螺旋千斤顶的设计方案与工作原理

毕业设计（论文）题目螺旋千斤顶的设计系别专业班级学生姓名学号指导教师定稿日期20年3月23日毕业设计任务书专业指导姓名学号班级教师设计题目螺旋千斤顶的设计设计目的通过对螺母，螺杆的稳定性，耐磨性及其强度的计算，使得该设计能与意义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。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，设计与工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作原理或下降，而达到起重拉力的功能。1、耐磨性达到其轴向载荷的最低要求；基本2、螺杆强度应适于轴向力及扭矩作用；要求3、能最大化承受载荷，更较长时间承受最大载荷的轴向力。1岳优兰，马文锁.机械设计基础.河南：河南大学出版社，20052卜炎.机械传动装置设计手册.湖南：机械工业出版社，2002主要3黄祖德.机械设计.北京：北京理工大学出版社，2007.9参考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：经济日资料报出版社，2008.9及文6隋冬杰，刘晓菡，王傲胜.机械基础.上海：同济大学出版社，献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.II摘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：螺旋千斤顶螺旋传动体积小III目录摘要.........................................................IIIABSTRACT..........................................................IV目录..........................................................V1起重机械的概述..................................................12螺旋传动的设计和计算............................................12.1螺旋传动的类型和应用........................................12.2螺旋传动的运动关用途不同，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。1毕业设计（论文）图1.1螺旋千斤顶图1.2传导螺旋2毕业设计（论文）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3050）；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；螺母的结构复杂；运转平稳，无爬行现象；传动具有可逆性（不需率高（达99）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。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3毕业设计（论文）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Ψ角（rad）时，螺母轴向移动的位移L（mm）为LSΨ/2π式1式中，S为螺旋线导程（mm）。如螺杆的转速为ｎ（ｒ／ｍｉｎ），则螺母移动速度ｖ［ｍｍ／ｓ］为ｖ＝Ｓｎ／６０式22.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，BA螺杆1上有A、两段螺旋，段螺旋导程为S（ｍｍ）A，B段螺旋导程为SB（ｍｍ），两者旋向相同，则当螺杆转Ψ角（ｒａｄ）时，螺母轴向移动的位移L（ｍｍ）为L（SASB）Ψ/2π式3如螺杆的转速为ｎ（ｒ／ｍｉｎ），则螺母移动速度ｖ［ｍｍ／ｓ］为4毕业设计（论文）L（SASB）ｎ／６０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）Ψ/2π式5移动速度为ｖ＝（SA-SB）ｎ／６０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5毕业设计（论文）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轻载、低速传动。材Q235Q2754550料不热处理重载、较高速。材料40Gr65Mn螺杆需经热处理，以提高20GrMnTi耐磨性9Mn2VGrWMn精密传导螺旋传动。38GrMoAl材料需经热处理ZcuSn10P1一般传动ZcuSn5Pb5Zn5重载、低速传动。尺螺母寸较小或轻载高速传ZcuAL10Fe3动，螺母可采用钢或ZcuZn25AL6Fe3Mn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ｐ作为计算条件，其校核公式为ｐ＝F/Ａ＝F/лd2hzFP/πd2hH≤p式7；A式中，F为轴向工作载荷（N）为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面；d上的面积（mm）2为螺纹中径mm；P为螺距mm；h为螺纹工作高度mm，矩形6毕业设计（论文）与梯形螺纹的工作高度h0.5P锯齿形螺纹高度h0.75PzH/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低速1825lt3.01118钢对青铜612710gt1512钢-耐磨铸铁61268lt2.41318钢-灰铸铁61247钢-钢低速7.513淬火钢-青铜6121013注：lt2.5或人力驱动时，p可提高20；螺母为剖分式时，p应降低15-20。为便于推导设计公式，令H/d2，代入式（1-7）整理后得螺纹中径的设计公式为d2≥FP/ohp式8对矩形、梯形螺纹，h0.5P，则d2≥0F/op式9对锯齿形螺纹，h0.75P，则d2≥0.65F/op式10值根据螺母的结构选取。对于整体式螺母，磨损后间隙不能调整，通常用于轻载或精度要求低的场合，为使受力分布均匀，螺纹工作圈数不宜过多，宜取1.2～2.5；对于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力较大，可取2.5～3.5；传动精度高或要求寿命长时，允许4。根据公式计算出螺纹中径d2后，按国家标准选取螺纹的公称直径d和螺距P。由于旋合各圈螺纹牙受力不均，故z不宜大于10。7毕业设计（论文）2.6螺母螺纹牙的强度计算螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于一般情况下螺母材料的强度比螺杆低，因此只需校核螺母螺纹牙的强度。假设载荷集中作用在螺纹中径上，可将螺母螺纹牙视为大径D处展开的悬臂梁，螺纹牙根部aa处的弯曲强度校核公式为σb3Fh/πDbz≤σb式11剪切强度校核公式为τF/zπDb≤τ式12式中，F、h、z同式（1-7）；D为螺母螺纹的大径mm；b为螺母螺纹牙根部宽度mm；可由国家标准查得，也可取矩形螺纹b0.5P，梯形螺纹b0.65P，锯齿形螺纹b0.74P；σ、b、τ分别为螺母螺纹牙的许用弯曲应力和许用切应力MPa，见表1.8表1.8滑动螺旋副材料的许用应力工程许用应力/MPa钢制螺杆σσS/35σS为材料