电动式螺旋千斤顶的设计[剪式千斤顶]【9张PDF图纸+CAD制图+文档】
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电动式螺旋千斤顶的设计电动式螺旋千斤顶的设计目录摘要1Abstract2第一章、序言41.1本课题研究的意义41.2国内外千斤顶技术的发展现状71.2.1国外发展情况81.2.2国内发展情况81.3本课题的主要研究任务9第二章、电动千斤顶的概念设计102.1 概述102.2 典型汽车用千斤顶特点比较102.3新型千斤顶的设计方案确定和论证112.4 本章小结12第三章：电动千斤顶关键部件的详细设计143.1 电动千斤顶的主要设计参数143.1.1电动千斤顶的主要设计技术指标143.1.2电动千斤顶的主要使用条件143.2 电动千斤顶运动与受力分析143.2.1千斤顶运动分析143.22千斤顶受力分析183.3 电动千斤顶的部件设计193.31螺旋传动装置193.32减速装置203.4 本章小结23第四章:传动装置计算及各轴设计与校核244.1 传动装置的动力参数计算244.2 各轴的设计25第五章：维护与使用说明36第六章：结论38参考文献40谢词4222电动式螺旋千斤顶设计摘要千斤顶作为一种传统顶举重物的工具，在建筑、铁路、医疗、汽车维修等各领域均得到广泛的应用。本文主要针对汽车用千斤顶的设计与制造技术进行了研究。本文首先综合分析了国内外汽车用千斤项的发展现状和结构特点，讨论了开发新型汽车用千斤顶的意义。在综合分析比较各种现有汽车用千斤顶方案特点的基础上，提出了电动手动快速切换千斤顶的设计方案。本文主要对选定的汽车用千斤项方案进行了概念设计和详细设计，还完成了课题研究所需的图纸设计工作。据国家统计局统计信息显示，我国个人汽车保有量1999年已达534万辆，2002年国内轿车年产销量均突破100万辆，2003年有继续增长的趋势。我国汽配企业不仅供应国内市场的需求，每年还生产出口约500万台汽车用千斤顶到世界各国。考虑到每年我国生产制造的汽车用千斤项产量巨大，若能采用本文提出的方法设计制造该产品，则可大量节约材料成本，其经济效益十分可观。同时，优化后的产品在降低生产成本的前提下，其可靠性和稳定性方面也有了一定的提高。关键字:汽车用千斤顶，优化设计，发展现状Electric screw jack designAbstract Jack as a traditional top-heavy lifting tools in construction, railway, medical, automotive repair and other fields have been widely used. This paper mainly for automotive design and manufacturing technology jacks were studied.Firstly, a comprehensive analysis of domestic and foreign cars with extremely heavy items and structural features of the current development, discussed the development of new car with a jack significance. In the comprehensive analysis and comparison of existing car with a jack program features, based on the proposed electric manual rapid switching jack design.This paper focuses on a selected vehicle program was extremely heavy items conceptual design and detailed design, also completed the research work required design drawings.According to the National Bureau of Statistics show that Chinas personal car ownership in 1999 reached 5.34 million, in 2002 domestic car has broken one million annual sales in 2003, the trend has continued to grow. Of auto parts companies only supply the domestic market demand, production and export annually about 500 million vehicles with a jack to the world. Taking into account the countrys automotive manufacturing extremely heavy items yield tremendous, if we adopt the method proposed in this paper the design and manufacture of the product, you can save a lot of material costs, its economic benefits are substantial. Meanwhile, the optimized products under the premise of reducing production costs, the reliability and stability has also been improved to