【机械制造与自动化】螺旋千斤顶的设计

1、螺旋千斤顶的设计专 业： 机械制造与自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 摘要螺旋千斤顶主要是有螺杆、手柄、底座、螺套、旋转杆、挡环、托杯的零部件组装而成的。在本次设计过程中对螺旋传动的计算和各零部件的设计与选材最为重要；并且重点运用了机械设计方面的知识，另外还运用了辅助绘图工具aoutcad、等。本文从螺旋千斤顶的零部件的设计与选材等多方面，阐述了它设计的全过程。尤其在工艺规程设计中，运用了大量的科学加工理论及计算公式，对它进行了精确地计算。 由于螺旋千斤顶是一种小型的起重设备，体积小方便携带，造价成本低，所以在日常生活中被广泛应用。本设计既是产品开发周期中

2、的关键环节，有贯穿于产品开发过程的始终。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。现代机械产品的要求不对传统机械产品高的多，因而在产品开发和改进过程中只有全面深入地运用现代设计理论，方法和技术才能满足社会对现代机械产品愈来愈苛刻的要求，提高其市场竞争能力。关键词：螺旋传动，体积小，方便，成本低目 录摘要.i 1起重机械的概述.12千斤顶的概述.2 2.1千斤顶的种类 .22.2 千斤顶结构和规格.22.3 千斤顶的工作理. 23螺旋传动的设计算.33.1螺旋传动的应用.33.2螺旋传动的设计与计算. 53.3螺旋机构耐磨性的计算. 63.4螺母螺纹牙

3、的计算.73.5螺杆强度和稳定性的校核.83.5.1强度的校核.9 3.5.2稳定性的校.93.6自锁性的校核. 104千斤顶的设计. 114.1选择材料. 124.2耐磨性计算. 13 4.3螺母外部尺. 144.4手柄设计计.154.5螺杆稳定性. 165螺旋千斤顶图形的绘制.176使用千斤顶注意的事项.187设计总结. 20结论.20致谢.21参考文献.221 起重机械的概述起重机械是现代工业企业中实现生产过程机械化、自动化、减轻繁重体力劳动、提高劳动生产率的重要工具和设备。起重机是机械化作业的重要物质基础，是一些工业企业中主要的固定资产。对于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑施工工地，

4、以及海洋开发、宇宙航行等部门，起重机已成为主要的生产力要素，在生产中进行着高效的工作，构成合理组织批量生和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在某些关键岗位上增加一两台起重设备，劳动生产率就会成倍的增长。起重机的驱动多为电力，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；是一种以间歇作业方式对物料进行起升，下降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。起重机械广泛用于交通运输业、建筑业、商业和农

5、业等国民经济各部门及人们日常生活中。起重机的驱动多为电力，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。起重机械的工作特点：（1）起重机械通常结构庞大，机构复杂，能完成一个起升运动、一个或几个水平运动；（2）所吊运的重物多种多样，载荷是变化的；（3）大多数起重机械，需要在较大的空间范围内运行，有的要装设轨道和车轮，有的要装上轮胎或履带在地面上行走，有的需要在钢丝绳上行走（4）有的起重机械需要直接载运人员在导轨、平台或钢丝绳上做升降运动；（5）暴露的、活动的零件较多，且常与吊运作业员直接接触，潜在安全隐患；（6）作业环境复杂；（7）作业中常常需要多人配合，共同进行；起重机械的上述工

6、作特点，决定了它与安全生产的关系很大。如果对起重机械的设计、制造、安装使用和维修等环节上稍有疏忽，就可能造成伤亡或设备事故。一方面造成人员的伤亡，另一方面也会造成很大的经济损失。而千斤顶又属于起重机械的一种。千斤顶是一种起重高度小(小于1)的最简单的起重设备。(参考文献4)2 千斤顶的概述千斤顶又叫举重器、顶重机、顶升机等，是一种用比较小的力就能把重物顶升、下降或移位的简单起重机具，也可用来校正设备安装的偏差和构件的变形等。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

