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锥齿轮A4.dwg

轿车用螺旋式千斤顶设计【14张CAD图纸】【优秀】

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锥齿轮A3.dwg---(点击预览)

轿车用螺旋式千斤顶设计论文.doc---(点击预览)

小锥齿轮与外壳装配.dwg---(点击预览)

PDF

小锥齿轮与外壳装配.PDF---(点击预览)

丝杆A4.PDF---(点击预览)

外壳.PDF

小轴.PDF

工程图

总装2007.dwg---(点击预览)

总装.dwg---(点击预览)

35 2.5锥齿轮（1）.dwg---(点击预览)

28丝杆.DWG---(点击预览)

14 2.5锥齿轮.SLDDRW

28丝杆.dxf

28丝杆1.SLDDRW

35 2.5锥齿轮.SLDDRW

8 6活动销.SLDDRW

A4图纸.SLDDRW

外壳.SLDDRW

小轴.SLDDRW

小锥齿轮与外壳装配.SLDDRW

底板.SLDDRW

总装.DXF

总装.SLDDRW

手柄1-算例 1.CWR

手柄1-算例 1.LOG

手柄1-算例 2.CWR

手柄1-算例 2.LOG

手柄1-算例 2.PC0

手柄1-算例 2.SL3

手柄1.SLDPRT

手柄2.SLDPRT

手柄3.SLDPRT

手柄4.SLDPRT

手柄5.SLDPRT

手柄6.SLDPRT

手柄试装.SLDASM

摇手.SLDASM

摇手总装.SLDASM

第一级套筒.SLDDRW

第一级螺母28.SLDDRW

第一级装配.SLDDRW

第二级套筒.SLDDRW

第二级螺母.SLDDRW

第二级装配.SLDDRW

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关键词：: 轿车用螺旋式千斤顶设计 cad图纸

资源描述：

轿车用螺旋式千斤顶设计

39页 17000字数+说明书+任务书+14张CAD图纸【详情如下】

丝杆A4.dwg

任务书.doc

外壳.dwg

小轴.dwg

小锥齿轮与外壳装配.dwg

工程图

底座A4.dwg

活动销A4.dwg

第一级套筒.dwg

第一级螺母.dwg

第一级装配.dwg

第二级套筒.dwg

第二级螺母A4.dwg

第二级装配.dwg

说明书.pdf

轿车用螺旋式千斤顶设计论文.doc

锥齿轮A3.dwg

锥齿轮A4.dwg

第二级螺母A4.gif

第二级套筒.gif

第二级装配.gif

第一级螺母.gif

第一级套筒.gif

第一级装配.gif

轿车用螺旋式千斤顶设计.gif

外壳.gif

锥齿轮A3.gif

中文摘要

ABSTRACT

第一章概述…………………………………………………… …………………(3)

1.研究意义………………………………………………………………………(3)

2.国内外研究现状………………………………………………………………(4)

第二章设计原理及方案选定 …………………………………………(5)

1.设计原理…………………………………………… …………………………(5)

2.方案的选定……………………………………………………………………(5)

第三章两级螺旋式千斤顶的设计 ……………………………………(6)

1.螺杆设计与计算………………………………………………………………(6)

1.1 螺杆螺纹的选型 ………………………………………………………(6)

1.2 螺杆材料选定 ……………………………………………………………(6)

1.3 螺杆的尺寸设计…………………………………………………………(6)

1.3.1 耐磨性计算………………………………………………………(6)

1.3.2 螺纹自锁的验算…………………………………………………(8)

1.3.3 螺杆的强度计算…………………………………………………(8)

1.3.4 螺杆的稳定性计算 ………………………………………………(9)

2.螺母设计与计算………………………………………………………………(10)

2.1 第一级螺母材料选定……………………………………………………(10)

2.2 第一级螺母参数计算……………………………………………………(10)

2.3 第一级螺母牙纹的强度计算……………………………………………(11)

2.4 第二级螺母材料选定……………………………………………………(11)

2.5 第二级螺母参数及强度计算……………………………………………(12)

3.升降套筒的设计………………………………………………………………(13)

3.1 第一级升降套筒参数计算………………………………………………(13)

3.1.1 升降套筒的材料确定……………………………………………(13)

3.1.2 第一级升降套筒的结构设计及强度验算………………………(13)

3.1.3 第二级升降套筒的结构设计及强度验算………………………(14)

3.2 活动销轴的设计…………………………………………………………(15)

3.2.1 销轴受剪应力的计算……………………………………………(15)

3.2.2 销轴接触面受挤压应力的计算…………………………………(16)

4.锥齿轮的设计…………………………………………………………………(16)

4.1 齿轮材料的确定…………………………………………………………(17)

4.2 齿轮的精度选定…………………………………………………………(17)

4.3 齿轮的参数选定…………………………………………………………(17)

4.4 按齿面接触强度设计……………………………………………………(17)

4.5 齿面接触疲劳强度计算…………………………………………………(18)

4.6 按齿根弯曲强度设计……………………………………………………(19)

5.圆锥滚子轴承设计………………………………………………………………(20)

5.1 轴承的受力分析…………………………………………………………(21)

5.2 轴承的设计计算…………………………………………………………(22)

6.小轴的设计………………………………………………………………………(22)

6.1 小轴的介绍及材料选定…………………………………………………(22)

6.2 小轴的结构设计…………………………………………………………(22)

7.外壳设计…………………………………………………………………………(23)

7.1 外壳设计…………………………………………………………………(23)

8.底座设计…………………………………………………………………………(24)

8.1 底座的材料选择…………………………………………………………(24)

8.2 底座的结构设计…………………………………………………………(24)

9.手柄设计………………………………………………………………………(25)

9.1 手柄设计及验算…………………………………………………………(25)

第四章重要部件装配及总装……………………………………………(27)

1. 第一级及第二级套筒的装配 …………………………………………………(27)

2. 外壳及小圆锥齿轮的装配 ……………………………………………………(27)

3. 总装……………………………………………………………………………(27)

第五章重要零部件的有限元分析………………………………………(28)

活动销的静力分析……………………………………………………………(28)

第二级螺母与螺杆配合的静力分析 ………………………………………(30)

圆锥齿轮副的静力分析 ……………………………………………………(32)

结语 ………………………………………………………………………(35)

参考文献……………………………………………………………………(36)

轿车用螺旋式千斤顶

摘要本文简要介绍了千斤顶的类型及国内外汽车用千斤顶的发展现状。并论述了国内常见的几款

汽车用千斤顶的优缺点。同时详细的讲解了一款两级升降结构的新型螺旋式千斤顶的设计。该螺旋

式千斤顶采用了螺母同套筒滑动做直线运动，螺杆同圆锥齿轮做旋转运动，并依靠人力来传动的便

携式微型起重装置。本装置的主要构件有梯形螺杆、两级起重套筒、活动销轴、圆锥传动齿轮、底

座、小轴以及顶板等。

本文的重点是这款千斤顶的结构设计计算，同时本文对千斤顶的关键零、部件做了简要的有限

元分析。

关键字千斤顶；螺旋式；轿车

Abstract

This paper briefly introduces jack type and domestic and foreign automobile

development situation of jack. And discusses several cars with the advantages and

disadvantages of jack. At the same time, a detailed explanation of the design of a new type of

screw jack a two level lifting structure. The jack screw the nut to do linear motion with sleeve

sliding, screw rotate with the bevel gear to drive, and rely on the human micro portable lifting

device. The main component of the device to a trapezoidal screw, two level lifting sleeve, a

movable pin shaft, a conical gear, a small shaft and roof, etc.

This paper focuses on the structure design and calculation of the jack, and the key to the

jack parts, the finite element method brief analysis.

KeywordsJack 、 Screw 、 Car

第一章概述

1.研究意义

生活中常常会遇到重物起重的时候，比如搬动笨重的大箱，移动各类机床设备,或

是家用汽车的保养。当遇到这类不便于大型起重设备工作的时候，千斤顶的作用便不

言而喻了。因此千斤顶在工厂，汽修厂以及公路铁路部门的应用非常广。最常见的则

是汽车维修场所经常需要千斤顶来帮助工人抬起轮胎进行作业。家用汽车上也常常会

备有一个小型千斤顶来帮助人们对自己的汽车做个保养或是维修，例如常见的换个备

用轮胎或是检查刹车等等。

随着现代化的发展，汽车时代早就来临。越来越多的人已经拥有自己的小汽车，

因此汽车用千斤顶也在迅速的发展，现在的汽车用千斤顶主要是向结构小巧，外观美

观，以及操作方便出发。因此也出现了很多类型的千斤顶。汽车用千斤顶主要在需要

手动还是自动可分为手动式还有自动式。不管是手动式还是自动式其结构上都分为液

压、机械、气压三种。

常见的是液压式，液压式的千斤顶具有结构简单、操作方便、以及起重质量大的

优点，最主要的缺点是不能长时间起重重物，长时间使用会有少许下滑，同时油液的

泄漏会产生污染。

机械式的又分为剪式以及螺旋式，剪式是小汽车上备用最常见的。该千斤顶的优

点是结构小巧、质量轻。但缺点是起重质量较小、稳定性能差。另一种螺旋式的比较

少见，螺旋式千斤顶主要用于重工行业，它的优点是能长时间稳定的工作、起重质量

大、对外界要求低、清洁。但是缺点是体积大，外观略显笨重且效率较低。

还有一种是气压式，这是一种新型千斤顶。该千斤顶的工作原理很简单，利用汽

车尾气给一个皮囊充气，在皮囊中建立一定的压强从而起重汽车。显然这种千斤顶的

优点是不会在起重汽车的过程中损坏汽车、起重高度高、清洁。对于气压式的千斤顶

其最主要的缺点是不能够长时间支撑以及价格比较贵、其次是需要在尾气处取气源，

因此取气过程本来就比较困难。

纵观上述几种千斤顶可知只有螺旋式结构简单、安全可靠、清洁同时稳定性高的

优点。但是由于现存的螺旋式千斤顶固有尺寸高的问题，很多汽车根本使用不了这些

千斤顶。因此设计一款结构简单可靠、外观美观同时能在离地间隙在150mm左右的汽车

上使用的螺旋千斤顶是很有实用价值的。

参考文献

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件教研室编著.高等教育出版社，2006.5（2010 重印）