some extent.Key word: Car with a jack； optimal design；development status电动式螺旋千斤顶的设计 编号 南京航空航天大学毕业论文题 目电动式螺旋千斤顶的设计学生姓名冯杰学 号070810123学 院民航（飞行）学院专 业空中交通管理与签派班 级0708101指导教师李海峰（讲师）二一二年六月南京航空航天大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目： 电动式螺旋千斤顶的设计）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名： 年 月 日 学号：电动式螺旋千斤顶的设计目录摘要1Abstract2第一章、序言41.1本课题研究的意义41.2国内外千斤顶技术的发展现状71.2.1国外发展情况81.2.2国内发展情况81.3本课题的主要研究任务9第二章、电动千斤顶的概念设计102.1 概述102.2 典型汽车用千斤顶特点比较102.3新型千斤顶的设计方案确定和论证112.4 本章小结12第三章：电动千斤顶关键部件的详细设计143.1 电动千斤顶的主要设计参数143.1.1电动千斤顶的主要设计技术指标143.1.2电动千斤顶的主要使用条件143.2 电动千斤顶运动与受力分析143.2.1千斤顶运动分析143.22千斤顶受力分析183.3 电动千斤顶的部件设计193.31螺旋传动装置193.32减速装置203.4 本章小结23第四章:传动装置计算及各轴设计与校核244.1 传动装置的动力参数计算244.2 各轴的设计25第五章：维护与使用说明36第六章：结论38参考文献40谢词424242电动式螺旋千斤顶设计摘要千斤顶作为一种传统顶举重物的工具，在建筑、铁路、医疗、汽车维修等各领域均得到广泛的应用。本文主要针对汽车用千斤顶的设计与制造技术进行了研究。本文首先综合分析了国内外汽车用千斤项的发展现状和结构特点，讨论了开发新型汽车用千斤顶的意义。在综合分析比较各种现有汽车用千斤顶方案特点的基础上，提出了电动手动快速切换千斤顶的设计方案。本文主要对选定的汽车用千斤项方案进行了概念设计和详细设计，还完成了课题研究所需的图纸设计工作。据国家统计局统计信息显示，我国个人汽车保有量1999年已达534万辆，2002年国内轿车年产销量均突破100万辆，2003年有继续增长的趋势。我国汽配企业不仅供应国内市场的需求，每年还生产出口约500万台汽车用千斤顶到世界各国。考虑到每年我国生产制造的汽车用千斤项产量巨大，若能采用本文提出的方法设计制造该产品，则可大量节约材料成本，其经济效益十分可观。同时，优化后的产品在降低生产成本的前提下，其可靠性和稳定性方面也有了一定的提高。关键字:汽车用千斤顶，优化设计，发展现状Electric screw jack designAbstract Jack as a traditional top-heavy lifting tools in construction, railway, medical, automotive repair and other fields have been widely used. This paper mainly for automotive design and manufacturing technology jacks were studied.Firstly, a comprehensive analysis of domestic and foreign cars with extremely heavy items and structural features of the current development, discussed the development of new car with a jack significance. In the comprehensive analysis and comparison of existing car with a jack program features, based on the proposed electric manual rapid switching jack design.This paper focuses on a selected vehicle program was extremely heavy items conceptual design and detailed design, also completed the research work required design drawings.According to the National Bureau of Statistics show that Chinas personal car ownership in 1999 reached 5.34 million, in 2002 domestic car has broken one million annual sales in 2003, the trend has continued to grow. Of auto parts companies only supply the domestic market demand, production and export annually about 500 million vehicles with a jack to the world. Taking into account the countrys automotive manufacturing extremely heavy items yield tremendous, if we adopt the method proposed in this paper the design and manufacture of the