7、在小行程内顶升重物的轻小起重设备，千斤顶的顶升高度一般为400mm，顶升速度一般为10-35mm/min，起重能力最大可达500t。2.1 千斤顶的种类千斤顶按其构造及工作原理的不同，通常分为机械式和液压式，机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种，其中螺旋式千斤顶和液压式千斤顶较为常用；由于起重量小，操作费力，所以螺旋千斤顶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。螺旋式千斤顶又分为：固定式螺旋式千斤顶、lq型固定式螺旋千斤顶和移动式螺旋千斤顶三大类。（1）固定螺旋式千斤顶有普通式和棘轮式两种，在作业时，未

8、卸载之前不能作平面移动；（2）lq型固定螺旋式千斤顶结构紧凑、轻巧，使用方便。它有棘轮组、大小锥齿轮、升降套筒、锯齿形螺杆、主架等组成；当往复搬动手柄时，撑牙推动棘轮组间歇回转，小锥齿轮带动大锥齿轮，使锯齿形螺杆旋转，从而使升降套筒上升或下降。由于推力轴承转动灵活，摩擦力小，因而操作灵敏，工作效率高。（3）移动式螺旋千斤顶是一种在顶升过程中可以移动的千斤顶，在作业时，它的移动主要是靠其底部的水平螺杆转动，从而使顶起或下降的重物连同千斤顶一同做水平移动。因此，移动式螺旋千斤顶在设备安装施工中用来就位便很使用。如下图：2.1 螺旋千斤顶齿条千斤顶主要由齿条和棘轮等组成，工作时，由1-2人转动千斤顶

9、上的手柄，利用齿条的顶端顶起高处的重物。同时，也可用齿条的下脚，顶起低处的重物。另外，在千斤顶的手柄上备有制动时需要的齿轮。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。2.2 千斤顶的结构和技术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。表2.1 移动式螺旋千斤顶技术规格轻重量（t）顶起高度（mm）螺杆落下

10、最小高度（mm）水平移动距离（mm）自重（kg）825051017540102805403008015345660300100203606803601452.3螺旋千斤顶的工作原理螺旋千斤顶是通过往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，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或下降，而达到起重拉力的功能，但不如液压千斤顶简易。(此部分参考文献4和5)3 螺旋传动的设计与计算3.1螺旋传动的应用和类型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

11、获得了广泛应用。（1）按螺杆与螺母的相对运动方式，螺旋传动可以有以下四种运动方式：螺母固定不动，如图(a)螺杆转动并往复移动，这种结构以固定螺母为主要支承，结构简单，但占据空间大。常用于螺旋压力机、螺旋千斤顶等。螺母转动，如图(b)螺杆做直线移动，螺杆应设防转机构，螺母转动要设置轴承均使结构复杂，且螺杆行程占据尺寸故应用较少。螺母旋转并沿直线移动，如图(c)由于螺杆固定不动，因而二端支承结构较简单，但精度不高。螺杆转动，如图(d)螺母做直线运动，这种运动方式占据空间尺寸小，适用于长行程螺杆。螺杆两端的轴承和螺母防转机构使其结构较复杂。车床丝杠、刀架移动机构多采用这种运动方式。 (a) (b)

12、(c) (d)图3.1 运动方式本次设计的螺旋千斤顶是运用了上图（a）的运动方式，即螺母固定不动。（2）按照用途不同，螺旋传动分为三种类型。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，下图3.2螺旋压力机均为传力螺旋。图3.2 螺旋压力机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，下图3.3为机床进给机构的螺旋。图3.3 传导螺旋调整螺旋用于调整并固定零件间的相对位置，一般不经常转动，要求能自锁，有时也要求很高精度，如带传动张紧装置、机床卡盘和精密仪表微调机构的螺旋等。本次设计的

13、螺旋千斤顶就是运用了传力螺旋这种传动类型。3.2螺旋传动的设计和选材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。利用螺

14、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。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。表3.1 螺杆与螺母常用的材料螺纹副材料应用场合螺杆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9mn2v grwmn 38grmoal精密传导螺旋传动。材料需经热处理螺母zcusn10p1 zcusn5pb5zn5一般传动zcual10fe3 zcuzn25al6fe3mn重载、低速传动。尺寸较小或轻载高速传动，螺母可

