 31 . 3 44/8arctan)/(arctan 2 dl 由表 2-5 查得 fv=0.09，v=arctan0.09=5.14，v

46、，满足自锁条件。 3.4.3 计算驱动转矩计算驱动转矩 mm (2-23)*334104 )14 . 5 31 . 3 tan(2 44100000 )tan(2/ 21 nffdt v 3.4.4 螺杆强度计算螺杆强度计算 (1) 由手册查的螺杆许用应力 (2-24) mpa s 72120 53 可取 mpa100 (2) (2-25) mpa d t d f ca 9 . 96) 392 . 0 334104 ( 3 3914 . 3 1000004 ) 2 . 0 1 ( 3) 4 ( 2 32 2 2 3 2 2 3 合格 3.4.5 验证螺杆的稳定性验证螺杆的稳定性 (1) 计算柔

47、度ih/ 螺杆一端固定，一端自由，长度系数 =2,因mm；螺杆危险截面惯性半径200h mm。75 . 9 4/394/ 3 di 千斤顶螺杆上部安装手柄处的高：h1=（1.82）d=86.496mm 取 h1 = 90 mm，故螺杆最大工作长度 l=200+90=290mm =59.5c (2-26) i h 75 . 9 2902 (2) 计算临界载荷 113503.19mm (2-27) 64 3914 . 3 64/ 4 4 3 di 4 因为，因此 5 . 59 (2-28) n h ei fc368746 )2902( 19.1135031006 . 2 14 . 3 )( 2 5

48、2 2 2 合格 (2-29) 5 . 269 . 3 100000/368746/sffc 3.4.6 校核螺纹牙强度校核螺纹牙强度 由于螺母材料 zcusn10p1，查表 2-3 得： 许用弯曲应力： ，取 50mpampa bp 6040 许用剪应力： ，取 35mpampa p 4030 因螺母材料强度低于螺杆，故只检验螺母螺纹强度即可 由前面查手册可知 牙根宽度：b=5.2mm 基本牙型高：h1=4mm 带入 2-11 和 2-12 公式中，得： 螺母的弯曲强： (2-30) bpb mpa zbd fh 7 . 30 38 . 9 2 . 52 . 549 410000033 2

49、4 1 螺母的剪切强度： (2-31) p mpa zbd f 32.13 38 . 9 2 . 549 100000 4 3.4.7 底座的设计计算底座的设计计算 1、 底座材料的选定 （1）材料：由于此千斤顶的承载力相对较小，考虑体积和成本要求，千斤顶 其他部件的材料均用灰铸铁（ht100）。 （2）斜度：带 1:15 的斜度。 2、 底座尺寸确定 已知外螺纹大径为 d=48mm 有： d2=1.5d d3=1.4d2 d4=1.4d5 mm10 d5由结构确定（斜度为 1:15） 所以通过梯形计算：d5=134mm 依次得出：d4=187mm s=（1.52）=1520，取 16mm 综

50、合考虑各尺寸关系，取总高为 206mm 3.4.8 手柄的设计计算手柄的设计计算 1、手柄的材料选择 材料：45 钢 2、手柄的尺寸确定 手柄的长度 ：l=350 (1)手柄上的工作转矩为： (2-32) 2 0 2 0 2 0 2 0 2 3 2 )tan( 2 1 dd dd fdflft cvhh 式中，t1、t2 分别为螺纹副摩擦力矩寄托呗与接触面摩擦力矩（n.mm）;fc=0.15 为托杯与支撑面的摩擦系数；0为托杯底座与支撑接触部分外径，由经验公式 0=（1.61.8）d 确定，取100mm；为托杯底座与支撑面接触部分内径，取 0 d 70mm，f为手作用在手柄上的力，如一人连续工

51、作，手作用力通常取 0 d fh=150300n，由表 3-1 取 fh=250n；lh为手柄有效长度。 故 (2-33) 22 33 3858 3858 15 . 0 3 2 )14 . 5 31 . 3 tan(44100000 2 1 250 h l 得 lh=963.4mm，由于手柄长度不能超过千斤顶，取 lh=350mm，使用时可以加上套筒。 (2)手柄的直径: d1=26 手柄的材料 45 钢，s=360mpa，许用弯曲应力b= 237178mpa,取b =230mpa。 (2-34) b 2 k hhh d 32 lf w lfh b 因此，取 26mm (2-35) 8 . 2

52、5 230 35025032 dk (3)端部倒角：c=2 3.4.9 托杯的设计计算托杯的设计计算 1、托杯的材料选择 材料：铸铜（zg230-450） 2、 托杯的尺寸确定 关系式： d=（1.61.8）d d1=（0.60.8）d h=（0.81）d d=（1.61.8）x 48=76.886.4 取 d=79mm d1=(1.60.8) x 48=28.838.4 取 d1=38mm (1)托杯的高度 h： h=（0.81）x 80 取：h=70mm (2)托杯的内径: 外径 110 厚度 10mm 3.4.10 千斤顶的效率计算千斤顶的效率计算 托杯与螺杆顶部为滑动推力轴承，效率为

53、0.95 时 % 3 . 37 )14 . 5 31 . 3 tan( 31 . 3 tan 95 . 0 )tan( tan 0.95 因系手动千斤顶，故螺杆的强度及横向振动不予验算。 3.4.11 千斤顶的其他附加码附件尺寸设定千斤顶的其他附加码附件尺寸设定 螺杆的退刀槽直径：39s 螺杆的退刀槽宽度：b=5mm 螺杆膨大部分的尺寸： 有公式：d=（1.61.8）d h1=（1.82）d 得出:d=(1.61.8)x48=76.886.4 取 79mm h1=（1.82）x48=86.496 取 88mm 根据结构确定螺杆膨大部分的内孔为：27 第四章第四章 计算结论图及绘制计算结论图及绘

