《汽车用拉索式汽车千斤顶设计及SolidWorks建模分析7300字（论文）》

绪论目前，随着现代人们生活水平提升，家用小轿车使用越来越多，千斤顶在尾箱那里是必须配有的。常见的汽车千斤顶就分为两种：机械和液压，重型的汽车用液压，家庭用的就采用机械的形式。从经济成本来说来说，机械形式是比较经济的，液压的话我们设计在家庭用的轿车上面，所以机械合适。在原有的机械结构上面改良，机械的优势:轻便；重量轻；拉索式；齿轮；快速。对驾驶员来说价格低，高质量，寿命长，使用简单便捷、省力是最能接受的。1.2千斤顶现在的发展情况现在家庭用的轿车上面，用的全都是机械形式的千斤顶，携带轻便维护简单，成本低，操作省心，方便。是开车中不可缺少维修工具，这就对千斤顶的材料、外观、操作等使用，安全性能提出更高标准。现如今，有了多年的开发，已设计各种型号系列产品，可分为齿条式、螺旋式和液压式和剪式的千斤顶四种。随着汽车取代自行车的作为日常出行必备的交通设施，已成为普通家庭的出行代步工具。经不断探索研究，生活中出现多种新型汽车千斤顶，目前，这种千斤顶更简单操作，更省力，安全性更稳定。1.3千斤顶的研究意义及目的从全球范围内需求布局，从欧、美国家使用新款式、小便捷、千斤项；目前国内和非洲地区普遍使用老款式、结果简单的汽车千斤顶。目前千斤顶的整体发展还是比较良好，已由单种型号转变多种型号，由此可见，千斤顶在行车中是不能少的工具。其：轻便；重量轻；拉索式；齿轮；快速，为改良的创新点。市场上已出现电动式的汽车千斤顶。本次的研究拉索式千斤顶在车辆日常维修时，可以在正常条件受限的情况下，它是可以放在底盘中间做举升作业，与其保证在操作过程中更安全。

2拉索式千斤顶的设计市面上常见的为液压式的，液压式千斤顶的缺点是常见漏油，渗油、工况差，生产成本高复杂等，而本设计中的采用机械传动的结构，两种的原理不一样，结构、传动方式不同。它主要是通过人拉动链条带动齿轮上螺杆、支架内螺母进行举升高度，让整个承重台上下运动，而底座保持不动状态。将现有的剪式上进行优化设计，使其千斤顶更好，考虑到材质的质量，架构简单，让使用该千斤顶的人员更加方便操作。2.1拉索式千斤顶的设计要求齿轮和拉索之间配合要好，工作时顺畅、平稳。（2）千斤顶应有其功能：最大承受重量：1.8T（吨）；便；重量轻；拉索式；齿轮；快速，成本低，质量高，安全性能稳定。（3）拉索式千斤顶将车子顶到一定高度时，支架不能有变形、断裂出现。2.2拉索式千斤顶的设计情况2.2.1拉索式千斤顶的类型对比液压工作方式就是基于油液增减压力原理实现的，工作久的话连接处会有油液出现，而产生灰尘。这直接影响千斤项操作稳定性，这使得整个设备的动力传动不能正常的工作。液压式采用是液压缸内的油液来传动的，而液压油对温度变化的有一定的影响因数，温度发生改变时，粘性也随着变化，这使得液压油的流动性有一定影响，使得千斤顶的升降过程中的稳定性有一定改变。液压和机械这两个效率高的话就是液压了，机械费力一点。2.剪式千斤项的工作原理剪式千斤顶的工作轨迹结构像一把铰刀，俗称之为剪式。他主要用作车辆刚换轮胎或简单维修的举升使用，比如小型汽车，SUV或MVP等等。市场上常有的剪式千斤顶负载规定有IT(吨)、1.5T吨、1.8T(吨)。结构简约操作方便，是车辆的维修用品。2.2.4拉索式千斤顶的材料和工作参数材料:45#钢

重量:3kG

2.3拉索式千斤顶改良来源是通过人工拉动链条上的齿轮来传动的，而整个升降过程是利用齿轮带动螺杆旋转的，正、反旋转运动转变直线旋转实现的，并且产生动力输出。螺旋传动效率高，旋动平稳不易抖动，自锁性能好，在机械类被大量的使用。需要改良的部件:齿轮、螺杆、螺母、托中盘、底座。2.3.1齿轮的设计齿轮的转动特点：齿轮的传动可以带动之间的转动和动力，传递功率高，齿轮直径可以1mm至100mm及以上，是目前机械设备最长应用的一种传动方法。其优点是：传动效率高；工作可；使用年限长；功率范围大；结构紧凑不易松动。缺点：要求安装较高；加工工艺要精确；成本高，精度差的齿轮旋转会产生震动感。2.3.2螺杆的设计与计算（1）螺纹牙的选定根据资料查阅得知，有三种不同的形状，分别为锯形、梯形、矩形。牙床角度为0度的为矩形螺纹，选用梯形螺纹，其有较好的稳定传动性，压根容易受损要经常检修复。