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03257-0

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内容简介：: 28 -00.05 22.50 R2 5 R2 R4 90 17 23 25 + 0.0130 25.50 2 C2C2 C21.61.60.80.018AA 40 25.50 技术要求1、调质处理2、去除毛刺3、没标注的倒角均为C1罗意明湘潭大学兴湘学院28螺杆LXQJD-02220140509GBT13576.3-9228d公称直径5mmP螺距螺纹牙型其余6.3校核设计标记处数分区更改文件号签名年月日主管设计标准化批准阶段标记第张质量比例日期签字底图总号旧底图总号借(通)用件登记零件代号1:1工艺审核BAAB0.617Kg 冷拉圆钢 45 共张 15 30 30 BB 165 142 37 20 H7g6 102 136 15 30 56 18 H7k6 124 B-B123456123456外壳小轴小锥齿轮平键小锥齿轮垫片GB-FASTENER-BOLT-HHBFTC M6X12-CM6螺钉611111LXQJD-1045钢1.111.11LXQJD-12LXQJD-0940Cr0.15340Cr45钢45钢0.1530.049 0.049无图无图标准件?12AB4321BA 日期签字底图总号旧底图总号描校描图借(通)用件登记零件代号20140509罗意明15湘潭大学兴湘学院校核设计标记处数分区更改文件号签名年月日主管设计标准化批准阶段标记第张质量比例1:1工艺审核1.326Kg 40Cr 共张外壳与小锥齿轮装配LXQJD-1515总计单件备注重量材料数量名称代号序号 52 -0.0020.021 102 + 0.0210 60 70 R62 136 M6x6均布 AA 技术要求1、去除毛刺2、轴承装配后不能太松 12 3 5 15 5 5 R5 R5 R5 R2 R2 A-A 1 : 1C1C1 3.23.23.20.01AA其余：6.3 日期签字底图总号旧底图总号借(通)用件登记零件代号LXQJD-11底座11共张冷拉圆钢 45 0.572Kg审核工艺1:1比例质量第张阶段标记批准标准化主管设计年月日签名更改文件号分区处数标记设计校核湘潭大学兴湘学院15罗意明20140509 3 3 3 C0.30C0.30303 1.6 6 - 0.0210 8 - 0.0210 2.54 其余技术要求1、没标注倒角处倒角C0.22、加工完后要加润滑油防锈1.61.63.2 日期签字底图总号旧底图总号借(通)用件登记零件代号BAABLXQJD-07活动销轴7共张 40Cr 0.002Kg审核工艺5:1比例质量第张阶段标记批准标准化主管设计年月日签名更改文件号分区处数标记设计校核湘潭大学兴湘学院15罗意明20140509 6 +0.0100.005 44 R25 -0.0100.023 48 -0.1000.150 45 AA 86 3 4-M5均布 4-8均布 IA-A 1 : 1 0.80.80.01AA450.50I 5 : 11.6其余技术要求1、螺孔及8的孔要配做2、去除毛刺3、表面磨削后要打润滑油5第一级套筒LXQJD-056.3零件代号借(通)用件登记旧底图总号底图总号签字日期20140509罗意明15湘潭大学兴湘学院校核设计标记处数分区更改文件号签名年月日主管设计标准化批准阶段标记第张质量比例1:1工艺审核0.283Kg 45钢共张 R25 -00.20 44 + 0.0130 23 + 0.050 6 0.02 48 -00.20 25.50 AA M5x4均布 8x4均布 10 30 7 25.50 A-AC2C2C1 1.60.02A0.015AA螺纹牙型螺距P5mm公称直径d28GBT13576.3-92 技术要求1、边角倒钝，去除毛刺2、未注倒角处倒角C0.53、打孔时注意不要破坏螺纹第一级铜螺母LXQJD-033其余1.63.2零件代号借(通)用件登记旧底图总号底图总号签字日期共张 ZCuSn3Zn8Pb6Ni1 0.394Kg审核工艺1:1比例质量第张阶段标记批准标准化主管设计年月日签名更改文件号分区处数标记设计校核湘潭大学15罗意明20140509 61 45 AA 50 96 44 H7k6 4-M6均布 40 17 13 4-8均布 A-A 技术要求1、套筒上的孔要求配做2、定位销不能超出套筒外壁3、螺母底部台阶不能超出套筒外壁4、套筒底部要求与螺母接触良好123450.01AA12345LXQJD-03LXQJD-05LXQJD-07LXQJD-03第一级螺母第一级套筒定位销活动销弹簧44411青铜40Cr40Cr弹簧钢选购件，无图GB-FASTENER-SCREWS-NCCBM6X6-C0.394 0.3940.283 0.2830.0020.00812AB4321BA 日期签字底图总号旧底图总号描校描图借(通)用件登记零件代号LXQJD-13第一级套筒装配13共张 0.689Kg审核工艺1:1比例质量第张阶段标记批准标准化主管设计年月日签名更改文件号分区处数标记设计校核湘潭大学兴湘学院15罗意明20140509总计单件备注重量材料数量名称代号序号 6 -0.0050.010 6 +0.0100.005 R25 + 0.0210 R28 -0.0100.023 5 -0.0050.010 54 -0.0100.015 AABBX 4-M5均布 4-6均布 105 3 IIIA-A 1 : 1 0.80.81.60.01AAXC0.50C0.50I 2 : 1C0.50II 2 : 1 16 B-B 1 : 1 技术要求1、螺孔及6的孔要配做2、去除毛刺3、表面磨削后要打润滑油其余6.30.80.8零件代号借(通)用件登记旧底图总号底图总号签字日期LXQJD-06第二级套筒6共张 45钢 0.395Kg审核工艺1:1比例质量第张阶段标记批准标准化主管设计年月日签名更改文件号分区处数标记设计校核湘潭大学兴湘学院15罗意明20140509 23 + 0.050 50 + 0.0210 R28 -00.20 6 0.02 25.50 54 -00.02 AA 5 10 7 M5x4均布 C2C2A-AGBT13576.3-9228d公称直径5mmP螺距螺纹牙型其余C1 1.61.60.018A0.018AA 技术要求1、调质处理2、边角倒钝，去除毛刺3、未注倒角处倒角C0.54、打孔时注意不要破坏螺纹3.2零件代号借(通)用件登记旧底图总号底图总号签字日期20140509罗意明15湘潭大学兴湘学院校核设计标记处数分区更改文件号签名年月日主管设计标准化批准阶段标记第张质量比例1:1工艺审核0.192Kg 冷拉圆钢 45 共张 4第二级螺母LXQJD-04 45 25.50 BB 110 10 0.05 4-M6均布 102 4-6均布 50 H7k6 56 B-B1230.018A0.01AA123第二级套筒第二级螺母GB-FASTENER-SCREWS NCCBM6X6-C11440Cr0.395 0.395LXQJD-06LXQJD-0445钢0.192 0.1920.001 0.005 技术要求1、螺母与套筒装配时端面要求接触良好2、螺母与套筒装配后外表面要平整3、定位销不能超出套筒外壁4、装配完后要打油防锈定位销12AB4321BA 日期签字底图总号旧底图总号描校描图借(通)用件登记零件代号LXQJD-14第二级套筒装配14共张 0.592Kg审核工艺1:1比例质量第张阶段标记批准标准化主管设计年月日签名更改文件号分区处数标记设计校核湘潭大学兴湘学院15罗意明20140509序号代号名称数量材料重量备注单件总计 6 0.02 R9 + 0.0210 32.96 0.10 35 2 + 0.100 41.44 +0.200.10 23.50 AA 11.50 BA-A C0.51.63.21.60.018AA视图 B 技术要求1、调质处理，表面硬度达到240HBS2、去除毛刺，边角倒钝罗意明20140509湘潭大学兴湘学院小锥齿轮LXQJD-09159模数m2.5齿数Z114变位系数x10.386压力角a20度精度等级TGB/T 10095-2008全齿高b5.52其余3.23.212AB4321BA 日期签字底图总号旧底图总号描校描图借(通)用件登记零件代号15校核设计标记处数分区更改文件号签名年月日主管设计标准化批准阶段标记第张质量比例2:1工艺审核0.049Kg 45钢共张 9 68.20 64.28 70.50 50 8 R12.500 + 0.0210 88.639 +-0.0200.010 87.50 3 AA 10 5 R2.50 R2 C1A-A 1.61.60.018AA罗意明20140509湘潭大学兴湘学院大椎型齿轮LXQJD-08815其余技术要求1、常化处理2、齿轮表面去除毛刺3、没注倒角处倒角C 0.55.52b全齿高TGB/T 10095-2008精度等级20度a压力角-0.386x1变位系数35Z1齿数2.5m模数3.23.23.2共张冷拉圆钢 45 0.274KgBB审核工艺1:1零件代号借(通)用件登记旧底图总号底图总号签字日期比例质量第张阶段标记批准标准化主管设计年月日签名更改文件号分区处数标记设计校核湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：轿车用螺旋式千斤顶设计学号：2010962924姓名：罗意明专业：机械设计制造及其自动化指导教师：高伟系主任：刘伯希一、主要内容及基本要求主要内容：设计一款轿车用螺旋式千斤顶，其主要构件包括螺杆、螺母、锥齿轮、导套、手柄、外壳。设计包括：（1）千斤顶结构设计及强度计算；（2）千斤顶的动作实现；（3）绘制三维实体图并生成各零件图纸及装配图纸 ,完成 8000 字以上的说明书撰写。基本要求:（1）千斤顶的强度要求，最大承载质量为 2T ；（2）千斤顶的最大行程要求不少于 150mm，可以采用两级式升降结构；（3）千斤顶升降灵活不能有卡顿现象；（4）千斤顶外观美观，携带方便。二、重点研究的问题（1）千斤顶的结构设计，突出便携；（2）千斤顶三维仿真及有限元分析；（3）螺旋千斤顶的优缺点分析。三、进度安排四、应收集的资料及主要参考文献1、濮良贵，纪明刚机械设计（第八版）（M）高等教育出版社，2006.52、孙恒，陈作模，葛文杰机械原理（M）高等教育出版社，2006.53、罗迎社，李卓球材料力学武汉理工大学出版社，2000.11.184、陈燕, 欧阳加强. 千斤顶技术的研究现状与展望 JJ. 现代机械, 2002, 45、刘平安. 锥齿轮螺旋千斤顶设计J. 机械设计与研究, 1996 (2): 35-36.6、成大先, 王德夫. 新中国成立后第一部大型机械设计手册C/History ofMechanical Technology (3)-Proceedings of the Third China-JapanInternational Conference on History of Mechanical Technology. 2002 年,2002.7、吴宗泽，罗圣国机械设计课程设计手册（M）高等教育出版社，2006.58、周良得，朱泗芳现代工程图学（M）湖南科学技术出版社，2000.99、哈尔滨工业大学理论力学教研室理论力学（I）（第 7 版）（M）高等教育出版社，2009.7序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料、调研12 周2开题报告、任务书34 周3方案，结构原理设计56 周4总装配图，零部件图的绘制710 周5写出初稿1112 周6修改，写出正式稿13 周7答辩14 周湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号2010962924姓名罗意明专业机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：轿车用螺旋式千斤顶设计评价项目评价内容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评价该生的毕业设计为轿车用螺旋式千斤顶设计，论文选题符合培养目标要求，能体现科学专业的特点，达到了综合训练的目的。该生具有较强的文献查阅、资料综合归纳整理的能力，能在设计工作中较熟练的运用所学的知识，毕业设计技术方案可行，工作量适当，设计思路较清晰，研究内容具有一定的实用性，设计质量较好，同意参加答辩。评阅人：年月日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号：2010962924姓名：罗意明专业：机械设计制造及其自动化毕业论文（设计说明书）37页图表15张论文（设计）题目：机械设计制造及其自动化内容提要：本文简要介绍了千斤顶的类型及国内外汽车用千斤顶的发展现状。并论述了国内常见的几款汽车用千斤顶的优缺点。同时详细的讲解了一款两级升降结构的新型螺旋式千斤顶的设计。该螺旋式千斤顶采用了螺母同套筒滑动做直线运动，螺杆同圆锥齿轮做旋转运动，并依靠人力来传动的便携式微型起重装置。本装置的主要构件有梯形螺杆、两级起重套筒、活动销轴、圆锥传动齿轮、底座、小轴以及顶板等。本文的重点是这款千斤顶的结构设计计算，同时本文对千斤顶的关键零、部件做了简要的有限元分析。指导教师评语设计选题具有较高的实用价值，设计符合专业培养目标，设计任务能够达到综合训练的目标。该生在设计过程中能够全面收集相关设计资料，综合运用所学专业知识，设计作品较新颖，体现出学生具有较好的专业知识。同时全面分析了产品零部件的加工及实际使用中可能遇到的问题，综合运用知识能力强。设计说明书篇幅符合学院规定，内容完整，层次结构安排科学逻辑关系清楚，有一定的个人见解。说明书语言表达流畅，格式符合规范要求；参考了丰富的文献资料，其时效性较强，设计中没有抄袭现象。同意其参加答辩，建议成绩评为：指导教师：年答辩简要情况及评语答辩小组组长：年答辩委员会意见答辩委员会主任：年月月月日日日湘潭大学兴湘学院湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书毕业设计说明书题题目：目：轿车用螺旋式千斤顶设计轿车用螺旋式千斤顶设计专专业：业：机械设计制造机械设计制造及其自动化及其自动化学学号：号： 20109629242010962924 姓姓名：名：罗意明罗意明指导教师：指导教师：高高伟伟完成日期：完成日期： 20142014 年年 5 5 月月 9 9 日日湘潭大学兴湘学院湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：轿车用螺旋式千斤顶设计学号： 2010962924 姓名：罗意明专业：机械设计制造及其自动化指导教师：高伟系主任：刘伯希一、主要内容及基本要求主要内容：主要内容：设计一款轿车用螺旋式千斤顶，其主要构件包括螺杆、螺母、锥齿轮、导套、手柄、外壳。设计包括：（1）千斤顶结构设计及强度计算；（2）千斤顶的动作实现；（3）绘制三维实体图并生成各零件图纸及装配图纸 ,完成 8000 字以上的说明书撰写。基本要求基本要求: （1）千斤顶的强度要求，最大承载质量为 2T ；（2）千斤顶的最大行程要求不少于 150mm，可以采用两级式升降结构；（3）千斤顶升降灵活不能有卡顿现象；（4）千斤顶外观美观，携带方便。二、重点研究的问题（1）千斤顶的结构设计，突出便携；（2）千斤顶三维仿真及有限元分析；（3）螺旋千斤顶的优缺点分析。三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间 1 查阅资料、调研 12 周 2 开题报告、任务书 34 周 3 方案，结构原理设计 56 周 4 总装配图，零部件图的绘制 710 周 5 写出初稿 1112 周 6 修改，写出正式稿 13 周 7 答辩 14 周四、应收集的资料及主要参考文献 1、濮良贵，纪明刚机械设计（第八版）（M）高等教育出版社，2006.5 2、孙恒，陈作模，葛文杰机械原理（M）高等教育出版社，2006.5 3、罗迎社，李卓球材料力学武汉理工大学出版社，2000.11.18 4、陈燕, 欧阳加强. 千斤顶技术的研究现状与展望 JJ. 现代机械, 2002, 4 5、刘平安. 锥齿轮螺旋千斤顶设计J. 机械设计与研究, 1996 (2): 35-36. 6、成大先, 王德夫. 新中国成立后第一部大型机械设计手册C/History of Mechanical Technology (3)-Proceedings of the Third China-Japan International Conference on History of Mechanical Technology. 2002 年, 2002. 7、吴宗泽，罗圣国机械设计课程设计手册（M）高等教育出版社，2006.5 8、周良得，朱泗芳现代工程图学（M）湖南科学技术出版社，2000.9 9、哈尔滨工业大学理论力学教研室理论力学（I）（第 7 版）（M）高等教育出版社，2009.7 湘潭大学湘潭大学兴湘学院兴湘学院毕业论文（设计）评阅表毕业论文（设计）评阅表学号 2010962924 姓名罗意明专业机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：轿车用螺旋式千斤顶设计评价项目评价内容选题 1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 2.难度、份量是否适当； 3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力 1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力； 2.是否有综合运用知识的能力； 3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量 1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评价该生的毕业设计为轿车用螺旋式千斤顶设计，论文选题符合培养目标要求，能体现科学专业的特点，达到了综合训练的目的。