product, you can save a lot of material costs, its economic benefits are substantial. Meanwhile, the optimized products under the premise of reducing production costs, the reliability and stability has also been improved to some extent.Key word: Car with a jack； optimal design；development status第一章、序言1.1本课题研究的意义本课题的主要任务是探讨已有的汽车用千斤顶技术，设计开发一种新型的电动手动快速切换汽车用千斤顶，并将现代设计方法运用于汽车用千斤顶设计，提高其使用性能，降低生成成本。千斤顶对于人们来说并不陌生，日常生产实践中经常会遇到这样一些情况：例如需要将重物如车辆、大型设备、井下轨道等在没有起吊设备的情况下移动或抬起它们，而仅靠人工操作是非常困难甚至根本无法实现的，这就需要用到千斤项。由此可见，千斤顶与人们的生活密切相关。作为一种传统顶举重物的工具，千斤顶在建筑、铁路、医疗、汽车维修等各领域均得到了广泛的应用。目前，在生产实践中使用着以下各种各样的千斤项；(1)在建筑领域中应用的千斤顶主要有钢绞线千斤顶、松卡式千斤顶、穿心式千斤顶、掩护支架平衡千斤顶、预应力前卡式千斤顶、预应力张拉式千斤顶、窄空间小吨位千斤顶等；(2)在汽车运输维修部门应用的千斤顶有螺旋千斤顶、液压千斤顶、充气千斤顶等；(3)在医疗卫生部门应用的有X线刀机械微调千斤顶；(4)除此以外还有应用在其他领域的一些千斤项。由于使用对象的差别和使用场合的不同，在汽车维修领域也有各种各样不同类型的产品出现。汽车用千斤顶的分类方法如下：(1)按汽车用千斤顶的结构特点分类，可分为立式千斤顶、卧式千斤顶和剪式千斤顶。目前开发出的立式千斤顶多为手动方式，它是一种常用的顶举或提升重物的轻小型起重设备，广泛应用于起重、运输、装卸、安装及某些特殊工艺操作。这种立式千斤顶技术成熟，但在送入车下起顶部位和起顶时，由于操作者不能完全在车外部进行操作，因此操作不便。卧式千斤顶由油泵、工作油缸、顶臂、承力盘、手柄、侧板和轮子组成，使用时可以让用户在车外方便地操作。它的起顶高度低，可达高度高，上升速度也较快，但起重吨位较低，本身尺寸较大，目前常用的有以下几种卧式千斤顶：轻型：用于轿车随车工具或自各外出以供急需，由于对象固定，因而可设计得小巧、轻便。用于随车工具或私人车库维修设备，属不定期使用，故并不强调牢固耐用。中型：用于一般汽车维修工具，供修理汽车用，由于对象范围广，使用频度高，故要求操作方便快速，稳定性好，并要求一定寿命。重型：用于有较大周转场地的维修或事故抢救。由于使用条件限制，因而要求数量不是很多，从而单价高、使用频度高，因此这种千斤顶一般须有使用寿命的要求(一般不低于200次)。剪式千斤顶的外形如图1-1所示，它是一种原理卧式千斤顶。剪式千斤顶有机械式的，也有液压式的。机械剪式千斤顶整个系统一般由上下举臂、丝杆和底座组成。若是电动剪式千斤顶，则还有电机、减速箱和固定板；液压剪式千斤顶则在底座上设有油室及油路连通机构。剪式千斤顶一般有手动和电动两种操作方式。图1-1 剪式千斤顶示意图(2)根据汽车用千斤顶动力来源的不同，可分为手动千斤顶、电动千斤项和电动手动两用千斤顶。手动千斤顶的动力来源是人力驱动。虽然制造简单，价格低廉，但由于使用时必须用手不断操作才能升降套简或举臂，所以费时费力，使用极其不便。如前面提到的立式千斤顶和卧式千斤项太都是手动方式。电动千斤顶的动力来源是电动机驱动。使用时直接利用汽车自备电源，驱动直流电机，通过适当的控制电路来实现所需要的功能，代替手工操作控制千斤顶的升降。因此相对手动千斤顶来说它提高了工作效率，避免了重复繁重的体力劳动，为司机创造出一种方便、高效、省力的修车环境和条件。但是单纯的电动千斤顶同样存在着局限性，如当电动装置损坏或者由于别的原因而导致电动装置无法工作时千斤顶就无法使用。电动手动两用千斤顶的动力来源既可以是电动机驱动又可以是人力驱动。用户可以根据实际情况选择不同的驱动方式。这种功能实现的关键是电动方式与手动方式的切换装置。它既可吐克服手动千斤项的低效、费力、不便等缺点，又可以拥有单纯电动千斤顶所无法具有的广泛实用性优点。所以现在大多数用户已经不再使用传统的手动千斤顶，转而使用电动或电动手动两用千斤项。现在已经开发出的电动千斤顶种类较多，有机械式的，也有液压式的；有直接控制式的，也有红外遥控式的。(3)根据汽车用千斤项传动类型的不同，可分为机械传动千斤顶和液压传动千斤顶。机械传动千斤顶是通过机械装置来实现千斤项的传动功能，如立式螺旋千斤顶。工作时千斤顶的螺母固定，利用手柄直接驱动螺杆作螺旋运动，从而将螺杆端部承力盘上的重物顶起。立式螺旋千斤顶除了采用手柄直接驱动螺杆的传统方式以外，还有以齿轮传动(圆柱直齿或锥齿轮)来驱动螺杆的方式。液压千斤项则是通过液压装置来实现千斤顶的传动功能。它将密封在油缸中的液体作为介质，把液压能转换为机械能，从而将重物向上项起。液压千斤顶结构简单，体积小，重量轻，自润滑性好，举升力大，易于维修，但同时制造精度要求较高，效率低，操作不当时支点易滑脱，存在不安全因素。若出现泄漏现象将引起举升汽车的下降，保险系数降低，使用其举升时易受部位和地方的限制。综上所述，虽然已有多种汽车用千斤顶，但这些产品大多利用传统设计方法，存在进一步改进设计、提高性能、降低成本的可能。另一方面，随着社会经济的发展，人们消费水平的提高，用户需求也在发生着巨大的变化。消费者将不再仅仅追求产品的结实、耐用、安全，而进一步关注产品的功能、经济、美学等特性。就汽车用千斤顶来说，随着人们生活质量的提高，人们也对产品提出了更高的要求，千斤项应当在满足功能要求的前提下向轻便化、美观化、经济化发展。