梯形牙形角度为300，锯齿型牙根角为30，非接触的工作面为300，螺纹的结合后，由于大径是没有缝隙更合适对中，图2.1梯形螺纹（2）工作受力分析工作时最大负载F=18000N,底部工作板可以降下高度为110mm，人工顶起高度为450mm,图2.2拉索式千斤顶升降尺寸示意图在进行设计之前，需要对整个结果做一个整体负荷系统的分析计算，由图2.2的图可以得到，当c点相当于托重台，被顶起C点承载物加上一个力G,整个工作平台工作受力时候产生了两个重要的力T1和T2，这时候受力的关系得出，工作平台的两个支架对C由于力的作用产生了T1'和T2’，力的T1'和T2’与工作平台支撑力G符合。在这个时候人工用力拉动拉索齿轮和螺纹旋转，工作平台发生变化随着转动圈数增加，工作平台举升高度也在升高。产生了两个压力T3，T4，同时由于力的关系，下降时候工作平台也产生了两个力T3'和T4'，下降的过程中工作平台也发生了变化产生一个横向的力负载F，可以得出力的T3'和T4'与拉力F符合图由上面的计算分析可以得出，工作平台a为工作平台螺杆与下支撑架的夹角（0≤a≤T=T1=T2=T3=T4=T1'=T2'=T3T=F=式中，T−−−−上支架受到的压力,N从上面公式计算可以知道:当工作平台将重物G升到一定高度时，工作平台和车子相接触受力最大的那个点T随着a局部的受力而改变，这时候拉伸力F也随着a的受力而改变。工作平台在受力旋转升高时，对平面受力支撑点和工作杆之间的角度a为70°，这样整个工作平台在人工的带动下，上下设计尺寸合理，受力均匀、平衡。它的原起升位置角度a为30°为受力时候，从上面的算出，随着将重物的运动中它的角度a也会持续的变大，作用于它上各个构件的也逐渐减小，（3）螺杆的设计计算选择结果：考虑到综合性性，选用梯形的螺纹。（1）选取螺杆材料

根据常用材料说明：螺杆材料常用有Q235、Q275、40、45等等。结果：考虑到慢速转动，只是单点受力的作力点，受到压力并不大，故此此选用的45钢为。（2）确定直径

计算推算出d2后，得出结论，数值为标准直径d、螺距p。根据相关的规定，螺母使用后磨损是有间距的，应不能做调整的，为使承载力要分布开来，工作的旋转不能太多，这里取1.2到2.5区域之间，此处取得＝2为确定滑动螺旋传动的许用强度，这里我取材料分别为钢对青铜，移动的频率低。查书中表2.1可以得出螺杆的d2,求出d2后，再按标准计算取出相应的公称直径d，螺距p的尺寸螺杆受到的牵引力F为6500N，螺纹=h=0.5p,取d我们这里取螺杆的d2=11mm，查阅文献获悉它的标准直径d=12mm。由公式d2=d−H=d−0.5p可以得到P=2mm，D4=12.5mm，d3=9.5mm，D1=10mm。计算结果得出:H=∅计算得到工作螺旋圈数为:n=HP=22表2.1许用应力（4）螺杆螺旋传动锁止功能验证当使用时，螺纹比如的围绕是的一个坡面上，将其展开来，这个面上的角θ就是起始角θ，相当于放在一个300的面上的东西，而所上升的重物是加在轴向的牵引力，防止轿车无预兆失落下来，在一定高度上面实行禁止的功能，所以要让升角θ小于等于螺杆与螺纹槽之间的摩擦角φ，即自锁条件是θ≤∅=arctan式中：θ为螺纹升角；为当量摩擦系数。（，式中为螺纹工作面的牙型斜角）；φ为当量摩擦角（当量摩擦角小10）根据图2.2可得（计算时取用最大值）表SEQ表\*ARABIC2.2螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数FV（定期润滑）计算可以得到：θ=arctan∅=arctan且θ=3.31°≤φ−1°=4.91°经过计算得出螺杆在工作过程运行稳定，保证举升时的稳定性能。（5）螺杆的强度计算校核在计算校核的过程中，工作平台受力的时候，横向负载时的收缩力是蛮大的，截面上既有牵引力和切向力两个力，所以进行计算强度的同时，按照公式求出截面计算应力，强度校核公式为：式中:F−−−−−−−螺杆所受的轴向负载，N；xA−−−−−−−螺杆危险截面的面积；A=π4螺杆螺纹段的抗扭截面系数,W螺杆材料的许用应力（Mpa）；得出该扭矩T=Ftan式中：θ为螺纹升角；φ为当量摩擦角。分析计算推算出,45号钢的屈服强度表2.3滑动螺旋副材料的许用应力项目许用应力/Mpa螺杆,为材料的屈服极限/Mpa螺母材料许用弯曲应力许用切应力青铜40-6030-40耐磨铸铁50-6040铸铁45-5540钢（1.0-1.2）0.6注：静载荷许用应力取大值。根据表2.3可得稳定系数范围在3至5之间，我们这里取3；计σ所以：σ从上面计算推算出来得出，该设计螺杆的强度校核满足使用。（6）螺杆的稳定性校核由图2.4可得长度系数μ=2；它的最大负载长度L由最大上升范围、螺母高H、铰支头高及螺杆轴向预留余量决定，其中l2=1.5d2。表2.4螺杆长度系数μ的选择所以，得出螺杆的工作长度如下