该生具有较强的文献查阅、资料综合归纳整理的能力，能在设计工作中较熟练的运用所学的知识，毕业设计技术方案可行，工作量适当，设计思路较清晰，研究内容具有一定的实用性，设计质量较好，同意参加答辩。评阅人：年月日湘潭大学兴湘学院湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见毕业论文（设计）鉴定意见学号： 2010962924 姓名：罗意明专业：机械设计制造及其自动化毕业论文（设计说明书） 37 页图表 15 张论文（设计）题目：机械设计制造及其自动化内容提要：本文简要介绍了千斤顶的类型及国内外汽车用千斤顶的发展现状。并论述了国内常见的几款汽车用千斤顶的优缺点。同时详细的讲解了一款两级升降结构的新型螺旋式千斤顶的设计。该螺旋式千斤顶采用了螺母同套筒滑动做直线运动，螺杆同圆锥齿轮做旋转运动，并依靠人力来传动的便携式微型起重装置。本装置的主要构件有梯形螺杆、两级起重套筒、活动销轴、圆锥传动齿轮、底座、小轴以及顶板等。本文的重点是这款千斤顶的结构设计计算，同时本文对千斤顶的关键零、部件做了简要的有限元分析。指导教师评语设计选题具有较高的实用价值，设计符合专业培养目标，设计任务能够达到综合训练的目标。该生在设计过程中能够全面收集相关设计资料，综合运用所学专业知识，设计作品较新颖，体现出学生具有较好的专业知识。同时全面分析了产品零部件的加工及实际使用中可能遇到的问题，综合运用知识能力强。设计说明书篇幅符合学院规定，内容完整，层次结构安排科学逻辑关系清楚，有一定的个人见解。说明书语言表达流畅，格式符合规范要求；参考了丰富的文献资料，其时效性较强，设计中没有抄袭现象。同意其参加答辩，建议成绩评为：指导教师：年月日答辩简要情况及评语答辩小组组长：年月日答辩委员会意见答辩委员会主任：年月日目目录录中文摘要 (1) ABSTRACT (2) 第一章概述(3) 1.研究意义(3) 2.国内外研究现状(4) 第二章设计原理及方案选定 (5) 1.设计原理(5) 2.方案的选定(5) 第三章两级螺旋式千斤顶的设计 (6) 1.螺杆设计与计算(6) 1.1 螺杆螺纹的选型 (6) 1.2 螺杆材料选定 (6) 1.3 螺杆的尺寸设计(6) 1.3.1 耐磨性计算(6) 1.3.2 螺纹自锁的验算(8) 1.3.3 螺杆的强度计算(8) 1.3.4 螺杆的稳定性计算 (9) 2.螺母设计与计算(10) 2.1 第一级螺母材料选定(10) 2.2 第一级螺母参数计算(10) 2.3 第一级螺母牙纹的强度计算(11) 2.4 第二级螺母材料选定(11) 2.5 第二级螺母参数及强度计算(12) 3.升降套筒的设计(13) 3.1 第一级升降套筒参数计算(13) 3.1.1 升降套筒的材料确定(13) 3.1.2 第一级升降套筒的结构设计及强度验算(13) 3.1.3 第二级升降套筒的结构设计及强度验算(14) 3.2 活动销轴的设计(15) 3.2.1 销轴受剪应力的计算(15) 3.2.2 销轴接触面受挤压应力的计算(16) 4.锥齿轮的设计(16) 4.1 齿轮材料的确定(17) 4.2 齿轮的精度选定(17) 4.3 齿轮的参数选定(17) 4.4 按齿面接触强度设计(17) 4.5 齿面接触疲劳强度计算(18) 4.6 按齿根弯曲强度设计(19) 5.圆锥滚子轴承设计(20) 5.1 轴承的受力分析(21) 5.2 轴承的设计计算(22) 6.小轴的设计(22) 6.1 小轴的介绍及材料选定(22) 6.2 小轴的结构设计(22) 7.外壳设计(23) 7.1 外壳设计(23) 8.底座设计(24) 8.1 底座的材料选择(24) 8.2 底座的结构设计(24) 9.手柄设计(25) 9.1 手柄设计及验算(25) 第四章重要部件装配及总装(27) 1. 第一级及第二级套筒的装配 (27) 2. 外壳及小圆锥齿轮的装配 (27) 3. 总装(27) 第五章重要零部件的有限元分析(28) 1. 活动销的静力分析(28) 2. 第二级螺母与螺杆配合的静力分析 (30) 3. 圆锥齿轮副的静力分析 (32) 结语 (35) 参考文献(36) 附件1 轿车用螺旋式千斤顶轿车用螺旋式千斤顶摘要摘要本文简要介绍了千斤顶的类型及国内外汽车用千斤顶的发展现状。并论述了国内常见的几款汽车用千斤顶的优缺点。同时详细的讲解了一款两级升降结构的新型螺旋式千斤顶的设计。该螺旋式千斤顶采用了螺母同套筒滑动做直线运动，螺杆同圆锥齿轮做旋转运动，并依靠人力来传动的便携式微型起重装置。本装置的主要构件有梯形螺杆、两级起重套筒、活动销轴、圆锥传动齿轮、底座、小轴以及顶板等。本文的重点是这款千斤顶的结构设计计算，同时本文对千斤顶的关键零、部件做了简要的有限元分析。关键字关键字千斤顶；螺旋式；轿车 2 Car jack screw Abstract This paper briefly introduces jack type and domestic and foreign automobile development situation of jack. And discusses several cars with the advantages and disadvantages of jack. At the same time, a detailed explanation of the design of a new type of screw jack a two level lifting structure. The jack screw the nut to do linear motion with sleeve sliding, screw rotate with the bevel gear to drive, and rely on the human micro portable lifting device. The main component of the device to a trapezoidal screw, two level lifting sleeve, a movable pin shaft, a conical gear, a small shaft and roof, etc. This paper focuses on the structure design and calculation of the jack, and the key to the jack parts, the finite element method brief analysis. Keywords Jack 、 Screw 、 Car 3 第一章第一章概述概述 1 1. .研究意义研究意义生活中常常会遇到重物起重的时候，比如搬动笨重的大箱，移动各类机床设备,或是家用汽车的保养。当遇到这类不便于大型起重设备工作的时候，千斤顶的作用便不言而喻了。因此千斤顶在工厂，汽修厂以及公路铁路部门的应用非常广。最常见的则是汽车维修场所经常需要千斤顶来帮助工人抬起轮胎进行作业。家用汽车上也常常会备有一个小型千斤顶来帮助人们对自己的汽车做个保养或是维修，例如常见的换个备用轮胎或是检查刹车等等。随着现代化的发展，汽车时代早就来临。越来越多的人已经拥有自己的小汽车，因此汽车用千斤顶也在迅速的发展，现在的汽车用千斤顶主要是向结构小巧，外观美观，以及操作方便出发。因此也出现了很多类型的千斤顶。汽车用千斤顶主要在需要手动还是自动可分为手动式还有自动式。不管是手动式还是自动式其结构上都分为液压、机械、气压三种。常见的是液压式，液压式的千斤顶具有结构简单、操作方便、以及起重质量大的优点，最主要的缺点是不能长时间起重重物，长时间使用会有少许下滑，同时油液的泄漏会产生污染。机械式的又分为剪式以及螺旋式，剪式是小汽车上备用最常见的。该千斤顶的优点是结构小巧、质量轻。但缺点是起重质量较小、稳定性能差。另一种螺旋式的比较少见，螺旋式千斤顶主要用于重工行业，它的优点是能长时间稳定的工作、起重质量大、对外界要求低、清洁。但是缺点是体积大，外观略显笨重且效率较低。还有一种是气压式，这是一种新型千斤顶。该千斤顶的工作原理很简单，利用汽车尾气给一个皮囊充气，在皮囊中建立一定的压强从而起重汽车。显然这种千斤顶的优点是不会在起重汽车的过程中损坏汽车、起重高度高、清洁。对于气压式的千斤顶其最主要的缺点是不能够长时间支撑以及价格比较贵、其次是需要在尾气处取气源，因此取气过程本来就比较困难。纵观上述几种千斤顶可知只有螺旋式结构简单、安全可靠、清洁同时稳定性高的优点。但是由于现存的螺旋式千斤顶固有尺寸高的问题，很多汽车根本使用不了这些千斤顶。因此设计一款结构简单可靠、外观美观同时能在离地间隙在150mm左右的汽车上使用的螺旋千斤顶是很有实用价值的。 4 2 2. .国内外国内外研究现状研究现状国外在千斤顶方面的研究较早，早在 20 世纪 40 年代就已经开始研究卧式千斤顶。但由于当时的技术问题，卧式千斤顶的体积较为庞大，同时起重质量较小等原因发展较缓慢。但在 90 年代初，由于工业的迅速发展，对千斤顶需求量的增大以及技术的更新卧式千斤顶已经普遍使用。 90 年代末期，新型的便携式液压千斤顶以及气压千斤顶也开始推广。新型的液压千斤顶在起重质量上有很大改善，同时操作方便等优点很快占据了市场。与此同时气压千斤顶在这期间也得到了飞速的发展，它能在短时间内起重一个 1.5T 重的汽车至70cm 高，这惊人的效率也得到很多消费者的喜爱。但是国内在千斤顶这块的研究则是比较晚的，一直到 1979 年才开始接触到类似于卧式千斤顶的这类产品。但是进过几年的研究发展千斤顶技术，如今制造的千斤顶在性能或是外观方面已得到很大提升。部分产品质量已超过国外的同类产品。所以已有很多产品已经打入了欧美市场。 5 第二章第二章设计原理设计原理及方案选定及方案选定 1 1. .设计原理设计原理螺旋式千斤顶的原理是利用传力螺旋的原理，是以传递动力为主，利用较小的扭矩产生较大的轴向推力，同时传力螺纹的螺旋升角较小所以螺纹具有自锁能力。利用这样的结构能使操作者轻松的起重重达几吨甚至上百吨的重物。同时采用两级的结构使两级套筒进行力的传递，使得固有高度大大降低。这样的结构理论上能使原有一级螺旋式千斤顶的固有高度降低到原来的一半，同时能够达到一个较大的起重高度。 2 2. .方案的选定方案的选定针对于上述原理我现有以下几种方案。 1采用螺母固定螺杆旋转并上升的结构。这种结构主要是便于使用两级结构，利用一个同时拥有内螺纹和外螺纹的结构作为第二级套筒，第一级结构为一个拥有外螺纹的螺杆跟第二级配合，这样在第一级到达极限时能机械的锁紧第二级结构使得第二级继续与外壳配合产生轴向推力。这种结构不为做成两级结构的第一选择，但是由于操作者必须使用操纵杆来回搬动螺杆，很是吃力，因此操作及其不变，同时考虑到螺杆是一端固定一端自由的结构，这样的话会降低螺杆的稳定性，容易使螺杆弯曲变形，所以最终予以否决。 2采用螺杆旋转，螺母直线运动的方式。这种结构在制作两级的结构上是不太方便的，但是在螺杆稳定性方面由于是两端固定所以有很大的提高，同时如是在螺杆上固联一个传动装置，例如锥齿轮或是蜗轮蜗杆结构，这样的话有利于连续运转所以对于操作是很方便的。操作者能连续的运转螺杆，同时在锥齿轮或是蜗轮蜗杆这样的结构下能够进一步的减少操作者所需的力量。但是对于螺杆旋转螺母直线运动的结构使用两级升降结构就比较困难，这时我突然想到我们常见的雨伞结构，采用四个均布的活动销轴来均分载荷，于是两级升降的两级的方案得以解决。对比两个方案，在此选用第二种方案。下面就是针对于这种方案的具体设计及计算过程。 6 第三章第三章两级两级螺旋式千斤顶的螺旋式千斤顶的设计设计 1 1螺杆螺杆设计设计与与计算计算 1 1.1.1 螺杆螺纹螺杆螺纹的的选型选型用于传动的螺纹有矩形、梯形和锯齿形，常用的是梯形螺纹。梯形螺纹的牙型为等腰梯形，牙型角 = 30，由于内外螺纹是以锥面贴合因此不易松动。梯形螺纹与矩形螺纹相比，传动效率略低，但牙根强度较高，工艺性好，同时对中性要好。锯齿形螺纹牙型传动效率也比梯形螺纹高，但为非对称结构，加工成本高，对中性较差。结合以上，从经济性考虑，选梯形螺纹，它的基本牙型根据 GB/T 5796.3-2005 确定。 1 1.2.2 螺杆螺杆材料选定材料选定考虑到螺旋式千斤顶是人力驱动因此转速极不均匀而且较低，同时对于单个螺旋作用面受力并不大，因此从经济性考虑，以及螺杆材料的常用材料 Q235、Q275、40、45、55 等。该螺杆选最为常见的 45 钢。 1 1.3.3 螺杆螺杆的的尺寸尺寸设计设计滑动螺旋工作时，主要承受的是转矩及轴向拉力（或压力）的作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间会存在较大的相对滑动。因此其主要的失效形式是螺纹磨损。所以传统螺纹设计都是按耐磨性条件确定螺杆中径2。求出2后，再按梯形螺纹标准选取相应公称直径d、螺距 P 及其它尺寸。 1 1.3.1.3.1 耐磨性耐磨性计计算算滑动螺旋副的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状况等因素都有关系。其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。因此，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作表面上的压力P，使其小于材料的许用压力P。假如作用于螺杆上的轴向力 F（单位为 N），螺纹的承压面积（指螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积）为 A（单位为mm2）,螺纹中径为2(单位为mm)，螺纹工作高度为 h（单位为 mm），螺纹螺距为 P（单位为 mm），螺母高度为 H（单位为 mm），则螺纹工作圈数为 =，所以螺纹工作面上的耐磨性条件为 =2=2 (3.1-1）对于矩形和梯形螺纹，h=0.5P 7 则： 2= 0.8 （3.1-2）螺母高度 H = 2 （3.1-3）式中，P为材料的许用压力，单位为 Mpa，值一般取1.23.5 。对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力分布比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取 = 1.22.5；对于剖分螺母和兼作支撑的螺母，可取 = 2.53.5；只有传动精度较高，载荷较大，要求寿命较长时，才允许取 = 4。因此在此千斤顶结构中螺母为使受力分布比较均匀，故取 = 1.2。螺母材料选为青铜，又根据滑动速度 3.0 m/min故取P=18 Mpa,摩擦系数 =0.1。代入公式（3.1-2）则有 2= 0.8= 0.82 1041.2 18 106 24.4 mm （3.1-4）所以2 24.4根据梯形齿 GB5796.3-86 查询知公称直径 d = 28 mm。由 d=28 mm 知： mm 公称直径 d 螺距 P 中径 2= 2 大径 4 小径第一系列第二系列 3 1 28 3 26.500 28.500 24.500 25.000 5 25.500 28.500 22.500 23.000 8 24.000 29.000 19.000 20.000 表 3.1-1 GB 5796.3-86 取螺距 P=5 mm，则中径2= 25.5 mm 小径3=22.5 mm,1=23 mm,大径4=28.5 mm 各尺寸如下图所示图 3.1-1 螺纹啮合 8 1 1.3.2.3.2 螺纹螺纹自锁的自锁的验算验算对于千斤顶一般要求自锁，检验螺旋副是否满足自锁的条件为： = = （3.1-5）式中：为螺纹中径处螺旋升角；v为当量摩擦角；vf为螺旋副的当量摩擦系数；（当量摩擦角cosarctanfv，为保证自锁，螺纹中径处螺旋升角至少要比当量摩擦角小1）。 = arctan2= 2 = 1 53.14 25.5= 3.57 （3.1-6） = = 0.1015= 5.91 （3.1-7）所以， = 3.57 1= 4.91，自锁性可以保证。 1 1.3.3.3.3 螺杆螺杆的强度计算的强度计算螺杆在工作时承受轴向压力（或压力）F和扭矩T的作用。螺杆危险截面上既有压缩（或拉伸）应力，又有切应力。因此，校核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出危险截面的计算应力: = 2+ 32=()2+ 3()2 （3.1-8）式中：F表示螺杆所受的轴向压力（或压力），N; A表示螺杆段的危险截面积， =432,mm2; 表示螺杆段的抗扭截面模量系数，=34, mm3; 1为螺纹小径，mm； T为螺杆所受扭矩，N mm; 为螺杆材料的许用应力，Mpa。滑动螺旋副材料的许用应力 =35 （3.1-9）此处取安全系数 S=3，又知 45 钢的屈服极限为： =355 Mpa 所以 9 =3553= 118.3Mpa 又 T = Ftan( + )22= 20 103 tan(3.57+ 5.91) 25.52 = 42.6 . （3.1-10）所以 = 2+ 32=()2+ 3()2=(20000422.52)2+ 3(42.61622.53)2= 50.33 （3.1-11）故所以螺杆满足强度要求。 1 1.3.3.4 4 螺杆螺杆的稳定性计算的稳定性计算对于长径比较大的受压螺杆，当轴向压力 F 大于某一零界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而失效。因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向压力 F 必须小于零界载荷。故螺杆的稳定性条件为 = （3.1-12）式中为螺杆稳定性的计算安全系数；为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺纹=3.55.0；为螺杆的零界载荷；临界载荷crF可安欧拉公式计算，即： 22)(lEIFcr （3.1-13）式中：E螺杆材料的拉压弹性模量，Mpa， E = 2.06 105； I螺杆危险截面的惯性矩，6441dI，4mm。