轎車用螺旋式千斤頂設(shè)計(jì)

轎車用螺旋式千斤頂設(shè)計(jì),轎車,螺旋式,千斤頂,設(shè)計(jì) 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題目：轎車用螺旋式千斤頂設(shè)計(jì)專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)姓號(hào)：名：2010962924羅意明指導(dǎo)教師：完成日期：高 偉2014 年 5 月 9 日湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書論文（設(shè)計(jì)）題目：轎車用螺旋式千斤頂設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)：2010962924姓名：羅意明專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：高偉系主任：劉伯希一、主要內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：設(shè)計(jì)一款轎車用螺旋式千斤頂，其主要構(gòu)件包括螺桿、螺母、錐齒輪、導(dǎo)套、手柄、外殼。 設(shè)計(jì)包括：（1）千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算；（2）千斤頂?shù)膭?dòng)作實(shí)現(xiàn)；（3）繪制三維實(shí)體圖并生成各零件圖紙及裝配圖紙 ,完成 8000 字以上的說明書撰寫。基本要求:（1）千斤頂?shù)膹?qiáng)度要求，最大承載質(zhì)量為 2T ；（2）千斤頂?shù)淖畲笮谐桃蟛簧儆?150mm，可以采用兩級(jí)式升降結(jié)構(gòu)；（3）千斤頂升降靈活不能有卡頓現(xiàn)象 ；（4）千斤頂外觀美觀，攜帶方便。二、重點(diǎn)研究的問題（1）千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，突出便攜 ；（2）千斤頂三維仿真及有限元分析 ；（3）螺旋千斤頂?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)分析。三、進(jìn)度安排四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1、濮良貴，紀(jì)明剛機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）（M）高等教育出版社，2006.52、孫恒，陳作模，葛文杰機(jī)械原理（M）高等教育出版社，2006.53、羅迎社，李卓球材料力學(xué)武漢理工大學(xué)出版社，2000.11.184、陳燕, 歐陽(yáng)加強(qiáng). 千斤頂技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望 JJ. 現(xiàn)代機(jī)械, 2002, 45、劉平安. 錐齒輪螺旋千斤頂設(shè)計(jì)J. 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究, 1996 (2): 35-36.6、成大先, 王德夫. 新中國(guó)成立后第一部大型 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)C/History ofMechanical Technology (3)-Proceedings of the Third China-JapanInternational Conference on History of Mechanical Technology. 2002 年,2002.7、吳宗澤，羅圣國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)（M）高等教育出版社，2006.58、周良得，朱泗芳現(xiàn)代工程圖學(xué)（M）湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2000.99、哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室理論力學(xué)（I）（第 7 版）（M）高等教育出版社，2009.7序號(hào)各階段完成的內(nèi)容完成時(shí)間1查閱資料、調(diào)研12 周2開題報(bào)告、任務(wù)書34 周3方案，結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)56 周4總裝配圖，零部件圖的繪制710 周5寫出初稿1112 周6修改，寫出正式稿13 周7答辯14 周湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表學(xué)號(hào)2010962924姓名 羅意明專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：轎車用螺旋式千斤頂設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當(dāng)；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。