卧式千斤顶的力学原理综述

1、剪式千斤顶的力学原理 作 者：陈 浩 13010134 任学晶 13010135 马海军 13010137 学 院：北京工业大学机电学院 指导教师：叶红玲 【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。本文研究的剪式螺旋千斤顶，结构简单、质量轻、操作方便，升程高，上升速度快。通过对其的运动 情况、受力分析，进一步说明它的工作原理。 【关键词】 剪式千斤顶；力学分析； 引言 千斤顶对于人们来说并不陌生，在日常生产生活中实践中经常会遇到这样一些情况：例 如需要将车辆、 大型设备、 井下轨道等在没有起吊设备的情况下移动或是抬起它们， 而仅靠 人工

2、操作是非常困难甚至根本无法实现的，这就需要用到千斤顶。 我国千斤顶产业发展起步较晚，建国以来到改革开放前，我国千斤顶的需求主要是以工 业和国防尖端使用为主； 改革开放后， 随着国民经济的快速发展， 人们生活水平的显著提高， 拉动了千斤顶的需求； 进入 20 世纪 90 年代后， 随着中国汽车化进程的不断加快， 剪式千斤 顶产业进入快速发展期， 其需求增速远高于全球水平。 由于它和一般的千斤顶相比没有油路 系统，因此它有结构简单、携带方便及操作容易等特点受到小型汽车用户的喜爱 一、剪式千斤顶结构和原理 1. 原理： 剪式千斤顶（又叫支架千斤顶）是基于等腰三角形其两腰不变，缩短底边提升高线的 几何

3、原理制作而来的。 它通过丝杆和螺母来调节上下两个等腰三角形的底边来进行提升和下 降高度的， 就像平常生活中的工具梯， 当梯子的两臂的夹角越小梯子就越高， 同理梯子的两 臂的夹角越大，梯子就越低。 2. 结构： 由底座、一对下支撑臂、一对上支撑臂、鞍座、平面轴承、螺母、摇座、销轴和丝 杆 组成。其机构简图和实物分别如图 1、图 2 所示： 图 1 图 2 3. 剪式千斤顶和液压千斤顶的区别及其用途 ; 区别：剪式千斤顶是机械千斤顶，液压千斤顶是油压千斤顶。 用途：基于剪式千斤顶的特殊构造顶起的重量不会太大， 一般主要用于小吨位的汽车顶起， 比如小轿车等，常见的规格有 1T、1.5T 、2T、 3

4、T等。 二、剪式千斤顶的运动分析和受力分析 1. 运动分析 螺杆连续转动过程中， 滑块不仅相对螺杆做水平运动， 同时还带动上、 下支撑臂作升降 运动； 螺杆本身也存在着水平、 垂直两个方向的运动，顶板作垂直升降运动，底座始终保持 不动，剪式千斤顶运动模型如图 3 所示 图 3 由图 3可知，假设底座 A的为坐标原点， 螺杆与下支撑臂的夹角为( 00900)， 剪式千斤顶在实际运动过程中，螺杆随着B 点位置会有一个沿着水平方向向右的运动，同 时点 D 相对于螺杆存在相反方向运动。当螺杆转动一圈时 , B、 D 两点的运动速度各为螺 杆速度一半，得到数学关系式： VB VD np 120sin (

5、1) npctg 60 (2) 式中： VB B点的绝对速度， VD D 点的绝对速度， VC C 点的合成速度， n 螺 杆转速， p 螺距， 螺杆与下支撑臂夹角。在螺杆转速为n，螺距为 p ，螺杆与下支 撑臂夹角为 的情况下，千斤顶顶起重物上升的速度为 C 点速度。由此可以得出，在千斤 顶上升过程中，千斤顶顶举重物的速度随 增大而减小，到达极限位置时停止运动。 2. 受力分析 由平面机构的受力分析可知，重物给支撑点 C 施加重力 G ，两个上支撑臂受重物作用 产生压力分别为 T1和T2，同时两个上支撑臂对支撑点 C的反作用力为 T1 和T2 ，与重力 G 形成平衡力。当螺杆连续转动时，上支

6、撑臂受滑块作用产生压力为 T3 、下支撑臂受滑块 作用产生压力 T 4 ，同时上、下支撑臂对滑块的反作用分别为T3 和T4 ，与拉力 F 形成平 衡力，剪式千斤顶各机构受力如图 4 所示。 根据机械原理平面机构的受力分析，得到数学关系式： T1 T2 T3 T4 (3) 2sin 式中: T 举臂受到的压力， 撑臂夹角。由式（ 5）可知拉力 减小。 (4) (5) Gctg G 重物重力， F 螺杆受到的拉力， 螺杆与下支 F 与 之间的关系，当重力 G 一定时，拉力 F 随 增大而 三、剪式千斤顶的自锁原理 摩擦自锁：触面的法线与夹角 小于或等于摩擦角 m ，无论主动力多大，物体都将处于平

7、衡状态，这种现象叫做摩擦自锁。自锁的原因是，只要保证 m ，主动力沿接触面切线 方向的分力就总是等于静摩擦力 Ff ，而在m时， Ff Ffm ，所以物体总能保持平衡。 如图 5 所示，对于静止在斜面上的物体，只要满足m ，则无论物体多重，都会静止在 斜面上不会下滑。 剪式千斤顶中就有斜面自锁的应用如图 图 5 6 所示 图 6 工作时螺旋可以看成是一个绕在圆柱体的斜面， 将其展开， 这个斜面的倾角 就是螺纹升角 。丝杆相当于放在斜面上的一个物体， 千斤顶支撑的重物是加在丝杆上的轴向载荷， 这个 轴向载荷相当于放在斜面上重为 G 的物体，要使得丝杆螺纹在支撑物的重压下不会自动下 旋，相当于要使

8、物体不会沿斜面自动下滑，即要使物体在斜面上达到自锁。 由前面可知，只 要使螺纹升角 小于等于丝杆与螺纹槽之间的摩擦角 m ，即可自锁。 千斤顶在实际生产生活中， 被广泛的运用， 通过对剪式千斤顶的受力分析及运动情况的 研究， 我们知晓了千斤顶是如何实际工作的， 对后续设计有很大的参考意义， 使得在进一步 的优化中有了依据， 在提高产品质量和技术性能方面有据可依， 本实验得出的相关公式， 可 用来进行动力学模型的建立，通过动态观察， 对剪式千斤顶有更全面的了解。同时，对千斤 顶自锁原理的阐述，在生产过程中，提高安全性。 但如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识，使千斤顶的设计工作真正优 化，仍需要我们充分利用各种有利因素，不断对产品进行整合创新，使其满足大众的需求。 参考文献 1 刘平安 . 锥齿轮螺旋千斤顶设计 J. 机械设计与研究 .1996. 2 姜阳;