目前世界轿车产量一年在4000万台以上，每辆车应当配备一台千斤顶，以便在途中更换轮胎时使用，以此计算，每年全世界的汽车用千斤顶需求量就达4000万台。随着我国国民经济的发展，近几年汽车用量也大幅增长，为千斤顶制造商提供了极好的发展机遇。据国家统计局统计资料显示，2002年全国轿车产销量分别为106.24万辆和105.8万辆，比上年增长52.8和50。2003年全国汽车需求量约为380万辆，国产轿车需求143.5万辆，如果每辆轿车配备一台千斤顶，则汽车用千斤顶就达到百万台以上的产量，再加上出口数量的提高，其总产量十分可观。庞大的汽车销售市场，孕育着汽车随车工具的巨大市场。千斤顶作为汽车保养、维修所不可缺少的主要举升工具，市场前景也非常看好。据业内人士预测，本世纪该行业将进入新一轮竞争。但是传统的千斤顶(如螺旋式、液压式等)，多为手动操作，费时费力，劳动条件差且安全性低；而目前使用的电动千斤顶又大多结构复杂、体积大、重量重、工作稳定性较差且生产成本高，需要加以改进。随着计算机、信息技术的广泛应用，在产品设计中运用计算机辅助设计方法(用计算机完成绘图、模拟、优化和其他数值分析等任务)来进行概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机绘图等己成为常用设计方法。同时，计算机科学的高速发展也使优化设计过程变得更简单易行。我们可以根据数学模型的特性，选择适当的优化设计计算方法，获得最优设计方案。而对我国当前千斤顶设计制造技术水平比较落后，激烈的市场竞争和巨大的市场潜力同时存在的情形，有必要将现代设计方法应用到传统产品(如千斤项)开发过程中，以提高我国千斤顶设计制造技术的水平。1.2国内外千斤顶技术的发展现状1.2.1国外发展情况早在20世纪40年代，卧式千斤顶就已经开始在国外的汽车维修部门使用，但由于当时设计和使用上的原因，其尺寸较大，承载量较低。后来随着社会需求量的增大以及千斤顶本身技术的发展，卧式千斤顶逐渐向小型化发展。在90年代初国外绝大部分用户已以卧式千斤顶替代了立式千斤顶。在90年代后期国外研制出了充气千斤顶，和便携式液压千斤顶等新型千斤顶。充气千斤顶是由保加利亚汽车运输研究所发明的，它用有弹性而又非常坚固的橡胶制成。使用时，用软管将千斤顶连在汽车的排气管上，经过1520秒，汽车千斤顶鼓起，成为圆柱体。这种千斤项可以把1.5t重的汽车顶起70cm。Power.Riser II型便携式液压千斤顶则可用于所有类型的铁道车辆，包括装运三层汽车的货车、联运车以及高车顶车辆。同时它具有一个将负载定位的机械锁定环、一个三维机械手、一个全封闭构架以及一个用于防止杂质进入液压系统的外置过滤器。Truck Jack型便携式液压千斤顶则可用于对已断裂的货车转向架弹簧进行侠速的现场维修。该千斤顶能在现场从侧面对装有70125t级转向架的大多数卸载货车进行维修，并能完全由转向架侧架支撑住。它适用于车间或轨道上无需使用钢轨、道碴或轨枕作支承的情况1.2.2国内发展情况我国千斤顶技术起步较晚，由于历史的原因，直到1979年才接触到类似于国外卧式千斤顶这样的产品。经过多年设计与制造的实践，除了卧式千斤项以外，我国还研制出了新型折叠式液压千斤顼、新型剪式千斤顶、快速升降千斤顶、多用千斤顶、便携式电(手)动汽车用千斤顶、单动式千斤顶、双动式千斤顶、薄型千斤项、超薄型千斤项、空心千斤顶、实心千斤顶、柱塞千斤顶、高吨位千斤项等多种千斤顶。便携式电(手)动汽车用千斤顶是一种多用千斤顶，配合电动扳手(便携式电动汽车轮胎专用拆装扳手)使用，即为电动千斤顶；单独使用可作手动千斤项使用。配有专用撬棒，既可做手工拆装螺栓，也可配合千斤顶使用。薄型千斤顶体积小，并具有良好的工作能力。超薄型千斤顶体积进一步减小，并可产生更大的工作能力，特别适合在空问位置狭窄的地方使用。单动式空心柱塞千斤顶，不但具有举升功能，还有拉伸功能。单动式实心柱塞千斤顶是常规通用型，可应用于设备维修、安装及常规工业生产中。经过我国自行研发生产，我国生产的汽车用千斤顶产品在外形、使用、承载力、寿命等方面都得到了很大的改进，有些已经达到甚至超过了国外同类产品。目前我国的汽配企业不仅供应国内市场的需要，每年还出口约500万台汽车用千斤顶到世界各地。虽然如此，仔细分析千斤顶设计制造的技术水平，采用先进技术不足，仍存在较大的改进空间。1.3本课题的主要研究任务 鉴于当前汽车用千斤顶技术的现状，本课题主要研制一种结构简单、体积小、重量轻、安全高效且生产成本低的新型电动手动快速切换便携式千斤顶。本课题的主要任务如下：通过阅读大量国内外相关文献，在对国内外汽车用千斤顶技术的现状和特点进行综合分析的基础上，对新型千斤顶进行概念设计，确定可行的新型千斤顶设计方案；在概念设计基础上对新型千斤顶的关键部件进行详细设计，主要包括对千斤顶顶举结构、传动系统的设计。编写毕业设计论文和设计计算说明书，运用CAD应用软件绘制装配图和主要零件工作图，编写所设计装置的使用说明书。第二章、电动千斤顶的概念设计2.1 概述在机械产品开发过程中，概念设计是非常关键和重要的阶段。它首先需要仔细分析所研究的问题，并通过归纳、抽象等方法拟定功能结构，选择或设计合适的工作原理，进行产品的初始方案设计，为产品进一步的详细设计打好基础。对于本文来说，所研究的主要问题就是针对目前汽车用千斤顶市场的实际情况，研究开发出一种新型的便携式汽车随车千斤顶，要求这种千斤顶具有电动手动快速切换的功能，同时应尽可能使结构简单、体积小、重量轻且生产成本低。2.2 典型汽车用千斤顶特点比较1.立式千斤顶如绪论中所述立式千斤顶虽然技术比较成熟，但在送入车下起顶部位和起顶时，操作者不能在汽车外部进行操作，造成使用不便。而且它的起顶高度比较高，不适合底盘很低的小轿车使用，限制了其应用范围。因此在设计制造新型千斤顶时不采用立式结构。2.卧式千斤顶卧式千斤顶在使用时可以让用户在车外方便地操作，同时它的起顶高度低，可达高度高，上升速度也较快，很好地克服了立式千斤顶存在的不足。但是由于卧式千斤顶自身结构的特点，也存在着尺寸较大、起重吨位较低等不足。