15、采用钢或铸铁制造，内空浇铸巴士合金或青铜3.3螺旋机构耐磨性的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算条件，其校核公式为：pp （式3.7）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)，p为许用压强(mpa)。表3.2 滑动螺旋传动的许用压强螺纹副材料滑动副速度/(mmin-1)许用压强/mpa钢对青铜低速151825111871012

16、钢-耐磨铸铁61268钢-灰铸铁2.4612131847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。当8590时，根据欧拉公式计算，即： （式3.15）当8590时；对b380mpa的碳素钢（如q235、q275）fc=(304/1.12) （式3.16）当8590时，对b470mpa的优质碳素钢（如355、45）fc=(461/2.57) （式3.17）当40时，无需进行稳定性计算。式中fc为临界载荷（n）；e为螺杆材料的弹性模量（mpa），对于钢e=2.06105；i为危险截面的惯性矩（mm4），i=，d1为螺

17、杆螺纹内径(mm)；为长度系数，与螺杆端部结构有关，l为螺杆最大受力长度(mm)；i为螺杆危险截面的惯性半径(mm)，i=。 （式3.18）表3.4 长度系数的选择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。注：用下列办法确定螺杆端部的支撑情况：采用滑动支承时：lo为支承长度，do为支承孔直径，lo/do3固定。采用滚动支承

18、时：只有径向约束时为铰支；径向和轴向都有约束为固定。3.6自锁性的校核 对于要求自锁的螺旋传动，应校核是否满足自锁条件，即： （式3.19）式中，fv为螺纹副的当量摩擦系数表3.5 螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数fv（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0.080.100.100.120.120.150.110.170.060.084螺旋千斤顶的设计已知轴向载荷f=60000n,最大举升高度为150mm. 方案图如下所示：1托杯 2手臂 3销 4手柄 5挡环 6螺套7螺杆 8螺钉 9底座图4.1 螺旋千斤顶剖视图4.1选择材料由上表（螺杆与螺母常用的材料）选材料为4

19、5钢，由手册查=360mpa；为了提高耐磨性，螺母选较软的材料锡青铜为zcusn10p-1，由上表知钢对青铜低速时，对人力驱动可提高20%，即=，螺母为整体螺母。，取。选螺纹牙为梯形。4.2耐磨性计算（1）已知取，则计算d2 （式4.1） 由手册查得：（2）计算螺母高h： （式4.2）（3）计算旋合圈数z： （式4.3）（4）校核螺纹副自锁性： （式4.4）由上表查得，满足自锁条件。（5）螺母螺纹牙强度校核：由上表查得青铜螺母螺纹牙许用弯曲应力许用剪切应力；梯形螺纹螺纹牙根宽度mm；梯形螺纹螺纹牙工作高度。则：弯曲强度校核： 合格 （式4.5）剪切强度校核：，合格 （式4.6）（6）螺杆强度校

20、核：由上表查得螺杆许用应力 （式4.7）螺杆所受转矩：（式4.8）螺杆强度校核： 合格 （式4.9）4.3螺母外部尺寸计算（1）计算确定d3螺母悬置部分受拉伸和扭转联合作用，为计算简单，将f增大30%，按拉伸强度计算得：= （式4.10）式中，为螺母材料的许用拉伸应力，可取=0.83b，由上表取b=50mpa，因此=0.83b=41.5mpa。故 d3 （式4.11）取d3=65 mm（2）确定d1和a按经验公式d1=（1.31.4）d3及a=可求：d1=（1.31.4）65=84.5-91mm 取d1=86 mm （式4.12）a= 取a=20mm （式4.13）（3）校核凸缘支承表面的挤压

21、强度，强度条件为：p=p 合格 （式4.14）（4） 校核凸缘根部弯曲强度：p=所以合格 （式4.15）（5）校核凸缘根部剪切强度，强度条件为：= （式4.16）式中，螺母材料的许用切应力=35mpa 故：= 合格 （式4.17）4.4手柄设计计算（1）拖杯与手柄的结构：确定手柄长度，则手柄上的工作转矩为：t=fhlh=t1+t2= （式4.18）式中，t1、t2分别为螺纹副摩擦力矩及拖杯与接触面摩擦力矩（nmm）；fc=0.15为拖杯与支承面的摩擦系数；d0为托杯底座与支承面接触部分外径（mm），由经验公式确定，取mm；d0为托杯底座与支承面接触部分内径（mm），取d0=20mm,fh为手作