为螺杆的长度系数，对于一端固定一端自由的螺杆 l为螺杆的工作长度，验证螺杆极限，即螺杆的全长l取 90 mm。 10 则有： ils （3.1-14）又i为螺杆危险截面的惯性半径，对于圆形结构43dAIi mm 代入公式（3.1-14）得： ils=4/5.22905.0=840 （3.1-15）故不需进行稳定性校核。螺杆满足稳定性要求。综上知螺杆的基本参数为：材料为 45 钢，长度l=90 mm，螺距 P=5 mm，牙型角 = 30。因此螺杆的基本尺寸见下图：图 3.1-2 螺杆基本尺寸 2 2. .螺母设计与螺母设计与计算计算 2 2.1.1 第一级第一级螺母螺母材料选定材料选定螺母材料常选用青铜、铸铁、钢。通常设计是根据螺纹滑动速度以及承载大小来确定选用哪种材料，由于千斤顶的滑动速度慢小于 3m/min。且单圈螺纹的受力不大，故选用青铜材料 ZCuSn10Pl。 2.22.2 第一级第一级螺母螺母参数计算参数计算螺母高度 H = 2 （3.2-1）根据螺杆参数知 2= 25.5 mm H = 2= 1.2 25.5 = 30.6 mm （3.2-2） 11 所以为了螺纹受力均匀所以一般小于 10 故取整得=8 所以螺母的实际高度 H=P=85=40 mm 2 2.3.3 第一级第一级螺母螺母牙纹牙纹的强度计算的强度计算螺母牙纹多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母纹牙的强度。又知螺纹牙危险截面的剪切强度条件为： = （3.2-4）螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为： =62 （3.2-5）其中为螺纹牙根部的厚度，mm；对于梯形螺纹，=0.65 P=3.25。为弯曲力臂，mm; =22=28.5232= 2.75 mm；为螺母材料的许用切应力，Mpa；为螺母材料的许用弯曲应力，Mpa。由滑动螺旋副材料的许用应力知螺母使用青铜材料则 = 3040 Mpa，=4060 Mpa 。故取=30 Mpa，=50 Mpa 又由计算知 =2000028.53.258= 8.6Mpa （3.2-6）又=8 则 =62=6200002.7528.53.2528= 43.64Mpa （3.2-7）知螺母实际高度 H=40 mm 则满足螺母牙强度。综上知螺母的基本尺寸为螺母高 H=40 mm 螺距 P=5 mm 2 2.4.4 第二级螺母第二级螺母材料选定材料选定由上知螺母材料常选用青铜、铸铁、钢。由于螺旋式千斤顶是依靠人力驱动的额，所以螺旋副之间的滑动速度会很慢。因此考虑到千斤顶的整体尺寸的要求，同时螺母材料硬度不能高于螺杆，所以此处选用与螺杆相同的材料 45 钢，不需要热处理。 u =30.65= 6.12 （3.2-3） 12 2.52.5 第二级螺母第二级螺母参数参数及及强度强度计算计算由于滑动速度特别慢，所以不需要采用进行耐磨性计算，只需进行螺纹牙的强度计算。由 2.3 节知螺纹牙危险截面的剪切强度条件为： = （3.2-8）螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为： =62 （3.2-9）其中=螺纹牙根部的厚度，mm,对于梯形螺纹，=0.65P=3.25。为弯曲力臂，mm; = 22=28.5 232= 2.75 mm 为螺母材料的许用切应力，Mpa；为螺母材料的许用弯曲应力，Mpa。又知 45 钢的屈服极限=353 Mpa 强度极限=598 Mpa 取安全系数= 2；因此 =3532= 176.5 Mpa （3.2-10）螺母材料为钢材时许用切应力 = 0.6 （3.2-11）许用弯曲应力 = (1.01.2) （3.2-12）即 = = 176.5 Mpa （3.2-13） = 0.6 = 0.6 176.5 = 105.9 Mpa （3.2-14）取 = 3 则有 =62=6200002.7528.53.2523= 116.4 （3.2-15） =2000028.53.253= 23 （3.2-16）显然螺母牙纹是满足强度要求的。综上知第二级螺母的参数为 H=15 mm，螺距为 P=5 mm。 13 3 3. .升降套筒的升降套筒的设计设计 3.13.1 第一级第一级升降套筒参数升降套筒参数计算计算升降套筒主要是用来支撑重物以及导向的作用。因此对于升降套筒的主要失效形式是压溃、磨损过快还有稳定性的失效。因此需要校核升降套筒的危险截面的受压情况，以及外表面的磨损情况，针对于细长杆还要进行稳定性的验算。 3 3.1.1.1.1 升降升降套筒的材料确定套筒的材料确定由于升降套筒在第二级与第一级连接处使用活动销轴，接触面小。故升降套筒需采用高强度材料才能减少千斤顶的总体尺寸，而常用的结构件材料 40 钢、45 钢、40Cr以及 20Cr 。此处选用常用材料 45 钢。 3.1.23.1.2 第一级第一级升降升降套筒的套筒的结构设计结构设计及强度验算及强度验算同理由 45 钢的屈服极限=353 Mpa 强度极限=598 Mpa 又知许用压应力应为强度极限除以安全系数即: = （3.3-1）一般机械制造中，在静载的情况下，对塑性材料可取= 1.22.5此处取= 2 则: =5982= 299 Mpa （3.3-2）轴向拉伸和压时的强度计算知构件轴向拉伸或压缩的强度条件为： = （3.3-3）又查询附件【5】知零件的详细参数故 A = 圆筒销孔键槽（3.3-4）所以有 = F/A =20000(502 442)/4 4 8 3 6 2= 59.75 Mpa （3.3-5）所以套筒是满足强度要求。对于受压的细长杆还需验证其稳定性。对于套筒是一端固定一端自由，知=2 又由第一级结构知套筒长为 l=85 mm。所以 AIi （3.3-6） 14 对于环形结构 I=(4 4)64=(504 444)64= 122749.665 mm4 （3.3-7）故 65.1674.442122749.665AIi （3.3-8）所以柔度 402.1065.16852ils （3.3-9）显然第一级套筒是满足稳定性要求的。综上所知第一级套筒的基本参数为： D=50 mm d=44 mm 壁厚 b=3 mm 长度 l=85 mm 定位销孔 M67 mm4 活动销孔8 mm 7 mm 4 3.1.33.1.3 第二第二级级升降升降套筒套筒结构结构设计设计及及强度计算强度计算由上一节知 =5982= 299 Mpa （3.3-10）同理由第二季套筒结构知，套筒开有宽 6 mm 深 2 mm 键槽，以及直径 6 mm 的活动销孔，所以有： = （3.3-11）查询附件【6】知零件的详细参数故 A = 圆筒销孔键槽（3.3-12）即 = F/A =20000(562 502)/4 4 6 3 6 2= 48.2 Mpa （3.3-13）显然第二级套筒的强度是足够的。同样进行稳定性的计算。计算套筒的柔度 ils （3.3-14）由结构参数知第二级套筒的长为l=105 mm，同样是一端固定一端自由，所以 15 =2。 i=AI=（44）64（22）4=4416(22) =56450416(562502)=18.77 （3.3-15）代入公式知 402.1177.181052ils （3.3-16）故套筒是满足稳定性要求的综上知第二级套筒的基本参数是: D=56 mm d=50 mm 壁厚 b=3 mm 长度 l=105 mm 定位销孔 M64 活动销孔6 mm 4 3.3.2 2 活动销轴活动销轴的设计的设计活动销轴是用来连接套筒一和套筒二的活动构件，对于活动销轴主要受到两套筒形成的剪切力，以及接触面的挤压力。由于结构的限制，以及加工方便的考虑，销轴采用圆柱状。又由于接触面积的狭小，并且是几个同时受力，不免有尺寸误差而造成应力分布不均从而造成应力集中，所以材料采用强度较高的 40Cr 加工而成。 3.2.13.2.1 销轴受销轴受剪应力的计算剪应力的计算千斤顶采用两个销轴对称布置，所以受力分析知单个销轴的受力 f=F/4=5000 N，对于钢材，常取 = (0.60.8) （3.3-17）由上知许用压应力 = 490.5 Mpa 所以此处取 = 0.6 = 0.6 490.5 = 294.3 Mpa （3.3-18）又由剪切的强度条件为 = （3.3-19）查询附件【7】知零件的具体参数代入数据有 =5000624= 176.93 Mpa （3.3-20）故活动销轴满足剪切强度的要求。 16 3.2.3.2.2 2 销轴接触销轴接触面面受挤压受挤压应力的计算应力的计算对于销轴的接触面是受到比较大的挤压应力，为了接触面在正常的使用方式下不失效，必须进行挤压面的受力计算。挤压的强度条件是 = （3.3-21）又知材料的许用压应力是采用与许用剪切应力类似的方法确定的。对于钢材 = (1.72.0) （3.3-22）其中为材料的许用压应力所以 = 1.7 490.5 = 833.85 Mpa （3.3-23）同理由附件【7】可知代入数据则有 =50006 32= 277.8 Mpa （3.3-24）显然活动销轴接触面是满足挤压强度的。 4 4. .锥锥齿轮齿轮的设计的设计此螺旋式千斤顶是便携式，驱动方式是人力驱动。由网络资源知一个正常的成年男子的手臂力量是体重的 1/2，而女子大概是体重的 1/4。因此按女子的平均体重为 50 Kg 计算则手臂力量为 F = 50 10 0.25 = 125 N （3.4-1）又由 1.3.3 节知螺旋副所需要的扭矩 T=42.6 N.m 因此考虑到其它机构的摩擦力作用，取作用到锥齿轮的扭矩为= 50 。所以设手柄的长度为 30 cm 即力臂 l=0.3 m。则取人的作用力1= 100则人能够产生的力矩 1= 100 0.3 = 30 （3.4-2）所以知锥齿轮的传动比 u =21= tan25030= 1.67 （3.4-3）取锥齿轮的传动比 u=2.5 则验算人的驱动力为 2= =502.5 0.3= 66.7 = 6.67 （3.4-4）显然此千斤顶在起重 2 吨重物时，操作者也不会很吃力。 17 4.14.1 齿轮齿轮材料的确定材料的确定对于螺旋式千斤顶由上一节便知转矩 T=50 N.m，又知此千斤顶是人力驱动，显然转速是很低的。所以可知锥齿轮传递的功率并不大，所以此锥齿轮的材料均采用 45钢。其中小齿轮采用调质处理，大齿轮采用常化处理。小齿轮的表面硬度为 240 HBS大齿轮 45 钢常化处理后表面硬度为 210 HBS 两者差 30 HBS。 4.24.2 齿轮齿轮的精度选定的精度选定千斤顶是采用人力驱动，工作平稳，速度不高，是一般工作机械，故选用 7 级精度（GB10095-88）。 4 4.3.3 齿轮齿轮的参数选定的参数选定选取小锥齿轮齿数1= 14，则大锥齿轮的齿数 2= 1 = 14 2.5 = 35 （3.4-5）又因为u = tan (2)且 = 1+ 2= 90 所以 2= () = 68.1986 （3.4-6）故 1= 90 68.1986= 21.8014 （3.4-7）则小锥齿轮的当量齿数 1=11=14cos (21.8014)= 15.08 （3.4-8）同理 2=22=35cos (68.1986)= 94.24 （3.4-9） 4 4. .4 4 按齿面按齿面接触接触强度强度设计设计试算公式有： 1 2.921(1 0.5) ()23 （3.4-10） (1) 确定公式内的各计算数值 (2) 试选载荷系数 =1 (3) 又由上知小齿轮的扭矩 1=502.5= 20 . (4) 选取齿宽系数 =13 (5) 查得材料的弹性影响系数 = 189.8 12 (6) 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 18 1= 550 （3.4-11） (7) 查得大齿轮的接触疲劳强度极限 2= 490 （3.4-12） (8) 计算应力循环次数由于千斤顶是间歇性使用工具，从网络资源知一般汽车平均每年维修不超过 20次，即便按 100 次计算，使用寿命为十年。又因为该千斤顶每次从最低位置升到最高极限小锥齿轮旋转的圈数为 500 圈所以可以计算小锥齿轮的使用圈数为 1= 100 10 500 = 5 105 （3.4-13）同理大锥齿轮的使用次数为 2=5 1052.5= 2 105 （3.4-14） (9) 接触疲劳寿命系数 1= 1.66；2= 1.7。（3.4-15）（10）计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数 S=1，得： 1=11=1.66 5501= 913 （3.4-16） 2=22=1.7 4901= 833 （3.4-17）比较两值取较小者即： = 2= 833 （3.4-18） 4 4.5.5 按按齿面接触齿面接触疲劳强度疲劳强度设计设计（1）又代入数据知： 1 2.921(1 0.5) ()23 = 2.921 20 10313(1 0.5 13) (189.8833)23= 45.3 （3.4-19）（2）计算圆周速度v。取人的转动速度为v= 60 r/min 则：（3）计算载荷系数根据v = 0.14 /，7 级精度，由动载荷系数= 1 v =1160 1000=3.14 45.3 6060 1000= 0.14 / （3.4-20） 19 使用系数= 1；又齿轮为圆锥齿轮所以= 1 齿向载荷系数可按下列公式计算= = 1.5；由于结构是一个两端支撑一个悬臂，所以= 1.1 ，即 = 1.5 1.1 = 1.65 （3.4-21）所以 K=1.65。（4）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式 10-10a 得 4.64.6 按按齿根弯曲强度齿根弯曲强度设计设计与与计算计算弯曲强度的计算公式为 m 41(1 0.5)2122+ 13 （3.4-23）（1）确定公式内的参数 1）查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1= 380 大齿轮的弯曲疲劳强度极限2= 330Mpa。 2）取弯曲疲劳寿命系数1= 1.35，2= 1.8 3）计算弯曲疲劳强度许用应力。取弯曲疲劳安全系数 S=1，得 4）计算载荷系数 K。 5）查齿形系数。又查得= 17 时= 2.97，当= 18 时= 2.91。所以当量齿数1=15.08 时由插值定理得1= 3.0852，同理由= 90 时= 2.20，当= 100 时= 2.18 所以当2= 94.24 时2= 2.20848当。即：1= 3.0852；2= 2.20848 6）查取应力校正系数。同理由1= 1.5008；1= 1.78424。 1= 13= 45.31.6513= 53.53 （3.4-22） 1=11=1.35 3801= 513 （3.4-24） 2=22=1.8 3301= 594 （3.4-25） K = = 1 1 1 1.65 （3.4-26） 20 计算大、小齿轮的并加以比较。小齿轮的大。 6）设计计算 m 4 1.65 20 10313(1 0.5 13)21422.52+ 1 0.009033= 2.14 mm （3.4-29）取标准值m = 2.5，按接触强度算得的分度圆直径为直径1= 53.53 mm，算出小齿轮的齿数为1=1m=21.4 取整为1= 21，则大锥齿轮的齿数为2= 52。显然如果按计算结果设计时总体尺寸会变得很大。考虑到螺旋式千斤顶在实际应用时，人不会连续工作，因此齿轮不可能会发生高温磨损使齿面发生胶合，所以齿面接触磨损不是主要设计变量。同时考虑到外观以及方便携带，所以尺寸才是重要设计量。所以小锥齿轮的齿数选为 14 这样外观比较美观，相对来说实用价值会更高！故综上所知锥齿轮的基本参数是小锥齿轮的齿数为1= 21 ,大锥齿轮的齿数为2= 35，大端模数 M=2.5，分度圆压力角 = 20。 5 5. .圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承设计设计螺旋式千斤顶中的轴承转速极低，n=60/2.5=24 r/min 因此不能按照轴承的正常失效形式点蚀破坏来设计，否则就不符合实际实效形式了。这种受力较大且转速很慢的轴承应按照轴承的静强度来选择轴承尺寸。其校核公式为： 0 00 （3.5-1）式中，0为基本额定静载荷； 0为轴承静强度安全系数；（对于要求轴承转动很平稳时0应大于 1，对于轴承转动平稳不是很高的0可以取为 1；所以此处要求不是很高，故0取 1。） 0为当量静载荷。 111=3.0852 1.5008513= 0.00903 （3.4-27） 222=2.20848 1.78424594= 0.00663 （3.4-28） 21 5.1 5.1 轴承轴承的受力分析的受力分析根据大锥齿轮的转矩2= 50.,又锥齿轮的受力分析知： =221 （3.5-2） 2= 2= 1 （3.5-3） 2= 2= 1 （3.5-4）由上一章知 2= 2.5 = 68.1986 （3.5-5）平均分度圆直径 2= (1 0.5) = 2.5 35 (1 0.5 13) = 72.92 （3.5-6）又 = 20 所以代入公式（3.5-2）知 =221=2 50 10372.92= 1371.37 （3.5-7） 2= 2= 1371.37 20 68.1986= 185.38 （3.5-8） 2= 2= 1371.37 20 68.1986= 463.44 （3.5-9）所以轴承的受力情况如下：轴向力应为螺杆所受重物的重力F = 20000 N与锥齿轮的轴向力即2 所以轴向力 = 20000 + 463.44 = 20463.44 （3.5-10）径向力等于锥齿轮的径向力2= 185.38 即： = 2= 185.38 （3.5-11）所以 =20463.44185.38= 110.4 （3.5-12） 22 5 5.2.2 轴承轴承的设计的设计又根据螺旋式千斤顶的结构知轴承的内径在2530，最新轴承手册22知，可取30205 或 30305 轴承其内径为25则知最大不超过 0.37 显然，试选 30205 进行计算则有： 0= 0.4 （3.5-13） 0= 0.9 （3.5-14） 0= 37 （3.5-15）计算轴承的当量静载荷0 0= 0+ 0 （3.5-16）即： 0= 0.4 185.38 + 0.9 20463.44 = 18491.25 18.5 （3.5-17）所以 00= 1 18.5 0 （3.5-18）故 30205 圆锥滚子轴承满足设计要求。