3.剪式千斤顶剪式千斤顶分液压式和机械式两种传动方式。普通液压式剪式千斤顶具有结构简单，体积小，重量轻，自润滑性好，举升力大，便于维修等优点，但同时具有效率低，存在不安全因素等缺点。虽然采用改进之后的结构可以克服上述不足，但同时又会增加设备的制造难度和成本；而且液压千斤顶存在液压油容易泄漏，造成环境污染等问题。所以本课题不采用液压传动方式。机械式剪式千斤顶能够稳定、安全、迅速、可靠地将车辆或重物举起，同时还具有起顶高度低、可达高度高、起重吨位太、尺寸紧凑等优点，适合作为各种车辆的修车必备工具而随车携带。表2-1为现有各种汽车用千斤顶设计方案的详细比较。表2-1现有千斤顶设计方案比较表方案名称优点缺点红外线遥控电动千斤顶可以实现一定距离内的遥控操作遥控距离有限，灵敏度不高行星减速器遥控电动千斤顶自动化程度较高，可自动停止升降运动，可手动操作手动操作时需将电动机、行星减速器和电控装置拆下，使用不便。普通电动千斤顶由拨叉装置实现的电动手动切换方式使用方便拨叉装置结构复杂，制造成本高锥齿轮螺旋千斤顶可保证系统的稳定性，操作时对工作行程没有限制起顶高度太大，对于底盘很低的车辆不适用卧式千斤顶能够稳定、安全、迅速的将车辆举起起顶吨位较低，尺寸较大普通液压千斤顶输出推力大、重量轻、体积小、润滑好效率低，存在不安全因素新型液压千斤顶输出推力大，空行程段能快速上升制造精度要求较高，导纸制造成本增加2.3新型千斤顶的设计方案确定和论证随着小轿车的逐渐普及，用户范围也相应扩大。以往多为男士司机，而现在不乏女士驾车，甚至也有一部分年纪较大的人士经常使用车辆。因此过去笨重难看、操作困难的汽车用千斤顶已无法完全满足市场需求。因此所开发设计的新型汽车用千斤顶必须要求结构简单、体积小、重量轻、安全高效、电动手动快速切换且生产成本低。通过上述分析可知，现有多种方案各有优点，但都存在着一定的不足，为满足本项目的设计要求，拟采用机械剪式电动手动快速切换千斤顶的设计方案，见该方案操作简单，制造方便，可降低生产成本，且有如下优点：(1)性能良好：起顶高度低，可达高度高；(2)结构简单：重量轻，坚固耐用，成本低；(3)操作方便；电动时操作者只需按下开关盒上相应的控制按钮就能控制千斤项的升降；手动时直接转动手柄即可实现千斤项的升降：电动手动切换时只需拧松顶紧螺母，使中间传动齿轮在弹簧弹力作用下自动弹出，脱开与主驱动齿轮和双联齿轮2的啮合状态即可实现。鉴于以上优点，本课题中自行设计的新型电动手动快速切换千斤顶可以作为各种轿车的修车必备工具随车携带。1-小齿轮 2-双联齿轮1 3-双联齿轮2 4-中间传动齿轮 5-主驱动齿轮图2-2 新型电动千斤顶减速器系统简图2.4 本章小结本章对典型汽车用千斤顶的已有设计方案迸行了优缺点分析和比较，提出了新型电动手动快速切换千斤顶的设计方案，并对本文提出的新型设计方案进行了详细介绍和论证。使本文自行设计的新型电动千斤顶具有性能良好、结构简单和操作方便的优点。第三章：电动千斤顶关键部件的详细设计3.1 电动千斤顶的主要设计参数3.1.1电动千斤顶的主要设计技术指标汽车用千斤顶作为汽车的举升工具，其主要功能是承受汽车车身重量。由汽车用千斤顶通常使用情况可知其实际承载一般不超过车身重量的一半，由于通常的小轿车车身重量在2000kg以下，因此为了使设计的产品具有普遍适用性，将其最大承受载荷设计为1000kg。其具体技术指标如下：(1)最大承受载荷：1000kg(2)最低高度：165mm(3)起升高度：220mm(4)最大高度：385mm(5)驱动方式：电动(6)净重：5kg(7)外型尺寸：457248166(mm)3.1.2电动千斤顶的主要使用条件(1)承载载荷不能长时间超过1000kg(2)驱动电压不能超过直流12V(3)注意防锈(4)顶车时选好承重点(5)千斤顶应安放在平整的可以承重的路面3.2 电动千斤顶运动与受力分析3.2.1千斤顶运动分析1. 千斤顶运动模型的建立对于所选设计方案，根据汽车用千斤顶实际运动情况可知，螺杆运动副一端为铰接副，另外一端为移动副。当电动机带动螺杆转动时，联接螺母相对于螺杆作水平运动并带动举臂升降(螺杆顺时针转动时，联接螺母相对于螺杆向着靠近铰接端运动，举臂上升；螺杆逆时针转动时，联接螺母相对于螺杆向着远离铰接端运动，举臂下降)。此时随着举臂的升降，螺杆本身也存在着水平运动和垂直运动。电动机和固定板同样随着千斤顶举臂的升降而一起升降，而支撑底座始终保持不动。由此可以建立机构运动模型图。如图3-1所示，以底座D为坐标原点（0,0），设螺杆与举臂的夹角为，臂长为L，则铰接点A和移动副C点的坐标分别为A点：C点：顶举重物支撑点B处坐标为B点：图3-1 千斤顶运动模型图2. 千斤顶运动速度分析主要分析A、B、C三点运动速度。A点与C点相对于千斤顶纵向轴线对称，其运动情况相同，因此只需分析C点即可。1) C点分析由点的速度合成定理可知，动点C在某瞬时的绝对速度等于它在该瞬时的牵连速度与相对速度的矢量和。设C点的绝对速度为，牵连速度为，相对速度为，则。设螺杆导程为S，表示螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离。螺距为p，螺纹线数为x，螺杆转速为n，螺母相对于螺杆的轴向速度为V，则 （对于单线螺纹，x=1）在实际运动中，螺杆随着A点水平向右运动，C点相对于螺杆水平向左运动。当螺杆转动一圈，螺母相对于螺杆的轴向位移为S，A点和C点各有位移S/2，因此C点相对于螺杆水平向左运动的速度应为螺杆速度的一半，即 由速度合成图可知： 所以 2) B点分析由理论力学知识可知，举臂可以视为一刚体，从而可用刚体的平面运动方法加以平均分解。平面图形内任一点的速度等于基点的速度与该店随图形绕基点转动的速度的矢量和，则B点运动速度合成分析如图3-2所示。图3-2 B点运动速度合成图以C点为基点求B点的速度，则 式中，表示基点C的绝对速度，即将上式两端分别对x，y轴投影，得 又因为，（l为举臂长度），得 最终得 其中：B点上升速度，mm/s螺杆转速，r/min螺杆螺距，mm螺杆与举臂夹角B点速度为在螺杆转速为n，螺距为p的情况下，当螺杆与举臂夹角为a的时刻千斤顶顶起重物上升的速度。