綜合評(píng)價(jià)該生的畢業(yè)設(shè)計(jì)為轎車用螺旋式千斤頂設(shè)計(jì)，論文選題符合培養(yǎng)目標(biāo)要求，能體現(xiàn)科學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)，達(dá)到了綜合訓(xùn)練的目的。該生具有較強(qiáng)的文獻(xiàn)查閱、資料綜合歸納整理的能力，能在設(shè)計(jì)工作中較熟練的運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)方案可行，工作量適當(dāng)，設(shè)計(jì)思路較清晰，研究?jī)?nèi)容具有一定的實(shí)用性，設(shè)計(jì)質(zhì)量較好，同意參加答辯。評(píng)閱人：年 月 日湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見學(xué)號(hào)：2010962924姓名：羅意明專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）37頁(yè)圖 表15張論文（設(shè)計(jì)）題目：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化內(nèi)容提要：本文簡(jiǎn)要介紹了千斤頂?shù)念愋图皣?guó)內(nèi)外汽車用千斤頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀。并論述了國(guó)內(nèi)常見的幾款汽車用千斤頂?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)詳細(xì)的講解了一款兩級(jí)升降結(jié)構(gòu)的新型螺旋式千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)。該螺旋式千斤頂采用了螺母同套筒滑動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)，螺桿同圓錐齒輪做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并依靠人力來傳動(dòng)的便攜式微型起重裝置。本裝置的主要構(gòu)件有梯形螺桿、兩級(jí)起重套筒、活動(dòng)銷軸、圓錐傳動(dòng)齒輪、底座、小軸以及頂板等。本文的重點(diǎn)是這款千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，同時(shí)本文對(duì)千斤頂?shù)年P(guān)鍵零、部件做了簡(jiǎn)要的有限元分析。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)設(shè)計(jì)選題具有較高的實(shí)用價(jià)值，設(shè)計(jì)符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)計(jì)任務(wù)能夠達(dá)到綜合訓(xùn)練的目標(biāo)。該生在設(shè)計(jì)過程中能夠全面收集相關(guān)設(shè)計(jì)資料，綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)作品較新穎，體現(xiàn)出學(xué)生具有較好的專業(yè)知識(shí)。同時(shí)全面分析了產(chǎn)品零部件的加工及實(shí)際使用中可能遇到的問題，綜合運(yùn)用知識(shí)能力強(qiáng)。設(shè)計(jì)說明書篇幅符合學(xué)院規(guī)定，內(nèi)容完整，層次結(jié)構(gòu)安排科學(xué)邏輯關(guān)系清楚，有一定的個(gè)人見解。說明書語(yǔ)言表達(dá)流暢，格式符合規(guī)范要求；參考了豐富的文獻(xiàn)資料，其時(shí)效性較強(qiáng)，設(shè)計(jì)中沒有抄襲現(xiàn)象。同意其參加答辯，建議成績(jī)?cè)u(píng)為：指導(dǎo)教師：年答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語(yǔ)答辯小組組長(zhǎng)：年答辯委員會(huì)意見答辯委員會(huì)主任：年月月月日日日目錄中文摘要ABSTRACT(1)(2)第一章 概 述 (3)1.研究意義(3)2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀(4)第二章 設(shè)計(jì)原理及方案選定 (5)1.設(shè)計(jì)原理 (5)2.方案的選定(5)第三章 兩級(jí)螺旋式千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì) (6)1.螺桿設(shè)計(jì)與計(jì)算(6)1.1 螺桿螺紋的選型 (6)1.2 螺桿材料選定 (6)1.3 螺桿的尺寸設(shè)計(jì)(6)1.3.1 耐磨性計(jì)算(6)1.3.2 螺紋自鎖的驗(yàn)算(8)1.3.3 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算(8)1.3.4 螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算 (9)2.螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算(10)2.1 第一級(jí)螺母材料選定(10)2.2 第一級(jí)螺母參數(shù)計(jì)算(10)2.3 第一級(jí)螺母牙紋的強(qiáng)度計(jì)算(11)2.4 第二級(jí)螺母材料選定(11)2.5 第二級(jí)螺母參數(shù)及強(qiáng)度計(jì)算(12)3.