其基本尺寸为：内径 d = 25 mm,外径 D = 52 mm,高度 B = 15 mm 6 6. .小轴小轴的设计的设计 6 6.1.1 小轴小轴的介绍及材料选定的介绍及材料选定小轴是用来驱动小锥齿轮的轴类零件，其主要受载为扭矩。因此小轴的设计计算依据便是再升起重物时，在人力的驱动下不能失效。但是由结构可知，对小轴的刚度要求并不高。轴类零件的材料主要有碳钢、合金钢。其中碳钢中最常用的是 45 钢，合金钢中常用的便是 40Cr，碳钢对应力集中的敏感性较低，同时也可以进行热处理。合金钢则多用于力学要求较高，或者结构要求较小并且耐磨的场合。由结构知，小轴的安装位置空间狭小，并且要求一定的耐磨性，所以此处选用常用的合金钢 40Cr。 6 6.2.2 小轴小轴的结构设计的结构设计小轴上只要安装一个小锥齿轮，以及一个滑动轴承，外加一个安装手柄的圆孔，因此结构及其简单。又由于对小轴的刚度要求低。因此只要计算小轴的强度。 23 又知： =2+ ()2 1 （3.6-1）式中：为轴的计算应力，Mpa；轴所受的弯矩，N.mm；轴所受的扭矩，N.mm；轴的抗弯截面系数，3； 1对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。根据上面的校核公式可以代入设计参数进行验算。已知轴只受扭矩，所以 = 0又知扭矩是锥齿轮产生故扭转的切应力为脉动循环变应力，所以取 = 1。知: =332( )22 （3.6-2）由已知数据代入公式（3.6-2）则有 = 183326 2(18 2)22 18= 486.9 3 （3.6-3）根据材料知 1 = 70 （3.6-4）代入公式（1）则有： =02+ (20 103)2486.9= 41.1 1 （3.6-5）显然小轴的强度是满足要求。 7 7. .外壳外壳设计设计此螺旋式千斤顶为轿车使用，因此外观的设计及其重要。一个好的外观会增加消费者的眼球，可是消费者第一眼看到的便是设备外壳，显然外壳的设计是重要的。当然好的外观也是要满足设备的强度要求。观察千斤顶的内部结构后决定外壳可以采用钣金加工成圆筒状。这样设计主要考虑到整个设备的重量以及美观，曲线设计可以极大的减少应力集中。同时钣金加工能使金属材料加工硬化，以增大材料的强度。3 mm 的壁厚能够保障千斤顶在支撑重物后安全有效，同时弧线设计能极大的避免锐角造成操作者的伤害，给人一种安全感！根据套筒一、二的尺寸以及锥齿轮的安装位置，以及尽量减少产品总体尺寸的考虑下，其基本结构及尺寸如下图。 24 图 4.7-1 外壳 8 8. .底座底座设计设计 8 8.1.1 底座的材料选择底座的材料选择千斤顶的底座承载着千斤顶以及重物的全部重量，其次底座还有固定各零部件的位置，保持零部件正常的运动关系。因此底座的材料及结构设计尤为重要。根据底座的结构可知，如果产品是小量生产，材料可选常用的圆钢材料 45 钢，假若产品是成批大量生产，则为了减少加工工时降低产品成本也可以选用灰铸铁铸造而成。此处选用 45 钢进行设计，选用灰铸铁也可以采用类似计算设计。 8 8.2.2 底座的结构设计底座的结构设计根据轴承的尺寸以及外壳的尺寸的要求，底座的结构可以如下图所示：图 4.8-1 底座根据上图，我们可以进行强度的校核。由于底座主要是受压，根据工作场所的要求，千斤顶的底座接触面要平整，使千斤顶尽量的垂直接触面。受力计算时考虑极端情况，即千斤顶的底部中心完全没有接触底面。底座最小截面承受全部压力，则校核公式便是压应力小于许用压应力： = （3.8-1） 25 忽略千斤顶的自重则 = 20000，又根据结构知 =（312 262）4= 223.73 2 （3.8-2）又知 45 钢的屈服极限 = 353 取安全系数为 2 则有 = 176.5 （3.8-3）代入数据到公式（3.8-1）则有： =20000223.73= 89.4 故底座的强度是满足强度要求。 9.9.手柄的手柄的设计设计及及计算计算根据此千斤顶小锥齿轮所需扭矩以及操作者的使用轻便，所以手柄是需要有个杠杆结构。根据 4 节便知此杠杆的力臂为 30 cm。因此考虑到结构小巧手柄的结构如图所示：图 4.9-1 手柄图 4.9-2 手柄根据设计知手柄杆件的截面直径为 10 mm 材料采用 45 钢经表面淬火处理。 26 手柄强度验算：查询 45 钢知材料的屈服极限为= 353 Mpa，由于手柄是人直接操作部分，因此去安全系数 S=2 则 =3532= 176.5 Mpa （3.9-1）又对于圆轴的扭转强度条件和轴向拉伸的强度条件类似，即要求轴内最大的剪应力小于轴材料的许用剪应力即： =| (3.9-2) 又 = (3.9-3) 且 =432 (3.9-4) 所以 =316=3.14 10316= 196.25 3 (3.9-5) 将数据代入（3.9-2）则有： =|=20 103196.25= 101.9 (3.9-6) 显然手柄杆件是满足手扭强度的。 27 第四章第四章重要重要零部件零部件装配装配及及总装总装 1 1. . 第一级及第一级及第二第二级级套筒套筒的的装配装配两级套筒是用来传递运动以及起重力的，因此两级套筒均有配合要求。其中第一级套筒与第二级套筒间隙配合使用，第二级套筒与外壳同样要求间隙配合。两级套筒间并没有其它连接装置，因此每级套筒的装配可以单独进行，然后再进行总装。值得注意的是在螺母已经加工好后套筒上的孔需要配做，这样才能保证套筒的键槽与螺母的键槽对齐，同时销钉孔匹配。在装配好后要检测螺母边缘是否与套筒边缘平齐，假若螺母边缘有突出部分一定要进行再加工使其与套筒外表面平齐。装配图纸见附件【13】、【14】。 2 2. .外壳外壳及小圆锥齿轮的装配及小圆锥齿轮的装配由结构知，外壳与小锥齿轮是需要先装配。其中外壳同小锥齿轮是通过一个滑动轴承连接，滑动轴承的轴承座已经焊接在外壳上。这里的装配要求是选配，注意小轴与轴承座的配合间隙应按要求完成，其次是配合面要求脂润滑。装配图纸见附件【15】。 3 3. .总装总装在完成以上部件装配后开始进行总装。首先将螺杆旋入第二级套筒使第二级套筒与螺杆分离后开始旋入第一级套筒并注意活动销轴以及弹簧的装配以及键槽的配合。在活动销轴进入第二级套筒内后检查量套筒间的配合是否符合要求。满足要求后将部件整体放入外壳，并检查第二级套筒与外壳的配合是否满足要求。满足要求后进行大锥齿轮及平键的安装，然后压入圆锥滚子轴承的内圈，这里要求圆锥滚子轴承的内圈与螺杆轴颈过盈配合，主要是避免螺杆整体脱落。最后进行底座及其圆锥滚子轴承外圈的装配。总装图纸见附件【1】。 28 第五章第五章重要重要零部件的零部件的有限元分析有限元分析 1 1. . 活动活动销销轴轴的分析的分析活动销轴是用来传递第一级与第二级的作用力，因此为了模拟现实使用过程在此的有限元分析是将第一级套筒与第二级套筒配合后加载，并使第二级套筒的底面固定，同时在第一级套筒顶面加均布载荷 F=20000 N，同时在活动销轴大端表面添加 0.5 N 的一个均布载荷，用来模拟弹簧的残余弹力。在此使用 solidworks2013 中 Simulation 模块进行分析计算，其中连接方式为无穿透，经过上述约束并加载后，划分网格得到下图：图 5.1-1 两级套筒网格划分运算后得到以下分析结果。图 5.1-2 活动销轴由上图可知最大应力为 339 Mpa，最小应力为 3 Mpa。其中最大应力分布在零件的很小的局部，显然是应力集中造成。 29 查看6表面应力分布，见下图：图 5.1-3 活动销轴由图知最大应力为 414 节点其值为 167.6 Mpa 小于屈服极限 186 Mpa，平均值为100.9Mpa 这个结果显然是满足强度要求的。对于局部产生应力集中是因为活销轴的台阶面并非圆弧面，这样在配合过程中是有少许面积并未接触所致。解决的办法就是将最大应力所在面加工成与套筒 2 内表面相切，但是这样加工实际及应用是比较困难的。下面是套筒整体的应力结果图：图 5.1-4 套筒应力由图可以看出受力最大点是第二级套筒与活动销轴配合的地方，其最大应力达到了= 636 30 整体的位移结果：图 5.1-5 套筒位移整体的应变结果：图 5.1-6 套筒应变 2 2. . 第二第二级级螺母螺母与与螺杆配合的静力分析螺杆配合的静力分析螺母与螺杆的有限元分析是以螺杆台阶面固定，并且在螺母与螺杆接触选项定义为无穿透，在螺母的台阶面加上 F=20000 N 的均布载荷的情况下进行仿真运算。添加载荷以及约束后划分网格的结果：图 5.2-1 第二级螺母装配 31 进行运算后螺杆的应力结果：图 5.2-2 第二级螺母装配螺母的应力结果：图 5.2-3 螺母螺杆上螺纹牙的局部应力结果：图 5.2-4 螺纹牙由以上结果可以看出螺母上的最大应力= 395 螺杆上的最大应力为= 371 32 显然已经超过了材料的强度极限。但是从螺杆的上螺纹牙的局部放大图可以看出超出强度极限的螺纹牙的边缘的少许部分，因此对整个零件的影响不大。根据结果可以看出第二级螺母与螺杆的配合是满足材料的强度要求。 3. 3. 圆锥齿轮圆锥齿轮副副的静力分析的静力分析圆锥齿轮副有限元分析。该分析是假设圆锥齿轮副正确啮合的情况下，在大圆锥齿轮的下端面添加一个沿 Z 方向的约束，并在齿轮轮毂添加一个轴承约束，同时在键槽处添加一个沿 X 方向的约束，这样大齿轮就完全被约束了，且使得键槽的一边有一个反作用力来平衡小锥齿轮传递过来的扭矩。在小锥齿轮的端部同样添加一个沿 Z 方向的约束，并在小轴上添加一个轴承约束，同时在小轴上添加一个 20 N.m 的扭矩。以上完成后划分网格则有下图所示结果：图 5.3-1 锥齿轮装配接下来进行结果的计算，得到应力结果图：图 5.3-2 啮合 33 同样能得到小锥齿轮的应力结果：图 5.3-3 小锥齿轮大锥齿轮的应力结果：图 5.3-4 大锥齿轮由以上结果可以看出在小轴的键槽上存在较大的应力集中，其最大应力为=1250 这结果明显超出了传统的计算数据= 41.1 ，可见应力集中是多么可怕。同样在锥齿轮的齿上也是存在应力集中，导致结果与计算数据的差别还是挺大的，例如在小锥齿轮上最大应力值为= 640 ;大圆锥齿轮上的最大应力值为= 263 。 34 接下来看看小锥齿轮齿面的应力情况：图 5.3-5 轮齿大锥齿轮的齿面应力分布结果：图 5.3-6 齿面由图可以看出齿面上的应力平均值为= 144 和= 155 ;最大值为= 186 和= 164 。对于最大值，这个值远小于计算值 = 2= 833 显然齿面的接触强度是足够的，同时还可以清楚的看出，在传动过程中齿轮的轮齿的齿顶应力是最小的越到齿根应力越大的特点。又由小轴的键槽端部由于应力集中是比较脆弱的部位。这就解释了为什么现实生活中很多齿轮传动的结构总是在齿轮与轴肩接触处发生比较平整的断裂。但是针对于本例中的这根小轴是人力驱动使用，所以这样的应力还是能安全的使用。 35 结结语语经过三年多时间的学习，我已学完机械设计制造及其自动化专业的全部课程，通过此次的毕业设计实践环节，让我又一次完整的复习了以前学过的专业课程，巩固了过去所学的专业知识。同时整体的产品设计让我体验了一个完整产品开发的全过程。但是由于个人设计经验缺乏，不足之处难免，希望今后能在此次设计的基础上不断提高，完善自己。在这次毕业设计中我要特别感谢我的指导老师高伟，感谢老师这么久来细心的教导。相信没有老师的教诲就没有今天的成果。同时老师严谨细致的工作作风深深的刻在我的脑海里，在以后的工作中我一定要加倍努力，向老师学习。更要感谢高老师能在百忙中抽取时间为我辅导，给我提供帮助，使我能够正确的运用所学的专业知识，解决在设计中遇到的各类问题，这让我少走了不少歪路。整个设计中高老师一直给我耐心的指导，提出了许多宝贵的设计建议，使我顺利的完成了此次毕业设计。让我明白设计不仅仅是依靠书本，还要结合实际，考虑零件的加工，考虑产品实际应用等等情况。始终相信一个好的产品并不是一时的灵感就能产生，往往好的设计是来自实践，只有自己接触的多才会有更好的想法，设计出更好的产品。最后我要感谢湘潭大学，感谢学校的每位任课老师的无私奉献，把自己多年积累的知识分享给我们，感谢兴湘学院为我们提供了优良的学习环境及生活环境。同时还提供了这样一次实践学习的机会。 36 参考参考文献文献 1. 全国螺纹标准化技术委员会. GB/T 5796.3-2005 机械科学研究院起草. 2005.08.09 2. 濮良贵纪名刚陈国定吴立言.机械设计（第八版）西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著.高等教育出版社，2006.5（2010 重印） 3. 罗迎社李卓球.材料力学武汉理工大学出版社，2010.7 重印 4. 中国机械工程学会张松林最新轴承手册.电子工业出版社，2007.1 ISBN7-121-03257-0 5. 全国螺纹标准化技术委员会. GB/T 5796.14-2005 机械科学研究院起草. 2005.08.09 6. 陈燕, 欧阳加强. 千斤顶技术的研究现状与展望 JJ. 现代机械, 2002, 4: 58-60. 7. 刘平安. 锥齿轮螺旋千斤顶设计J. 机械设计与研究, 1996 (2): 35-36. 8. 郝子军. 螺旋千斤顶的设计计算J. 筑路机械与施工机械化, 1998, 15(2): 2-4. 9. 孙鸿范. Q 型手动螺旋千斤顶使用寿命和承载能力的实验研究J. 中国机械工程学会物料搬运学会第二届年会论文集 (一)-起重机, 1984. 10. Oh S H. Screw jack for structures for easily adjusting its angle: U.S. Patent Application 11/190,813P. 2005-7-28. 11. Erickson J. Multiple screw jackP. 2001-12-17. 1 （19）美国（12）专利申请公开（10）出版号：US2003/011165A1 （43）出版时间: 2003 年 6 月 19 日（54）多个螺旋千斤顶（21）应用编号：10/022，604 （75）发明人：约翰斯科特埃里克森, （22）申请时间：2001 年 12 月 17 日罗思科, IL (美国) 通讯地址： BANNER & WITCOFF 股份有限公司出版社类型 28 国路，28 楼（51）国际专利分类号B60S 9/02 波斯顿，文学硕士 02109（美国）（52）美国专利分类号254/425 （73）代理人：杜拉国际有限公司，2791 摘要该千斤顶包括电动机、减速器、联轴器、关节、多螺旋驱动器以及齿轮传动装置。 2 3 4 多螺旋多螺旋千斤顶千斤顶发明发明领域领域【0001】该发明涉及到千斤顶领域，尤其是螺旋千斤顶。研究研究背景背景【0002】螺旋千斤顶的应用十分广范，包括在调平衡、后勤车以及大型客车和拖车的起重方面。螺旋千斤顶使用螺旋机构，使用电机传动推动汽车上升或是下降。【0003】美国专利 No.4,067,543 奥尔特等公开了伸缩式螺旋千斤顶的螺母结构、电机及其相关齿轮组件以及可旋转地驱动螺旋千斤顶。但是奥尔特的千斤顶仅限于单螺旋结构，没有多余的螺旋结构去支撑螺旋故障时的载荷。此外在负荷改变时，螺旋千斤顶所需的扭矩也会明显改变。【0004】本发明的目的是设计一款能够完善部分或全部已知问题的螺旋千斤顶装置。其目的的先进性在千斤顶技术领域是显而易见的。摘要摘要【0005】本发明的原理是利用多个螺杆。这样一方面可以允许较少直径的螺杆利用，提高千斤顶的可靠性，同时螺杆也会方便加工。此外，较小直径的螺杆减少了螺纹的旋转摩擦，从而减少了千斤顶所需的转矩。使用多个螺杆还提供了部件的冗余性，所以会增强产品的安全性。【0006】一种是与传统的一样，一个千斤顶配有一个电机，以及一个可靠的连接在电机上的齿轮组件，一个柱塞，还有多个齿轮驱动的滚珠丝杆组件组装而成。【0007】另一种是包括千斤顶的电机。齿轮组件通过一个小齿轮连接到电动机，和多个驱动螺旋齿轮。每个螺旋齿轮都是通过小齿轮驱动。柱塞安装在一个由可滑动的壳体和止推板组成的装置里。多个螺杆的每个螺杆组件可操作的连接到内存，轴向通过止推板固定，以及由一个螺旋齿轮移动压头相对于所述止推板。【0008】还有一种是一个千斤顶包括电机和齿轮组件的装置。该齿轮组件有一个小齿轮，齿轮可靠的连接到三螺杆泵齿轮并由电机驱动。每个螺旋齿轮由齿轮驱动齿轮连接。柱塞容纳在一个可滑动的壳体中，和一个推力板固定在壳体内。每三个滚珠丝杆是可操作地连接到轴承，轴向固定依靠推力板，并通过一个螺旋齿轮驱动的移动轴承相对于所述推力板。【0009】从前面的公开内容，这发明将是对于本领域的技术在知识与经验领域的显著的进步。本发明的千斤顶采用优选的方案提供了一个插孔，降低了扭矩，不仅提高了安全性，同时也减少了制造成本。这些发明的附加特征和有点的表现可以让我更为具体的理解选择最佳方案。 5 附图附图和简要说明和简要说明【0010】图一是汽车透视图，在本发明里面有四个千斤顶选择是按照优选的方案。【0011】图二是图一中一个千斤顶的较为详细的分解图。【0012】图三是图二中的千斤顶里的制动器的的分解图。【0013】图四是图二中千斤顶的马达外壳底测的透视图。【0014】我们应该知道此附图不是按比例图所绘画，呈现出来的图仅仅是说明本发明的基本原理。本发明的千斤顶具体结构包括一下内容、千斤顶的具体的机构和尺寸以及各部分组件确定由实际应用和使用环境。某些组件功能相对于其它可方便和清晰认识的组件以及被放大了或扭曲了。简单的结构可以详细的说明。除非有特别的说明，否则按图中千斤顶的方向和位置来指明。但我们应当理解本发明的千斤顶可在各个领域使用。发明发明的的详细详细描述描述【0015】千斤顶的某些优选实施方案的发明适用于吊装车和支援车，如旅游车，五轮拖车和中心安装插孔拖车。然而，这种千斤顶需要技术熟练技术人员使用，因此原理公开是有益的。【0016】现在参照图二中的优选实例，多个千斤顶的部件 2 在本发明中可以在车辆上安装在车辆 4 的部位，同时可以支持车辆 4。在图示的实例中，车子的部位 4 处有四个千斤顶 2，但是需要注意的是根据本发明的原理可以使用任意数量的千斤顶。【0017】千斤顶 2 的一个优选方案中，在图 2 中可以看到更为清楚的分解形式图。