l=螺杆的截面惯性半径i=计算螺杆的柔度γ=其螺杆的材料选用45号，而钢材的E=210GPa；S为稳定性能，对于传递的力取S=3.5～5；对于螺纹传导取S=2.5～4；对于精密螺杆或水平螺杆取S>4。计算得到螺杆的危险截面的惯性矩I=故有：FF通过上面公式计算可以出，设计参数在理论范围里面符合。2.3.3螺母的设计计算以青铜材料为主，设计尺寸选用（45）号钢制造而成。（1）螺母的尺寸计算通过上面的计算我们已经得到：螺母高度:H=∅螺旋圈数:QUOTEn=Hp=222在加工过程方面退刀槽的不能多，多的话会产生导致各部件之间的不均匀性，所以N要取合适，所以N选取13。得出螺母的高度H’=NP=13×2=26mm螺母的放置部分受到拉索齿轮旋转的作用下，将F增大30%，按σ=≤[σ]式中，[σ]为材料的应力，优取[σ]=0.83[σb]，由[σb]=50Mpa，因此[σ]=0.83[σb]=41.5Mpa。公式计算得到：D选取D3=20mm。工作平台右侧螺母的直径为φ20mm。工作平台螺母螺纹牙的强度计算项目许用应力/MPa钢制螺杆[σ]=σS/3~5σS为材料的屈服极限/MPa螺母材料许用弯曲应力[σb]许用剪切应力[τ]青铜40-6030-40耐磨铸铁50-6040铸铁45-5540钢（1.0-1.2）[σ]0.6[σ]注：静载荷许用应力取大值。表2.5滑动螺旋副材料的许用应力设计选用的是第二项材料青铜，该材料强度点较低，直接计算数据；由表2.5可以得出工作平台螺纹牙许用曲应力；许用剪切应力；公式计算可得：梯形牙根宽度b=0.65p=0.65×2=1.3mm；梯形螺纹牙工作高度h=0.5p=0.5×2=1mm；螺纹牙截面的弯曲强度计算：σ=3FhπD螺纹牙截面的剪切强度计算：τ=FNπD式中：——螺母螺纹的大径mm.N——螺母螺纹的实际圈数。（1）确定螺母高度H'及螺纹工作圈数U螺母高度H'拉索式千斤顶在人工的拉动下，通过拉索、齿轮转动将车子轮胎一侧顶起，快速安全更换轮胎，举升起来后从而达到将部件d2,工作范围旋转的圈u=H'p,考虑到开刀工作槽的影响，螺母工作范围U应取u+1.5（u’应圆整）。考虑到其圈数u越多，导致受力方面不平，而u不能取大于10，不然的话要更换材料或加大d。螺母高度H':H’=φ螺纹工作圈数U:u=H'P=59.4故u'因此，螺母实际高度H’=u’p=12×6=72mm2.3.4千斤顶强度校核计算参照教材或者资料方面上得知，螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为:Fπd'bz≤[τ]；3Fℎ查资料中数据有:故有:Fπd'bz=60×1033.14×37×3Fℎπdb2查表得D3=（1.6-1.8）（d'图中为D）=1.7×37=62.9mmD3=1.3×62.9=2.4托重盘的设计与计算托中盘安装于顶端，将一根螺杆和销轴串在一起，它作用于我们拉动链条，在它的作用下转动到禁止点和左右的两颗螺母接触的时候，此时已升最顶端，且将重物顶离地面，需要对托重盘与物体之间的接触面的进行计算，判断其是否安全。托重盘是用来承托重物的，可用45钢、铸铁Q235做成。而这里选择用Q235号。工作平台支撑点受力最大的位置和整个零部件运行时是否靠谱，要对其强度进行计算分析。（1）工作平台支撑点接触面计算:P=得出:[P]—工作平台材料的许用压强，MPa；经过论证研讨得出45钢的屈服点σ=360Mpa；从工作平台底板的计算可以得出工作平台底板与物体的接触面积得出P=（2）千斤顶有限元件的分析千斤顶的有限元运动仿真分析，可以判断其结构的是否符合标准。将其中无关的部件排除外，只对工作平台底板进行受力分析。