由上式可以看出，千斤顶顶举重物上升的速度随a增大而减小。由于在千斤顶上升过程中，螺杆与举臂夹角逐渐增大，因此千斤顶顶举重物的速度逐渐变小，在极限位置停止运动。3.22千斤顶受力分析(1)千斤顶受力模型的建立千斤顶支承点B受到顶举重物的压力G，两上举臂受压力，方向沿着举臂轴线向里，所以举臂对支承点B的顶举力为反作用力，方向沿着举臂向外，与重物对支承点B的压力平衡，顶举重物不断上升，见图3-4。以杆二为研究对象，它受到来自于重物(通过B点作用在杆二端部)的约束力和来自于螺杆移动副的约束力，由于它只在两个力作用下平衡，因此是二力杆。由二力杆的性质可知这两个力必定沿二力作用点的连线，等值、反向。其它举臂可以此类推。两上举臂(杆一和杆二)分别受轴向压力和，由力的作用与反作用可知，杆一和杆二对支承点B的作用力分别为和，方向沿着举臂轴线向外，与重物对支承点的压力G形成三力平衡。螺杆作连续转动，并且在水平方向上运动，形成移动副。通过螺杆的转动，带动举臂不断上升，举臂(杆二和杆三)受到移动副施加的沿着举臂轴线向里的压力和，所以举臂对移动副的反作用力为和，方向沿着举臂轴线向外，与螺杆对移动副的拉力F形成平衡力。千斤顶受力分析模型见图3-4。图3-4 千斤顶受力模型(2)千斤顶受力分析1. 节点B：如图3-4所示，千斤顶顶起重量为G，B点受到重物的压力G和杆一、杆二的反作用力和，此三力平衡，平衡方程如下： 2. 节点C：在螺杆连接处的C点受到杆二、杆三的沿着举臂轴线向外的反作用力和，同时还受到螺杆轴向拉力F，此三力平衡，平衡方程如下： 式中： 联立以上两式，得 式中：螺杆受到的轴向拉力，N举臂受到的轴向拉力，N被顶举重物的重量，N螺杆与举臂的夹角，度 由上式可知，当不断增大，不断减小，所以初始位置时，螺杆受力最大，应该按初始位置进行校核。3.3 电动千斤顶的部件设计3.31螺旋传动装置螺旋传动平稳，选择适当的导程角可以使机构具有自锁性，能获得很大的减速比和力的增益。但同时其机械效率低，具有自锁性的螺旋机构的效率一般低于50%。由于汽车千斤顶的主要用途是在汽车维修时使用，要求将汽车顶起并稳定在某一位置，因此需要千斤顶的螺旋传动具有传递动力和自锁功能。根据千斤顶自身的使用场合和螺旋传动的特点，选用滑动螺旋，单头梯形螺纹，螺纹具有较小的导程及导程角。所设计的千斤顶结构中的螺旋机构部分由螺杆、螺母和底座组成。螺杆为主动件，作回转运动；螺母为从动件，作轴向移动。整个螺旋传动将旋转运动变成直线运动，同时进行能量和力的传递。对于一般的传力螺纹，其主要失效形式是螺纹表面的磨损，螺杆的拉断(或受压时丧失稳定)或剪断以及螺纹根部的剪断及弯断。设计时通常以耐磨性计算和强度计算确定螺旋传动的主要尺寸。根据实际需要，汽车用千斤顶作为汽车的举升工具必须承受汽车车身很大的重量。根据一般的小轿车车身重量和汽车用千斤顶通常使用情况可知，汽车用千斤顶额定承受载荷设计为1000kg具有普遍的适应性。以额定承载1000kg计算，螺杆最大轴向载荷为。这需要螺杆材料具有较高的强度和良好的加工性，螺杆材料选45号钢，调质处理，材料屈服极限为360MPa，材料许用应力为235 MPa。对螺杆主要从耐磨性、自锁性和稳定性三方面来计算和校验。计算结果如下：公称直径：螺杆中径：螺距：螺纹升角：螺杆效率：3.32减速装置对于减速系统，由前述已确定的传动方案可知，本设计中的传动由一系列轴线相对于机架位置均固定的外啮合标准直齿圆柱齿轮组成，属于定轴轮系，见图3-5。1-电动机 2-轴1 3-轴2 4-轴3 5-轴套 6-螺杆 7-主驱动齿轮 8-手柄架 9-固定板 10-中间传动齿轮 11-双联齿轮2 12-双联齿轮1 13-小齿轮 图3-5 千斤顶减速装置示意图本减速装置设计的主要任务包括：传动系统设计、电动机选择。1传动系统设计齿轮传动是机械传动中最主要的一类传动，应用非常广泛。就装置型式来说，齿轮传动有开式、半开式及闭式之分。针对汽车用千斤顶的使用场合及实际情况，选择闭式齿轮传动装置。根据千斤顶的运动特点，螺杆的转速相对于直流电动机的转速低很多，因此必须在直流电动机和螺杆之间用减速机构连接。为满足千斤顶性能要求，且工作可靠，结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，效率高，必须选用合理的传动方案。本设计中拟采用四级齿轮传动。直流电动机自带一减速比为40的行星齿轮系减速器，减速后通过电机一行星输出轴上的小齿轮输出，再经过多级齿轮传动减速，由最终输出轴输出所要求的扭矩和转速。根据传动比分配的原则：各级传动比应在合理的范围内，以符合传动型式的特点，使结构紧凑、合理。传动装置中各级传动间应尺寸协调，结构均匀，各传动件不发生干涉碰撞。结合千斤顶的结构特点，近似取：第一级传动比第二级传动比第三级传动比第四级传动比由于齿轮的失效形式主要有轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合和塑性变形等。因此在设计齿轮时必须保证齿轮传动在具体的工作情况下有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。对于闭式齿轮传动，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。由于汽车用千斤顶并不要求传动精度非常高，考虑到成本、体积等综合因素，所有齿轮均选用渐开线直齿圆柱齿轮，9级精度，材料选用45号钢。由此计算出各级齿轮传动的参数见表3-1。表3-1 齿轮传动主要几何参数压力角模数小齿轮齿数大齿轮齿数齿宽系数a20111131820344546920.812电动机的选择(1)电动机类型的选择在产品中选用合适的电动机非常重要。电动机的选择主要是容量的选择。容量选择不当将会直接影响到系统的性能好坏。