图中有一个被柱塞 8 滑动控制的壳体 6。底板 10 固定在推杆 8，如本实施例所示柱塞 8的下端。凸缘 12 被固定在压头 8 具有一对形成在推杆 8 矛杆 9.在这个优选实施方案中，每个销钉 9 通过切削两个半圆形狭缝中形成的推杆 8 和弯曲冲头的半圆缺口部向内侧，提供一个槽在其中凸缘 12 被接收以便固定凸缘 12 的轴向对于推杆 8。在 12 轮元中有一对相对的凹槽 11 与 13 配接形成推杆 8 以适合凸缘 12，以防在推杆 8 和法兰12 之间的转动。形成在壳体 6 的凸起 17 可以在柱塞 8 的狭槽 19 灵活滑动，以防在壳体 6 和推杆间发生旋转运动。托架 14 被固定在壳体 6 上。螺栓或其它合适的紧固件（未标出）通过支架 14 的孔 15 延伸的用于保护车辆 4 中的千斤顶 2。应该理解的是其它的紧固装置在车辆 4 里千斤顶 2 的使用中可以使用到。例如，合适的紧固装置将在本领域中会被常使用，因此信息的公布是有好处的。【0018】多个螺纹孔 16 由法兰 12 构成。在图示的实例中，滚珠丝杠由组件滚珠螺杆18、螺杆 21 和螺母 23 构成。每个螺母 23 拧入的螺纹孔 16 ，并随后焊接到凸缘12 ，从而固定到凸缘 12 。每个螺钉 21 延伸穿过一个相应的孔 16 。螺钉 21 转动，法兰 12 和推杆 8 以确保螺母 23 随着螺钉 21 转动。每个螺杆 21 在一个孔 22 附近形成的端部。 6 【0019】在图示的实施例中，有三个螺钉组件 18 和三个相应的孔 16 。然而，应当得知道至少有两个或者四个千斤顶，或者多余四个螺纹就被认为在本次发明的范围内。在一个优选的实施方式中，滚珠螺杆组件 18 的各螺母 23 具有两组循环球在相应的循环管（不可见是因为他们覆盖了板 20）以改善性能，提高了生命周期，并且降低了灾难性故障可能性。应当知道其他含有螺旋类型被认为在本次发明的范围内。比如，滚珠丝杠组件用多于或少于两套循环滚珠和对应尺寸的循环管，顶级螺钉包括单一和多导螺丝。【0020】一对耦合机构 24 有具有延伸的驱动轴 26 从其上向外固定到每个螺钉 21 的顶端。27 号销延伸穿过联接器 24 的孔径 28 和螺钉 21 的相应孔 22 ，从而确保连接器 24到螺丝装配 118 。传动轴 26 被固定以通过孔 33 延伸的销 31 联接器 24 在联接器 24 和一个相应的孔（未标出）中的驱动轴 26 。每个驱动轴 26 最好有一个 D 形结构在一个端部的横截面上。传动轴 26 延伸穿过 29 的结构形成止推板 30。止推板 30 通过适当的紧固手段固定在壳体 6 中，比如，焊接。一个套管 32 通过传动轴 26 被固定在每个邻接关系与推力板 30。每一个垫圈 34 被定在邻接关系中的套管 32 中的每个驱动轴 26。应当理解图示实施例子中垫圈 34 充当轴承螺钉 12 的回缩。因此，垫圈 34 可以是一个固体元件，或一滚动体类型的轴承取决于在千斤顶里的部位的负载与类型决定。因此，千斤顶 2 可以提供压缩以及张力作用。【0021】驱动销 36 插入驱动轴 26 的孔 37 ，从而轴向固定螺钉组件 18 对于止推板 30上。一个驱动组件 39 可旋转地驱动传动轴 26 。在这个优选的实施方案中，驱动组件39 包括驱动齿轮 40 和一个小齿轮 42 。驱动齿轮 40 各自优选为 D 形的孔 38 ，以接收驱动轴 26 。驱动齿轮 40 通过带驱动机的一个轴将小齿轮 42 进行驱动，没有看到一个马达 44 容纳在电机壳体的 45 。电动机轴通过小齿轮 42 延伸，穿过相应的垫圈 34 和衬套 32 和接收在中心孔 29 在止推板 30 ，其提供引导和轴向支撑。【0022】但是应当理解在某些优选实例中，如图 4，电机壳体 45 的下表面包括齿轮箱47 其接收驱动组件 39 。齿轮箱 47 由在马达外壳 45 的凹部构成，包括多个孔 59，其接收相应的驱动轴 26 ，以及任选地包括多个凸角 49。通过具有多个凸角和孔的，单一的齿轮箱 47 可以容纳具有不同数量的驱动器的齿轮组件 40 ，从而降低了制造成本。在所示实施例中，齿轮箱 47 可容纳一个驱动器部件有两个或三个驱动齿轮 40 。【0023】在运行中，马达 44 驱动小齿轮 42 ，从而导致驱动器的旋转轴齿轮 40 ，驱动齿轮 40 传递这个旋转运动带动轴 26 。通过联轴器 24 ，然后带动旋转运动传输到螺杆 21.螺栓 23 由法兰 12 进行固定，从而螺钉 21 旋转它们造成法兰 12 和柱塞 8 向下沿与螺母 23 移动。由此平移驱动螺杆 40 的旋转运动转换成柱塞 8 的线性运动。柱塞 8 移动到底板 10 接触的阻力点，如地面，在该点，继续线性运动到止推板 30 ，同时确定的结果壳体 6 和车辆 4 哪个被它固定，通过向上移动的这只在相反方向上和起7 重车 4 。该螺钉的行进量组件 18，所以，柱塞 8 将取决于插孔 2 的各组分的预期的用途和尺寸而变化。在某些优选的实施方案中，组合螺钉 18 大约 0.75“直径和大行程约15” 。合适的直径和游离的螺丝组件 18 的长度将变得显而易见，那些熟练的技术人员，考虑到公开的益处【0024】虽然所示实施例示出了垂直地通过插口 2 被抬起的车辆 4 ，但是应当理解的是，插座 2 的其它方位都被认为是在本发明的范围。因此，通过插座 2 产生的线性运动可被定向在水平方向上，或以任何其他期望的方向，并且可以在任意数量的工业应用。【0025】在一个优选实例中，每个螺丝 18 都装配制动器 46，在一个优选的实施方案中，刹车 46 包裹着弹簧制动器。刹车 46 定位在驱动轴 26 之间的止推板 30 和联接器24 的上表面 48.在图分解的方式下，制动器 46 被更清楚地看出来了。制动 46 包括轴承 52 在内的获得最顶杯 50 的下表面靠在底杯 58 的上表面 56，然后，如图所示，弹簧60 受到上部杯 50 和底部杯 58 之间的上表面 5 的摩擦顶杯 50 和止推板 30 造成的下表面顶杯 50 上嵌入推力的下表面板 30，从而确保顶杯 50 止推板 30 驱动轴 26 通过形成一个中心孔 53 延伸在顶杯 50，中心孔 55 形成在轴承 52，和形成底杯 58 的中心孔54，较低底下的杯子 58 的表面搁置在上表面 48 上联轴器 24.上表面 48 和下底杯 58 的表面最好硬化。在某些优选的实施方式中，凹部或卡销形成在底下的杯子 58 的下表面（未示出），已形成润滑脂袋。这些润滑脂袋可以起到控制底杯 58 和联轴器 24 之间耦合的摩擦，优化转动螺丝 21 所需的扭矩【0026】当螺钉 21 延伸，例如，当千斤顶 2 顶起重车 4，马达 44 使螺钉 21 在一个特定的方向转动（逆时针从上方在所示的图的实施例 2 可见，3）。因为每个螺杆 21 的旋转在该方向中，每个弹簧 60 松弛，使底下的杯子 58 相对于顶杯 50 通过轴承 52 自如地旋转。在顶杯 50 的上表面和止推板 30 的下表面上的摩擦可以防止顶杯 50 对于止推板 30 的旋转，类似地，在底杯 58 和结合 24 使它们一起旋转。由于连接器 24 和底杯58 自由旋转为一个单元，如上述所指出的，螺钉 21，其被固定到联接器 24，自由旋转并延伸，对压头 6 提供线性运动和起重车 4。【0027】制动器 46 以已知的工程方式运行，为了防止螺杆的后驱动组件 18 承受超过车辆 4 的负载。当千斤顶 2 处于静止位置时，千斤顶支持车辆的重量时造成螺钉 21 倾向于如从上面看到的回缩的旋转（图示的实例子是顺时针方向）。此转动使弹簧 60 以加强对底杯 58 和顶杯 50 的受力，也固定了轴承 52 的功能和底杯 58 相对于顶杯 50 的自由转动。此摩擦保护了顶杯 50 和止推板 30 之间，与底杯 58 和连接器 24 之间的旋转。并且由于螺钉 21 顷直接固定到联接器 24 ，螺钉 21。所以在旋转中可以防止反向驱动。【0028】为了缩回螺钉 21 ，电动机 44 是用来克服摩擦力。具体地，通过电动机 44 产8 生的转矩易克服联接器 24 的上表面 48 的表面硬化和底杯 58 的底部表面之间的摩擦力，因此，可以达到螺丝 21 回缩的目的（如上面的实例所示，按时针方向旋转），从而产生一个控制千斤顶和汽车的降低。应该理解的是弹簧 60 可以防止螺丝任何一个顺时针或者逆时针的方向旋转的趋势。【0029】具有多个螺钉组件 18 与每个千斤顶 2 有很多优点。多个螺杆组可使用更小直径的螺钉，因为它更易获得和制造。小直径的螺丝很少受施加在螺杆旋转的摩擦和使用过程中低扭矩被用作提升千斤顶。此外，千斤顶的冗余使用多个螺丝在鼓掌部位提供额外的安全性。例如，如果一个制动器发生故障或者表现不佳，但是另外一个制动和制动器仍然提供制动，可以减少对辅助制动器的依赖性，即电动机已经成为了整体。【0030】由于有多个驱动齿轮 40 驱动多个螺钉组件 18 ，螺钉的适当定时齿轮是必要的部位。为了提供适当的精度，顶杯 50 的顶杯表面 51 是必须控制在 0.010。一个优选实施例中以确保适当的平行度在，螺母 23 首先固定到凸缘 12。联轴器 24 和相应的驱动器轴 26 然后附至 46 被放置在螺钉组件 18 ，和制动器在驱动器位置轴 26 。螺钉 21顷然后转动一个定义距离，直到顶面 48 联轴器 24 是彼此平行度的小于 0.010。然后确保在 D 形驱动的平面轴 26 在定义关系范围内。即平行度约 0.005。孔 28、22 都钻在联轴器 24 和螺钉 21 ，分别进入枢轴 27。在定义之间的传动轴关系时允许适当对齐齿轮。螺钉 21 然后扩大相同定义的量，大于约 0.500。并在 D 形驱动轴 26 的平坦表面的对准定义的相关部位，即在平行约 0.005。刹车 46 然后固定在驱动轴 26 ，而其余元件都安装。【0031】确保正确对齐和螺杆定位时齿轮 40 的另一种方法是使用相同扭矩的具体情况来计算每个螺钉 12 延伸等量，例如，约 0.500。刹车 46 放在驱动器轴 26 和止推板 30被放置在驱动器轴 26 。然后单独确保每个制动器 46 被拧紧，对止推板 30 有着相同转矩的量。其余的组件可以安装上去了。因此以这种并行的部件方式，可确保适当的定时螺旋齿轮 40。但应当理解的是，本文所公开的优选实施例是仅仅通过举例的方式并仅具有说明性，但是有少许可表示的本发明原理的应用可具体实施方案。【0032】但应当理解的是，本文所公开的优选实施例是仅仅通过举例的方式，具有说明性。但是有少许可表示的本发明原理的应用的可能具体实施方案。鉴于上述公开内容的优选实施例的本发明和描述的，本领域技术人员在这一技术领域很容易理解和修改，调整但脱离不开本发明的范围和精神。所有包括以下要求的修改和调整。我的要求： 1、千斤顶包括以下结构： 1）电动机； 2）一个被电动机连接的齿轮； 9 3）一个活塞； 2、多个由齿轮组件驱动而移动压头螺钉组件。 3、根据专利 1 要求的千斤顶，其中所述齿轮组件包括一小齿轮由马达和由小齿轮驱动的多个螺丝齿轮驱动，每个螺旋齿轮驱动相应的螺丝装配。 4、根据专利 1 要求的千斤顶刹车可以操作的将螺丝连接到每个刹车上。 5、根据专利 3 要求的千斤顶，其中每个制动器是一个绕弹簧制动。 6、根据专利 1 要求的千斤顶，其中每个螺丝组件的插孔，包括具有一个螺母和螺钉滚珠丝杠。 7、根据专利 1 要求的千斤顶，其还包括一在壳体中灵活滑动活塞。 8、根据专利 6 要求的千斤顶，还包括一个托架固定在壳体上。 9、根据专利 6 要求的千斤顶，还包括一止推板固定在壳体上。 10、根据专利 8 要求的千斤顶，其中每个螺钉组件的插孔轴向固定相对于所述止推板。 11、根据专利 1 要求的千斤顶，其还包括一底板固定于推杆的端部。 12、根据专利 1 要求的千斤顶，包括多个联轴器，联轴器各固定螺丝组装和具有驱动轴从其延伸。 13、根据专利 11 要求的千斤顶，其特征有所述齿轮组件，包括小齿轮由马达和多个从动小齿轮带动，每一个从动螺旋齿轮带动一个对应的传动轴。 14、根据专利 1 要求的千斤顶，包括多个弹簧制动器，每个弹簧制动安装驱动轴和联轴器之间。 15、根据专利 1 要求的千斤顶，还包括一个凸缘，固定所述柱塞，具有多个孔的法兰，每个螺钉穿过相应延伸固定组件。 16、根据专利 15 要求的千斤顶，其中，每个螺钉组件滚珠丝杠有一个螺母和螺钉。 l|ll|l|l|l| US 20030111656A1 (19) United States (12) Patent Application Publication (10) Pub. N0.: US 2003/0111656 A1 Erickson (43) Pub. Date: Jun. 19, 2003 (54) MULTIPLE SCREW JACK (21) Appl. No.: 10/022,604 (75) Inventor: John Scott Erickson, Roscoe, IL (US) (22) Filed: Dec. 17, 2001 Correspondence Address: Publication Classi?cation BANNER & WITCOFF LTD., ATTORNEYS FOR DURA AUTOMOTIVE (51) Int. Cl.7 . . B60S 9/02 28 - . . BOSTON, MA 02109 (US) (57) ABSTRACT (73) Assignee: Dura Global Technologies, Inc., 2791 A jack includes a motor, a gear assembly operably connected Research Drive, Rochester Hills, MI to the motor, a ram, and a plurality of screWs driven by the 48309 gear assembly to move the ram. 1Patent Application Publication Jun. 19, 2003 Sheet 1 0f 4 4 A / /, / / US 2003/0111656 A1 NWO? I 2Patent Application Publication Jun. 19, 2003 Sheet 2 0f 4 US 2003/0111656 A1 3Patent Application Publication Jun. 19, 2003 Sheet 3 0f 4 US 2003/0111656 A1 4Patent Application Publication Jun. 19, 2003 Sheet 4 0f 4 US 2003/0111656 A1 5US 2003/0111656 A1 MULTIPLE SCREW JACK FIELD OF THE INVENTION 0001 This invention relates generally to the ?eld of jacks, and, more particularly, to jacks actuated by screw assemblies. BACKGROUND OF THE INVENTION 0002 ScreW jacks are known to be used in various applications, including leveling and supporting vehicles such as recreational vehicles and trailers. Such jacks have a single screW that is rotated by Way of a motor and gear assembly to raise and loWer the vehicle. 0003 US. Pat. No. 4,067,543 to Orth et al. discloses a retractable jack having a jackscreW threaded in a jackscreW nut. A motor and associated gear assembly rotatably drives the jackscreW. Orth is limiting in that only a single jackscreW is provided and, therefore, no redundancy is provided in the event of failure of the screW. Additionally, signi?cant torque is required to lift the load With the use of a single screW. 0004 It is an object of the present invention to provide a jack that reduces or Wholly overcomes some or all of the dif?culties inherent in prior knoWn devices. Particular objects and advantages of the invention Will be apparent to those skilled in the art, that is, those Who are knowledgeable or experienced in this ?eld of technology, in vieW of the folloWing disclosure of the invention and detailed descrip tion of preferred embodiments. SUMMARY 0005 The principles of the invention may be used to advantage to provide a jack having a plurality of screWs. The plurality of screWs alloWs for smaller diameter screWs to be used, easing manufacturing and improving availability. Additionally, smaller diameter screWs are less affected by rotational friction, thereby reducing the torque required to operate the jack. Using a plurality of screWs also provides redundancy of components, and, therefore, enhances safety. 