因工作平台底板的受力范围，工作平台底板材料选用45号钢材，在工作的条件下，屈服强度[σ]≥360MPa。可以得出承负荷最高数据为118000460Pa≈118.00MPa≥355MPa.原上我们从托重盘的整体变化程度范围图中可以看到最大值为3.892e-lmm,

2.5千斤顶底板的设计工作平台底板是最更换轮胎时最关键的部位，底板和支撑部位连接一起，我们需要考虑其结构大小的形式等因素，设计尺寸要合理，保证在运行的时候可靠性高。

工作平台底板选用45号钢板为制造材料，在用机器冲压制造成型。厚度不少于2.0mm。为了方便驾驶员轻松拆卸轮胎快速安装，比传统的千斤顶减少时间，效率提高上来了。更是要合理的来规划，且外形可制作成类似吐字形的面，底座结构及尺寸大小如下图2所示图2.3底座的设计尺寸

3千斤顶的安全原则3.1千斤顶的压力测试(1)受力动载测试

在做时需要我们在应用到轿车上面使其受力，从最低升到最高，观察表面支架连接处受力接触点有没有出现变形或者断裂。

(2)不受力静测试

地面上保持干净，将千斤顶自由状态下运行，测试是否顺畅、活动无卡顿。3.2拉索式千斤顶的使用原则1、使用时不能超负荷使用，避免工作过程中发生安全事故。

2、在使用前，应检查千斤顶部件是否有弯曲变形等，是否有运动阻碍等。

3、工作平台在受力支撑下，顺畅将轿车轮胎一侧顶起，更换好轮胎后顺畅安全降下，最后驾驶员将工作平台收好放回尾箱。

4、使用时要摆正位置，升起时，手使力气要匀速:卸载时，要检查拆卸部位是否牢固可将千斤顶放下。

5、使用千斤顶时，应在机件上涂上润滑油，减小运动件受损。

6、千斤顶不能长时间做业，如需长时间做业时，应在举重物下放钢管支撑三脚架等，以保障千斤顶的安全性。7、使用后，需要后期保养，不使用存放，在运动部件涂上防锈油防止生锈卡死。

4SolidWorks建模分析4.1SolidWorks发展概述美国SolidWorks公司研发的基于Windows开发的CAD三维系统，通过SolidWorks软件进行绘制建模。它的建模环境能创造、模拟和优化具有覆盖很大的机械系统，涉及到模具，工业机器人，医疗设备，甚至航空航天。4.2SolidWorks功能介绍SolidWorks软件已包括3D绘图功能、数据分析与管理、基于物理学的仿真分析功能三个核心模块。（1）3D绘图功能SolidWorks本已完全备的CAD软件库以及CAD标准检查功能，也就是说具有标准的材料库存来提供给从事工作者去应用软件组装机械以及管路架设设备。除其之外，还可以找到设计中的不合适之处。（2）数据分析与管理在机器的设计中绘图数据的安全保存分析是非常重要的。当然的数据的管理与牵引也很重要，SolidWorks在数据牵引的研究有一套科学便捷的牵引算法给使用者引用。（3）基于物理学的仿真分析功能当机械建模成后其可靠性和实用性亦为机械设计中的重要一部分，SolidWorks软件基于真物物理的规律，包含有，热力结构分析，跌落分析等物理性的分析。4.3SolidWorks模型建立从Ug导入SolidWorks图4-1然后添加约束并添加驱动（托重盘、底座）固定副（上支撑臂、下支撑臂）固定副（齿轮、螺杆）旋转副（螺母、销轴）固定副图4-2

5展望与总结自选题目之后，我就查阅相关资料，为此次设计做好准备，因为本次设计有大量计算，因要选择最优化的外观设计和结构设计，更好的体现出本次设计的亮点，即更轻量化，操作方便省力