22、用在手柄上的力（n）,如一人连续工作，手作用力通常取fh=150200n,取fh=200n；lh为手柄有效长度（mm）。因此，200 lh= （式4.19）得：lh=1777.56 mm 取lh=1778 mm（2）确定手柄直径dk选手柄材料为45钢，s=360mpa,许用弯曲应力=140180 mpa，取b=160 mpa。手柄的弯曲强度条件为：b= （式4.20）因此，dk, 取dk=30mm （式4.21）托杯其他部分尺寸为：托杯高 取h=70 mm（式4.22）铰支头高 取h1=55 mm（式4.23）4.5螺杆稳定性校核(1)计算柔度=螺杆一端固定，一端自由，长度系数=2；螺杆最大受

23、力长度l由起重高度、螺母高h、铰支头高及螺杆轴向预留余量决定，其中。因此，螺杆的工作长度，螺杆危险截面惯性半径i= 。 = （式4.24）5 螺旋千斤顶图形的绘制要绘制螺旋千斤顶的装配图，首先应当选定绘图比例和图幅后布置视图，先确定各视图的位置，画出主要轴线、中心线及基准线。然后开始画底图，按照“先主后次”的原则，沿装配轴线按装配关系依次画出底座螺套螺旋杆绞杠顶垫等零件。底图完成后，检查加深图线，还要进行尺寸标注，编注零件序号，填写明细栏、标题栏等，完成全图。同时要了解千斤顶的工作原理：千斤顶是利用螺旋传动来顶举重物的一种起重或顶压工具，常用于汽车修理及机械安装中。工作时，重物压于顶垫之上，将

24、手炳穿入螺旋杆上部的孔中，旋动手炳，螺旋杆在螺套中靠螺纹做上、下移动，从而顶起或放下重物。螺套镶在底座里，用螺钉定位，磨损后便于更换。顶垫套在螺旋杆顶部，其球面形成传递承重之配合面，由螺钉锁定，使顶垫相对螺旋杆旋转而不脱落。图4.1 螺旋千斤顶的轴测图因此由螺旋千斤顶的工作原理可知，千斤顶的装配主干线是螺旋杆，为了清楚的表达千斤顶的内外部装配结构，则绘制了千斤顶的全剖视图。在主视图上，千斤顶的7个零件所处的位置及装配关系、各零件的主要形状均已表达清楚，只有螺旋杆上与绞杠配合的孔没有表达充分，故采用剖面图aa表达清楚。所以螺旋千斤顶的装配图如下：图4.2 螺旋千斤顶的装配图6 使用千斤顶的注意事

25、项1.无论哪种千斤顶都不准超负荷使用，以免发生人身或设备故障。2.千斤顶使用前，应检查各零件是否灵活可靠，有无损坏。 3.千斤顶工作时，要放在平整坚实的地面上，并要在其下面垫枕木、木板或钢板来扩大受压面积，防止塌陷。4.千斤顶安放位置要摆正，顶升时，用力要均匀；卸载时，要检查重物是否支撑牢固。5.螺旋千斤顶，应在工作面上涂上防锈油，避免锈蚀。6.螺旋千斤顶，要防止杂物混入，增加阻。同时转动不分要添加润滑油进行润滑。7.千斤顶要定期进行维修保养。存放时，要将机体表面涂以防锈油，把顶升部分回落至最低位置，并放在库房干燥处，妥善保管。结 论（1）这次的毕业设计是大学三年生活的最后一个环节，是对三年的学习生活中所有知识的有一个汇总和概括，使我们每个人都能了解自己学到了什么，了解多少，会运用多少，还有多少知识不了解，需要进一步加深理解。（2）在校期间，开设有机械制图及autocad、机械设计、机械制造等课程，这些课程对我们搞好这次毕业设计有很大的帮助，综合运用好这些课程，加之我们平时的知识积累和老师的指导，为这次毕业设计提供非常有利的保