0006 In accordance With a ?rst aspect, a jack includes a motor, a gear assembly operably connected to the motor, a ram, and a plurality of screW assemblies driven by the gear assembly to move the ram. 0007 In accordance With another aspect, a jack includes a motor. A gear assembly has a pinion gear operably connected to and driven by the motor, and a plurality of screW gears. Each screW gear is driven by the pinion gear. A ram is slidably received in a housing, and a thrust plate is secured to the housing. Each screW of a plurality of screW assemblies is operably connected to the ram, axially ?xed With respect to the thrust plate, and driven by a screW gear to move the ram With respect to the thrust plate. 0008 In accordance With another aspect, a jack includes a motor and a gear assembly. The gear assembly has a pinion gear operably connected to and driven by the motor, and three screW gears. Each screW gear is driven by the pinion gear. A ram is slidably received in a housing, and a thrust plate is secured to the housing. Each of three ball screWs is operably connected to the ram, axially ?xed With respect to the thrust plate, and driven by a screW gear to move the ram With respect to the thrust plate. Jun. 19, 2003 0009 From the foregoing disclosure, it Will be readily apparent to those skilled in the art, that is, those Who are knoWledgeable or experienced in this area of technology, that the present invention provides a signi?cant advance. Preferred embodiments of the jack of the present invention can provide a jack that operates With reduced torque, has increased safety, and minimiZes manufacturing costs. These and additional features and advantages of the invention disclosed here Will be further understood from the folloWing detailed disclosure of preferred embodiments. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS 0010 FIG. 1 is a perspective vieW of a vehicle shoWn With four jacks in accordance With a preferred embodiment of the present invention. 0011 FIG. 2 is an exploded vieW of a preferred embodi ment of the jack of FIG. 1. 0012 FIG. 3 is an exploded vieW of a brake of the jack of FIG. 2. 0013 FIG. 4 is a perspective vieW of the bottom side of the motor housing of the jack of FIG. 2. 0014 It should be understood that the appended draWings are not necessarily to scale, presenting a someWhat simpli ?ed representation of certain preferred embodiments illus trative of the basic principles of the invention. The speci?c design of jacks in accordance With the invention, including, for example, speci?c con?gurations and dimensions of the jack and its components Will be determined in part by the intended application and use environment. Certain features of the assembly have been enlarged or distorted relative to others to facilitate visualiZation and clear understanding. In particular, thin features may be thickened, for example, for clarity of illustration. All references to direction and posi tion, unless otherWise indicated, refer to the orientation of the jack illustrated in the draWings. It should be understood that jacks in accordance With the invention could be used in diverse applications. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 0015 Certain preferred embodiments of the jack of the present invention are suitable for lifting and supporting vehicles, such as recreational vehicles, as trailer ?fth Wheels, and as center-mount jacks for trailers, e.g., horse and com mercial trailers. HoWever, it Will be readily apparent to those skilled in the art, given the bene?t of this disclosure, that other applications for jacks providing both vertical and horiZontal linear actuation are considered Within the scope of the invention. 0016 Referring noW to one preferred embodiment depicted in FIG. 1, a plurality of jacks 2 in accordance With the present invention are seen to be installed on a vehicle 4 to lift, level, and support vehicle 4. In the illustrated embodi ment, vehicle 4 has four jacks 2, hoWever, it is to be appreciated that any number of jacks may be used in accordance With the principles of the present invention. 0017 A preferred embodiment of a jack 2, seen more clearly in exploded form in FIG. 2, has a housing 6, Within Which a ram 8 is slidably received. Abase plate 10 is secured at one end of ram 8, shoWn in this embodiment as the loWer 6US 2003/0111656 A1 end of ram 8. A?ange 12 is secured to the ram 8 With a pair of lances 9 formed in ram 8. In a preferred embodiment, each lance 9 is formed by cutting tWo semi-circular slits in ram 8 and bending the semicircular cut portions of the ram inWard, providing a slot Within Which ?ange 12 is received so as to secure ?ange 12 axially With respect to ram 8. Apair of opposed recesses 11 in ?ange 12 mates With ridges 13 formed in ram 8 to properly mate ?ange 12 With ram 8 and prevent rotational movement betWeen ram 8 and ?ange 12. Aprojection 17 formed in housing 6 is slidably received in a slot 19 formed in ram 8 to prevent rotational movement betWeen housing 6 and ram 8. A bracket 14 is secured to housing 6. Bolts or other suitable fasteners (not shoWn) extending through apertures 15 in bracket 14 are used to secure jack 2 to vehicle 4. It is to be appreciated that other fastening means for securing jack 2 to vehicle 4 may be used, and such suitable fastening means Will become readily apparent to those skilled in the art, given the bene?t of this disclosure. 0018 A plurality of threaded apertures 16 is formed in ?ange 12. In the illustrated embodiment, screW assemblies 18 are ball screWs, formed of a screW 21 and a nut 23. Each nut 23 is screWed into a threaded aperture 16 and subse quently Welded to ?ange 12, thereby securing it to ?ange 12. Each screW 21 extends through a corresponding aperture 16. As screWs 21 rotate, ?ange 12 and ram 8, Which are secured to nuts 23, move With respect to screWs 21. Each screW 21 has an aperture 22 formed proximate an end thereof. 0019 In the illustrated embodiment, there are three screW assemblies 18 and three corresponding apertures 16. HoW ever, it is to be appreciated that a jack having tWo, or four, or more than four screW assemblies is considered to be Within the scope of the invention. In a preferred embodi ment, each nut 23 of a ball screW assembly 18 has tWo sets of recirculating balls in corresponding return tubes (not visible here as they are covered by plates 20) to improve performance, increase the life cycle, and reduce the chances of catastrophic failure. It is to be appreciated that other screWs types are considered Within the scope of the inven tion, e.g., ball screW assemblies With more or less than tWo sets of recirculating balls and corresponding numbers of return tubes, acme screWs, including single and multi-lead screWs. 0020 A coupling 24 having a drive shaft 26 extending outWardly therefrom is secured to an end of each screW 21. Apin 27 extends through an aperture 28 in coupling 24 and a corresponding aperture 22 in screW 21, thereby securing coupling 24 to screW assembly 118. Drive shaft 26 is secured to coupling 24 by a pin 31 extending through an aperture 33 in coupling 24 and a corresponding aperture (not seen) in drive shaft 26. Each drive shaft 26 preferably has a D shaped cross section on at least an end portion thereof. Drive shafts 26 extend through apertures 29 formed in a thrust plate 30. Thrust plate 30 is secured to housing 6, by suitable fastening means, e.g., Welding. A bushing 32 is positioned on each drive shaft 26 in abutting relationship With thrust plate 30. A Washer 34 is then positioned on each drive shaft 26 in abutting relationship With bushing 32. It is to be appreciated that in the illustrated embodiment, Washer 34 acts as a bearing When screWs 12 are in retraction. Thus, Washer 34 can be a solid element, or a rolling type bearing, depending Jun. 19, 2003 on the type and amount of load that the jack encounters. Consequently, jack 2 can act in compression as Well as tension. 