升降套筒的設(shè)計(jì)(13)3.1 第一級(jí)升降套筒參數(shù)計(jì)算(13)3.1.1 升降套筒的材料確定(13)3.1.2 第一級(jí)升降套筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度驗(yàn)算(13)3.1.3 第二級(jí)升降套筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度驗(yàn)算(14)3.2 活動(dòng)銷軸的設(shè)計(jì)(15)3.2.1 銷軸受剪應(yīng)力的計(jì)算(15)3.2.2 銷軸接觸面受擠壓應(yīng)力的計(jì)算(16)4.錐齒輪的設(shè)計(jì)(16)4.1 齒輪材料的確定(17)4.2 齒輪的精度選定(17)4.3 齒輪的參數(shù)選定(17)4.4 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)(17)4.5 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算(18)4.6 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)(19)5.圓錐滾子軸承設(shè)計(jì)(20)5.1 軸承的受力分析(21)5.2 軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算(22)6.小軸的設(shè)計(jì)(22)6.1 小軸的介紹及材料選定(22)6.2 小軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(22)7.外殼設(shè)計(jì)(23)7.1 外殼設(shè)計(jì)(23)8.底座設(shè)計(jì)(24)8.1 底座的材料選擇(24)8.2 底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(24)9.手柄設(shè)計(jì)(25)9.1 手柄設(shè)計(jì)及驗(yàn)算(25)第四章 重要部件裝配及總裝(27)1. 第一級(jí)及第二級(jí)套筒的裝配 (27)2. 外殼及小圓錐齒輪的裝配 (27)3. 總裝(27)第五章 重要零部件的有限元分析(28)1.2.3.活動(dòng)銷的靜力分析(28)第二級(jí)螺母與螺桿配合的靜力分析 (30)圓錐齒輪副的靜力分析 (32)結(jié)語(yǔ) (35)參考文獻(xiàn)(36)附件轎車用螺旋式千斤頂摘要 本文簡(jiǎn)要介紹了千斤頂?shù)念愋图皣?guó)內(nèi)外汽車用千斤頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀。并論述了國(guó)內(nèi)常見的幾款汽車用千斤頂?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)詳細(xì)的講解了一款兩級(jí)升降結(jié)構(gòu)的新型螺旋式千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)。該螺旋式千斤頂采用了螺母同套筒滑動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)，螺桿同圓錐齒輪做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并依靠人力來傳動(dòng)的便攜式微型起重裝置。本裝置的主要構(gòu)件有梯形螺桿、兩級(jí)起重套筒、活動(dòng)銷軸、圓錐傳動(dòng)齒輪、底座、小軸以及頂板等。本文的重點(diǎn)是這款千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，同時(shí)本文對(duì)千斤頂?shù)年P(guān)鍵零、部件做了簡(jiǎn)要的有限元分析。關(guān)鍵字 千斤頂 ；螺旋式 ；轎車1Car jack screwAbstractThis paper briefly introduces jack type and domestic and foreign automobiledevelopment situation of jack. And discusses several cars with the advantages anddisadvantages of jack. At the same time, a detailed explanation of the design of a new type ofscrew jack a two level lifting structure. The jack screw the nut to do linear motion with sleevesliding, screw rotate with the bevel gear to drive, and rely on the human micro portable liftingdevice. The main component of the device to a trapezoidal screw, two level lifting sleeve, amovable 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 thejack parts, the finite element method brief analysis.KeywordsJack 、 Screw 、 Car2第一章 概述1.