54、制 4.1 各部件的设计各部件的设计 4.1.1 整体螺母的绘制整体螺母的绘制 (1)用“旋转”命令创建下图的草绘图样 图 4-1 草绘界面 (2)生成实体如图,如下图 图 4-2 实体 (3)内孔倒角 c5 图 4-3 内孔倒角 (4)上端面的倒角 c2 图 4-4 倒角 (5)利用“螺纹扫描-切口”的命令做出内螺纹 图 4-5 螺旋扫描 (6)所要切出的螺纹轨迹为梯形尺寸如下图 图 4-6 扫描轨迹 (7)切出螺纹 图 4-7 生成螺纹 (8)利用“拉伸-切剪”命令，在螺母端面做出四个孔 图 4-8 孔拉伸 4.1.2 其中螺杆的设计其中螺杆的设计 (1)利用“旋转”命令，在草绘命令下画出

55、螺杆的个各基本尺寸，如下图 图 4-9 草绘界面 (2)旋转出实体如下图所示 图 4-10 实体 (3)利用“拉伸-切剪”命令在螺杆的彭大部分绘出通孔 图 4-11 孔拉伸剪切 (4)利用“螺纹扫描-切口”命令创建出外螺纹 图 4-12 螺纹扫描 4.1.3 底座的设计底座的设计 (1)利用“旋转”命令，草绘出底座的基本尺寸 图 4-13 草绘界面 (2)生成实体 图 4-18 实体 (3)利用“倒角”命令，对底座的各边缘进行倒角 r5 图 4-19 倒角 (4)在上端面作出螺纹孔，要求如下图 图 4-20 修饰螺纹 (5)阵列命令，最后生成了的底座的实体图 图 4-21 列阵孔 4.1.4

56、手柄的设计手柄的设计 (1)利用“拉伸”命令，草绘出手柄的基本尺寸 图 4-22 拉伸 (2)利用“倒角”命令，在手柄的两端各倒角：c3 图 4-23 倒角 4.1.5 托杯的设计托杯的设计 (1)在“旋转”的命令下，草绘出托杯的各基本尺寸 图 4-24 草绘界面 (2)生成实体 图 4-25 实体 (3)利用“拉伸-切剪”出深度 5mm、宽 10mm 的豁口 图 4-26 拉伸剪切 4.2 千斤顶的各零件尺寸工程图千斤顶的各零件尺寸工程图 (1)底座的尺寸图 图 4-27 底座 (2)螺杆的尺寸图 图 4-28 螺杆 (3)螺母的尺寸图 图 4-29 螺母 (4)手柄的尺寸图 图 4-30

57、手柄 (5)托杯的尺寸图 图 4-31 托杯 4.3 千斤顶的装配图和爆炸图千斤顶的装配图和爆炸图 图 4-32 装配 图 4-33 爆炸 图 4-34 装配工程图 (1)打开底座零件 图 4-35 底座 (2)将螺母安装在底座上口内，先将主轴对齐，后将接触面无间隙配合，再将孔轴 对齐 图 4-36 装配螺母 (3)装螺母和底座的螺钉 图 4-37 装配螺钉 (4)装螺杆 图 4-38 装配螺杆 (5)装螺杆顶头的螺钉 图 4-39 装配螺钉 (6)装托杯 图 4-40 装配托杯 第五章第五章 基于基于 pro/e 仿真仿真 5.1 仿真的简单介绍仿真的简单介绍 在传统的设计与制造过程中，首先

58、是概念设计和方案论证，然后进行产品设计,为了 验证设计的合理性，通常要制造样机进行性能试验，有时这些试验是破坏性的。当通过 试验发现设计缺陷时，又要重新修改设计，并用样机重新验证。只有通过周而复始的 “设计试验设计”过程，产品才能达到要求的性能。这一过程是冗长的，尤其对于 结构复杂的系统，采用传统的设计开发思路其设计周期无法缩短，更谈不上市场竞争力。 在计算机仿真技术高速发展的今天，pro/engineer（以下简称 pro/e）为之提供了 一套行之有效的运动仿真解决方案，即 pro/e 的运动仿真技术是利用 pro/e 建立模拟系 统的三维实体模型和力学模型，在计算机上建造出产品的整体模型，

59、并针对该产品在投 入使用后的各种情况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计、提高产 品性能的先进技术，其目的是为物理机样的设计和制造提供依据。 运动仿真技术是从 分析解决产品整体性能及其相关问题的角度出发，解决传统的设计与制造过程弊端的高 新技术。工程设计人员可以直接利用 pro/e 系统所提供的各零部件的物理信息及几何信 息，在运动仿真内定义零部件间的连接关系并进行虚拟装配，从而获得机械设计系统的 虚拟样机，在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动，并对其在各种工况下的运动和受 力情况进行仿真分析，仿真试验不同的设计方案，对整个系统进行不断改进，直至获得 最优设计方案，再做物理样机。

60、这样做的意义在于减少了甚至免除了制作物理样机的经 费，缩短了产品开发周期，提高了市场竞争力。 5.25.2基于基于 pro/epro/e 仿真的方法仿真的方法 如下图所示是运动仿真的工作过程（流程） 。 其中，创建模型、检测模型、添加建模图元、准备分析、分析模型、分析结果是每 一 流程的名称，而与之水平对应的内容即为该流程要做的工作内容。 图 5-1 仿真步骤 5.35.3千斤顶仿真过程千斤顶仿真过程 .1机构仿真机构仿真 (1)打开装配图，点击“机构”命令 图 5-2 点击“机构” (2)建立两个电动机 图 5-3 建立电动机 (3)点击轮廓，选择速度 图 5-4 电动机定义