容量过小，一方面不能充分发挥机械设备的能力，使系统效率降低，另一方面电动机经常在过载下运行，会使它过早损坏，同时还可能出现启动困难、经受不起冲击负载等故障；容量过大，则不仅使系统成本增加，而且由于电动机经常在轻载下运行，运行效率和功率因数(对异步电动机而言)都会下降。因此必须根据实际需要选用合适的容量。当然除了容量的选择外，还需要根据产品系统的要求、技术经济指标和工作环境等条件来正确选择电动机的种类、电压、转速和电动机的结构型式。考虑到新型电动千斤顶主要用于小轿车的顶举，并可能在使用过程中频繁启动、反转、制动等，所以选用直流电动机，电源电压采用12V(直接使用汽车点烟器输出电压，方便用户操作)。(2)电动机功率的确定根据千斤顶额定载荷1000kg，上升速度最大1.5mm/s，得 根据前面计算，螺杆效率为，取减速器的效率为，电动机自带减速装置的效率为，则 根据千斤顶顶举重量和速度要求需要选用型号为RS-775SH-7513的直流电动机，技术参数见表3-2。表3-2 电动机参数表外形尺寸（mm）重量（g）电压空载最大效率时直径长度使用范围常用值速度（r/min）电流（A）速度（r/min）电流（A）转矩（g.cm）输出功率（w）4267320615V12V187002.21600013.67101173.4 本章小结本章对新型电动千斤项方案的关键部件进行了详细设计，包括确定主要设计参数、进行运动和受力分析，设计螺旋传动装置和减速装置，完成了优化设计的前期工作。第四章:传动装置计算及各轴设计与校核4.1 传动装置的动力参数计算由前面可知，重物举升速度，电机转速为16000r/min，电机自带减速比，减速器各级传动比分别为，螺杆螺距。根据前面所推导出的公式，将以上各值代入式得：，计算得（螺杆与举臂的夹角，度）。1. 各轴转速2. 各轴输入功率则各轴的输出功率为：3. 各轴输入转矩电动机的输出转矩为则电机经自带减速器后输出的转矩输出转矩为：4.2 各轴的设计I轴的设计1. 输入轴上的功率、转速和转矩分别为：，2. 求作用在齿轮上的力已知I轴上小齿轮的分度圆直径为则 3. 初步确定轴的最小直径 先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计（第八版）表15-3，取A0 = 100，得：选取: 。由轴承样本查询得I轴两端的轴承选用6000深沟球轴承，尺寸为。4. 轴的受力分析和校核:1）作轴的计算简图（见图a）: 根据6000深沟球轴承查手册得T = 8 mm 齿宽中点距左支点距离L2 = (16/2+8+15-8/2)mm = 27 mm 齿宽中点距右支点距离L3 = (16/2+8-8/2)mm = 12 mm2）计算轴的支反力：水平面支反力（见图b）：垂直面支反力（见图d）：3）计算轴的弯矩，并做弯矩图：截面C处的水平弯矩：MH = FNH1L2 = 30427 Nmm = 8208Nmm截面A处的垂直弯矩：MV0 = FQL1 = 562.516.5 Nmm = 9281 Nmm截面C处的垂直弯矩：MV1 = FNV1L2 = -79627 Nmm = -21492 NmmMV2 = FNV2L3 = 543.112 Nmm = 6517Nmm分别作水平面弯矩图（图c）和垂直面弯矩图（图e）。截面C处的合成弯矩：M1 = = 23006 NmmM2 = = 10480 Nmm作合成弯矩图（图f）。4）作转矩图（图g）。5）按弯扭组合强度条件校核轴的强度： 通常只校核轴上承受最大弯矩和转矩的截面（即危险截面C）的强度。必要时也对其他危险截面（转矩较大且轴颈较小的截面）进行强度校核。根据公式（14-4），取a = 0.6，则有： 故设计的轴有足够的强度，并有一定的裕度（注：计算W时，忽略单键槽的影响）。轴的弯扭受力图如下：II轴的设计1 求中间轴上的功率P2、转速n2和转矩T2：P2 = 0.1089 KW n2 =61.54r/min T2 = 17.65Nm2 求作用在齿轮上的力:已知II轴上大齿轮的分度圆直径为 则:Fr = Fttanat =784tan200 =286N 已知II轴上小齿轮的分度圆直径为: 则:Fr = Fttanat = 1765tan200 = 642N3 初步确定轴的最小直径: 选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计（第八版）表15-3，取：A0 =95，得: 中间轴最小直径显然是安装轴承的直径d12和d67,选定轴承型号为：6001型深沟球轴承，其尺寸为：dDT = 12288 mm。4 轴的受力分析和校核：1）作轴的计算简图（见图a）: 根据6002深沟球轴承查手册得T =8 mm2）计算轴的支反力：水平面支反力（见图b）：垂直面支反力（见图d）：FNV1 = = = -63.9 NFNV2 = = = -618.7 N3）计算轴的弯矩，并做弯矩图：截面B、C处的水平弯矩：MH1 = FNH1L1 = 1731.654 Nmm = 93506 NmmMH2 = FNH2L3 = 2295.863 Nmm = 144635 Nmm截面B、C处的垂直弯矩：MV1 = FNV1L1 = -63.954 Nmm = -3451 NmmMV2 = FNV2L3 = -618.763 Nmm = -38978 Nmm分别作水平面弯矩图（图c）和垂直面弯矩图（图e）。截面B、C处的合成弯矩：M1 = = 93570 NmmM2 = = 149795 Nmm作合成弯矩图（图f）。4）作转矩图（图g）。5）按弯扭组合强度条件校核轴的强度： 通常只校核轴上承受最大弯矩和转矩的截面（即危险截面B）的强度。必要时也对其他危险截面（转矩较大且轴颈较小的截面）进行强度校核。根据公式（14-4），取a = 0.6，则有：sca = = = MPa = 41.6 MPas-1 = 60 MPa 故设计的轴有足够的强度，并有一定的裕度（注：计算W时，忽略单键槽的影响）。