研究意義生活中常常會(huì)遇到重物起重的時(shí)候，比如搬動(dòng)笨重的大箱，移動(dòng)各類機(jī)床設(shè)備,或是家用汽車的保養(yǎng)。當(dāng)遇到這類不便于大型起重設(shè)備工作的時(shí)候，千斤頂?shù)淖饔帽悴谎远髁?。因此千斤頂在工廠，汽修廠以及公路鐵路部門的應(yīng)用非常廣。最常見的則是汽車維修場(chǎng)所經(jīng)常需要千斤頂來幫助工人抬起輪胎進(jìn)行作業(yè)。家用汽車上也常常會(huì)備有一個(gè)小型千斤頂來幫助人們對(duì)自己的汽車做個(gè)保養(yǎng)或是維修，例如常見的換個(gè)備用輪胎或是檢查剎車等等。隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，汽車時(shí)代早就來臨。越來越多的人已經(jīng)擁有自己的小汽車，因此汽車用千斤頂也在迅速的發(fā)展，現(xiàn)在的汽車用千斤頂主要是向結(jié)構(gòu)小巧，外觀美觀，以及操作方便出發(fā)。因此也出現(xiàn)了很多類型的千斤頂。汽車用千斤頂主要在需要手動(dòng)還是自動(dòng)可分為手動(dòng)式還有自動(dòng)式。不管是手動(dòng)式還是自動(dòng)式其結(jié)構(gòu)上都分為液壓、機(jī)械、氣壓三種。常見的是液壓式，液壓式的千斤頂具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、以及起重質(zhì)量大的優(yōu)點(diǎn)，最主要的缺點(diǎn)是不能長(zhǎng)時(shí)間起重重物，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)有少許下滑，同時(shí)油液的泄漏會(huì)產(chǎn)生污染。機(jī)械式的又分為剪式以及螺旋式，剪式是小汽車上備用最常見的。該千斤頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)小巧、質(zhì)量輕。但缺點(diǎn)是起重質(zhì)量較小、穩(wěn)定性能差。另一種螺旋式的比較少見，螺旋式千斤頂主要用于重工行業(yè)，它的優(yōu)點(diǎn)是能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的工作、起重質(zhì)量大、對(duì)外界要求低、清潔。但是缺點(diǎn)是體積大，外觀略顯笨重且效率較低。還有一種是氣壓式，這是一種新型千斤頂。該千斤頂?shù)墓ぷ髟砗芎?jiǎn)單，利用汽車尾氣給一個(gè)皮囊充氣，在皮囊中建立一定的壓強(qiáng)從而起重汽車。顯然這種千斤頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)是不會(huì)在起重汽車的過程中損壞汽車、起重高度高、清潔。對(duì)于氣壓式的千斤頂其最主要的缺點(diǎn)是不能夠長(zhǎng)時(shí)間支撐以及價(jià)格比較貴、其次是需要在尾氣處取氣源，因此取氣過程本來就比較困難?？v觀上述幾種千斤頂可知只有螺旋式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、清潔同時(shí)穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。但是由于現(xiàn)存的螺旋式千斤頂固有尺寸高的問題，很多汽車根本使用不了這些千斤頂。因此設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、外觀美觀同時(shí)能在離地間隙在150mm左右的汽車上使用的螺旋千斤頂是很有實(shí)用價(jià)值的。32.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外在千斤頂方面的研究較早，早在 20 世紀(jì) 40 年代就已經(jīng)開始研究臥式千斤頂。但由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)問題，臥式千斤頂?shù)捏w積較為龐大，同時(shí)起重質(zhì)量較小等原因發(fā)展較緩慢。但在 90 年代初，由于工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)千斤頂需求量的增大以及技術(shù)的更新臥式千斤頂已經(jīng)普遍使用。90 年代末期，新型的便攜式液壓千斤頂以及氣壓千斤頂也開始推廣。新型的液壓千斤頂在起重質(zhì)量上有很大改善，同時(shí)操作方便等優(yōu)點(diǎn)很快占據(jù)了市場(chǎng)。與此同時(shí)氣壓千斤頂在這期間也得到了飛速的發(fā)展，它能在短時(shí)間內(nèi)起重一個(gè) 1.5T 重的汽車至70cm 高，這驚人的效率也得到很多消費(fèi)者的喜愛。但是國(guó)內(nèi)在千斤頂這塊的研究則是比較晚的，一直到 1979 年才開始接觸到類似于臥式千斤頂?shù)倪@類產(chǎn)品。但是進(jìn)過幾年的研究發(fā)展千斤頂技術(shù)，如今制造的千斤頂在性能或是外觀方面已得到很大提升。部分產(chǎn)品質(zhì)量已超過國(guó)外的同類產(chǎn)品。所以已有很多產(chǎn)品已經(jīng)打入了歐美市場(chǎng)。4第二章 設(shè)計(jì)原理及方案選定1.