0021 A drive pin 36 is inserted into an aperture 37 formed in each drive shaft 26, thereby axially ?xing screW assemblies 18 With respect to thrust plate 30. A drive assembly 39 rotatably drives drive shafts 26. In a preferred embodiment, drive assembly 39 includes drive gears 40 and a pinion gear 42. Drive gears 40 each preferably have a D shaped aperture 38 to receive a drive shaft 26. Drive gears 40 are driven by pinion gear 42, Which is in turn driven by a shaft, not seen, of a motor 44 housed in a motor housing 45. The motor shaft extends through pinion gear 42, through a corresponding Washer 34 and bushing 32 and is received in a central aperture 29 in thrust plate 30, Which provides guidance and support for the shaft. 0022 It is to be appreciated that in certain preferred embodiments, as seen in FIG. 4, an under surface of motor housing 45 includes a gearbox 47 that receives drive assem bly 39. Gearbox 47 is formed as a recess in motor housing 45, includes a plurality of apertures 59 that receive corre sponding drive shafts 26, and optionally includes a plurality of lobes 49. By having a plurality of lobes and apertures, a single gearbox 47 can accommodate drive assemblies hav ing different numbers of drive gears 40, thereby reducing manufacturing costs. In the illustrated embodiment, gearbox 47 can accommodate a drive assembly With tWo or three drive gears 40. 0023 In operation, motor 44 drives pinion gear 42, Which in turn causes rotation of drive gears 40. Drive gears 40 transfer this rotational movement to drive shafts 26. Cou plings 24 then transfer the rotational movement to screWs 21. Since nuts 23 are secured to ?ange 12, as screWs 21 rotate they cause ?ange 12 and ram 8 to move doWnWardly along With nuts 23, thereby translating the rotational move ment of drive screWs 40 into a linear movement of ram 8. Ram 8 moves until base plate 10 encounters a resisting force, such as the ground, at Which point, the continued linear movement causes thrust plate 30, and, consequently housing 6 and vehicle 4 to Which it is secured, to move upWardly in the opposite direction, lifting vehicle 4. The amount of travel of screW assemblies 18, and, therefore, ram 8 Will vary depending on the intended use and siZe of the components of jack 2. In certain preferred embodiments, screW assemblies 18 are approximately %“ in diameter, and travel approximately 15 “. Suitable diameters and lengths of travel for screW assemblies 18 Will become readily apparent to those skilled in the art, given the bene?t of this disclosure. 0024 Although the illustrated embodiment shoWs a vehicle 4 being lifted vertically by jacks 2, it is to be appreciated that other orientations of jacks 2 are considered to be Within the scope of the invention. Therefore, the linear movement produced by jack 2 can be oriented in a horiZontal direction, or in any other desired direction, and can be applied in an unlimited number of industries. 0025 In a preferred embodiment, brakes 46 are provided on each screW assembly 18. In a preferred embodiment, brakes 46 are Wrap spring brakes. Brakes 46 are positioned on drive shaft 26 betWeen thrust plate 30 and an upper surface 48 of coupling 24. A brake 46 is more clearly seen in exploded fashion in FIG. 3. Brake 46 includes top cup 50 Within Which a bearing 52 is received. A loWer surface of 7US 2003/0111656 A1 bearing 52 rests on an upper surface 56 of a bottom cup 58. A spring 60 then receives upper cup 50 and bottom cup 58, as seen in FIG. 2. The friction betWeen an upper surface 51 of top cup 50 and a loWer surface of thrust plate 30 causes top cup 50 to essentially embed in the loWer surface of thrust plate 30, thereby securing top cup 50 to thrust plate 30. Drive shaft 26 extends through a central aperture 53 formed in top cup 50, a central aperture 55 formed in bearing 52, and a central aperture 54 formed in bottom cup 58. A loWer surface of bottom cup 58 rests on upper surface 48 of coupling 24. Upper surface 48 of coupling 24 and the loWer surface of bottom cup 58 are preferably hardened. In certain preferred embodiments, recesses or detents are formed on the under surface of bottom cup 58 (not shoWn) to form grease pockets. These grease pockets can serve to control the friction betWeen bottom cup 58 and coupling 24, optimiZing the torque required to rotate screWs 21. 0026 When screWs 21 are extended, e.g., When jacks 2 are lifting vehicle 4, motor 44 causes screWs 21 to rotate in a particular direction (counterclockwise as seen from above in the illustrated embodiment of FIGS. 2, 3). As each screW 21 rotates in this direction, each spring 60 relaxes, alloWing bottom cup 58 to rotate freely With respect to top cup 50 via bearing 52. The friction betWeen upper surface 51 of top cup 50 and the loWer surface of thrust plate 30 prevents rotation of top cup 50 With respect to thrust plate 30. Similarly, the friction betWeen bottom cup 58 and coupling 24 causes them to rotate together. Since coupling 24 and bottom cup 58 rotate freely as a unit, as noted above, screWs 21, Which are secured to couplings 24, freely rotate and extend, providing linear motion for ram 6 and lifting vehicle 4. 0027 Brake 46 Works in knoWn fashion to prevent back drive of screW assemblies 18 under the load of vehicle 4. When jack 2 is in a rest position, the Weight of the vehicle on the jacks causes screWs 21 to tend to rotate in the direction of retraction (clockwise as seen from above in the illustrated embodiment). This rotation causes spring 60 to tighten on bottom cup 58 and top cup 50, disabling the function of bearing 52 and the free rotation of bottom cup 58 With respect to top cup 50. Since friction prevents rotation betWeen top cup 50 and thrust plate 30 and betWeen bottom cup 58 and coupling 24, and since screWs 21 are directly secured to coupling 24, rotation of screWs 21 and, therefore, back drive is prevented. 0028 In order to retract screWs 21, motor 44 is used to overcome the friction forces. Speci?cally, the torque gener ated by motor 44 easily overcomes the friction betWeen the hardened surfaces of upper surface 48 of coupling 24 and the bottom surface of bottom cup 58, alloWing coupling 24 to rotate With respect to bottom cup 58, and, therefore, alloW ing screWs 21 to rotate in the direction of retraction (clock Wise as seen from above in this embodiment), resulting in a controlled loWering of the jack and the vehicle. It is to be appreciated that spring 60 may have an orientation prevent ing rotation of screWs 21 in either a clockWise or counter clockWise direction. 0029 Having a plurality of screW assemblies 18 associ ated With each jack 2 provides numerous advantages. The use of multiple screW assemblies alloWs smaller diameter screWs to be used, Which are simpler to manufacture and more readily available. Smaller diameter screWs are also less affected by the rotational friction applied to the screW threads, and a loWer torque is required to lift the jack When Jun. 19, 2003 multiple screWs are used. Additionally, the redundancy of the components of a jack With multiple screWs provides additional safety in the event of the failure of a component. For example, if a brake Were to fail or under perform,

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