轴的弯扭受力图如下：III轴的设计1 求输出轴上的功率P3、转速n3和转矩T3：P3 =0.1078KW n3 =26.76 r/min T3 = 40.18Nm2 求作用在齿轮上的力: 已知低速级大齿轮的分度圆直径为: 则:Fr = Fttanat = 1747tan200 = 636N3 初步确定轴的最小直径: 先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），根据机械设计（第八版）表15-3，取:A0 = 100，得: III轴最小直径显然是安装轴承的直径d12和d67,选定轴承型号为：6002型深沟球轴承，其尺寸为：dDT = 15329mm。4 轴的受力分析和校核:1）作轴的计算简图（见图a）: 根据6003深沟球轴承查手册得T= 9 mm 齿宽中点距左支点距离L2 = (84/2+10+79.5+20-20/2)mm = 134 mm 齿宽中点距右支点距离L3 = (84/2-2+41.5-20/2)mm = 65 mm2）计算轴的支反力：水平面支反力（见图b）：垂直面支反力（见图d）：FNV1 = = = 337.3 NFNV2 = = = 695.3 N3）计算轴的弯矩，并做弯矩图：截面C处的水平弯矩：MH = FNH1L2 = 926.7134 Nmm = 124178 Nmm截面C处的垂直弯矩：MV = FNV1L2 = 337.3134 Nmm = 45198 Nmm分别作水平面弯矩图（图c）和垂直面弯矩图（图e）。截面C处的合成弯矩：M = = 132148 Nmm作合成弯矩图（图f）。4）作转矩图（图g）。5）按弯扭组合强度条件校核轴的强度： 通常只校核轴上承受最大弯矩和转矩的截面（即危险截面C）的强度。必要时也对其他危险截面（转矩较大且轴颈较小的截面）进行强度校核。根据公式（14-4），取a = 0.6，则有：sca = = = MPa = 12.1 MPas-1 = 60 MPa 故设计的轴有足够的强度，并有一定的裕度（注：计算W时，忽略单键槽的影响）。轴的弯扭受力图如下：第五章：维护与使用说明一、 使用说明：1、使用前必须检查各部是否正常。2、使用时应严格遵守主要参数中的规定，切忌超高超载，否则当起重高度或起重吨位超过规定时，电动千斤顶的电机有可能会烧毁。3、重物重心要选择适中，合理选择电动千斤顶的着力点，底面要垫平，同时要考虑到地面软硬条件，是否要衬垫坚韧的木材，放置是否平稳，以免负重下陷或倾斜。4、电动千斤顶将重物顶升后，禁止将超高压大吨位电动千斤顶作为支撑物使用。如需长时间支撑重物请选用自锁式千斤顶。5、首先将千斤顶在车身下适当的位置放置好；然后将千斤顶电源插头直接插入汽车点烟器，发动汽车引擎并保持工作；按下控制盒上的“上升”控制按钮，使千斤顶举臂上升，将汽车顶起。6、按下控制盒上的“下降”控制按钮，此时千斤顶快速下降。当下降到可以撤出千斤顶的位置时按下“停止”按钮，千斤项举臂便停止下降；如果未按“停止”按钮，则千斤项下降到极限位置时自动停止下降。此时可以安全地从汽车车身底下撤出千斤顶。7、用户使用时千万不要超过额定行程，以免损坏电动千斤顶。8、使用过程中应避免千斤顶剧烈振动。9、不适宜在有酸碱，腐蚀性气体的工作场所使用。10、用户要根据使用情况定期检查和保养。二、 维护保养须知：1、使用时，不得加偏载或超载，以免电动千斤顶破坏发生危险。 2、定期检查安装基础、密封件、传动轴等是否正常。 3、如正常使用时，需经常检查润滑油的油位（通过油窗观察），润滑油的最高温度应小于85。油温温升变化异常，产生不正常噪音等现象时，必须立即停机检查，排除故障后，方可继续使用。 4、不得重力锤击减速机外壳，以免损坏。5、减速机工作环境温度为-40+40。当环境温度低于0时，启动前润滑油必须加热到0以上或采用低凝固点的润滑油。6、定期检查油的份量和质量，保留足够润滑油，及时更换混入杂质或变质的油。7、长期闲置的电动千斤顶，由于密封件长期不工作而造成密封件的硬化，从而影响超高压大吨位电动千斤顶的使用寿命，所以电动千斤顶在不用时，每月要将超高压大吨位电动千斤顶空载往复运动2-3次。8、操作时应严格遵守技术规范，用户要根据使用情况定期检查和保养。第六章：结论1主要研究工作本文系统地分析了国内外汽车用千斤顶的发展现状和结构特点，针对实际需要和当前技术水平，提出了新型电动千斤顶的总体设计方案，并进行了概念设计和详细设计。运用理论力学、材料力学、机械设计和等原理，建立了数学和物理模型，对方案进行了计算优化。本课题具体所做的主要工作有以下几个方面：(1)对典型汽车用千斤顶的已有设计方案进行了优缺点分析和比较，提出了新型电动千斤顶的设计方案。(2)对新型汽车用千斤顶方案进行了概念设计和详细设计，并对新型千斤顶建立了相关数学模型。本文还使用solidworks对新型千斤顶主要零部件及系统进行了三维建模。 (5)根据计算，设计了新型汽车用千斤顶，与现有同类产品比较，降低了生产成本，改善了性能指标。同时，本文涉及的产品在降低生产成本的前提下，其可靠性和稳定性方面也有了一定的提高。2取得成果据国家统计局统计信息显示，2002年我国国内轿车年产销量均突破100万辆，2003年有继续增长的趋势。汽车用千斤顶是常用随车工具。国内年产量就达百万台以上。我国汽配企业不仅供应国内市场的需求，每年还生产出口约500万台汽车用千斤顶到世界各国。若同时考虑我国个人汽车保有量(1999年已达534万辆)，则市场潜力将更加巨大。由于产量巨大，做出每一项细小改进均可带来较大的经济效益。仅本文通过千斤顶举臂和齿轮传动系统的结构优化，节省的材料费用就十分可观。目前使用的汽车用千斤顶存在结构复杂、体积大、重量重等缺点，已不能很好满足人们更高的要求。本文研制出的新型汽车用电动千斤项，具有性能良好、结构简单、操作方便等优点，为千斤顶制造行业提供了一项新产品。3进一步研究的设想和展望本课题中
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