設(shè)計(jì)原理螺旋式千斤頂?shù)脑硎抢脗髁β菪脑恚且詡鬟f動(dòng)力為主，利用較小的扭矩產(chǎn)生較大的軸向推力，同時(shí)傳力螺紋的螺旋升角較小所以螺紋具有自鎖能力。利用這樣的結(jié)構(gòu)能使操作者輕松的起重重達(dá)幾噸甚至上百噸的重物。同時(shí)采用兩級(jí)的結(jié)構(gòu)使兩級(jí)套筒進(jìn)行力的傳遞，使得固有高度大大降低。這樣的結(jié)構(gòu)理論上能使原有一級(jí)螺旋式千斤頂?shù)墓逃懈叨冉档偷皆瓉淼囊话?，同時(shí)能夠達(dá)到一個(gè)較大的起重高度。2.方案的選定針對(duì)于上述原理我現(xiàn)有以下幾種方案。1采用螺母固定螺桿旋轉(zhuǎn)并上升的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)主要是便于使用兩級(jí)結(jié)構(gòu)，利用一個(gè)同時(shí)擁有內(nèi)螺紋和外螺紋的結(jié)構(gòu)作為第二級(jí)套筒，第一級(jí)結(jié)構(gòu)為一個(gè)擁有外螺紋的螺桿跟第二級(jí)配合，這樣在第一級(jí)到達(dá)極限時(shí)能機(jī)械的鎖緊第二級(jí)結(jié)構(gòu)使得第二級(jí)繼續(xù)與外殼配合產(chǎn)生軸向推力。這種結(jié)構(gòu)不為做成兩級(jí)結(jié)構(gòu)的第一選擇，但是由于操作者必須使用操縱桿來回搬動(dòng)螺桿，很是吃力，因此操作及其不變，同時(shí)考慮到螺桿是一端固定一端自由的結(jié)構(gòu)，這樣的話會(huì)降低螺桿的穩(wěn)定性，容易使螺桿彎曲變形，所以最終予以否決。2采用螺桿旋轉(zhuǎn)，螺母直線運(yùn)動(dòng)的方式。這種結(jié)構(gòu)在制作兩級(jí)的結(jié)構(gòu)上是不太方便的，但是在螺桿穩(wěn)定性方面由于是兩端固定所以有很大的提高，同時(shí)如是在螺桿上固聯(lián)一個(gè)傳動(dòng)裝置，例如錐齒輪或是蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，這樣的話有利于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所以對(duì)于操作是很方便的。操作者能連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)螺桿，同時(shí)在錐齒輪或是蝸輪蝸桿這樣的結(jié)構(gòu)下能夠進(jìn)一步的減少操作者所需的力量。但是對(duì)于螺桿旋轉(zhuǎn)螺母直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)使用兩級(jí)升降結(jié)構(gòu)就比較困難，這時(shí)我突然想到我們常見的雨傘結(jié)構(gòu)，采用四個(gè)均布的活動(dòng)銷軸來均分載荷，于是兩級(jí)升降的兩級(jí)的方案得以解決。對(duì)比兩個(gè)方案，在此選用第二種方案。下面就是針對(duì)于這種方案的具體設(shè)計(jì)及計(jì)算過程。5第三章 兩級(jí)螺旋式千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)1螺桿設(shè)計(jì)與計(jì)算1.1 螺桿螺紋的選型用于傳動(dòng)的螺紋有矩形、梯形和鋸齒形，常用的是梯形螺紋。梯形螺紋的牙型為等腰梯形，牙型角 = 30，由于內(nèi)外螺紋是以錐面貼合因此不易松動(dòng)。梯形螺紋與矩形螺紋相比，傳動(dòng)效率略低，但牙根強(qiáng)度較高，工藝性好，同時(shí)對(duì)中性要好。鋸齒形螺紋牙型傳動(dòng)效率也比梯形螺紋高，但為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，加工成本高，對(duì)中性較差。結(jié)合以上，從經(jīng)濟(jì)性考慮，選梯形螺紋，它的基本牙型根據(jù) GB/T 5796.3-2005 確定。1.2 螺桿材料選定考慮到螺旋式千斤頂是人力驅(qū)動(dòng)因此轉(zhuǎn)速極不均勻而且較低，同時(shí)對(duì)于單個(gè)螺旋作用面受力并不大，因此從經(jīng)濟(jì)性考慮，以及螺桿材料的常用材料 Q235、Q275、40、45、55 等。該螺桿選最為常見的 45 鋼。1.3 螺桿的尺寸設(shè)計(jì)滑動(dòng)螺旋工作時(shí)，主要承受的是轉(zhuǎn)矩及軸向拉力（或壓力）的作用，同時(shí)在螺桿和螺母的旋合螺紋間會(huì)存在較大的相對(duì)滑動(dòng)。因此其主要的失效形式是螺紋磨損。所以傳統(tǒng)螺紋設(shè)計(jì)都是按耐磨性條件確定螺桿中徑𝑑2。求出𝑑2后，再按梯形螺紋標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)公稱直徑d、螺距 P 及其它尺寸。1.3.1 耐磨性計(jì)算滑動(dòng)螺旋副的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤(rùn)滑狀況等因素都有關(guān)系。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副間越容易形成過度磨損。因此，滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作表面上的壓力P，使其小于材料的許用壓力P。假如作用于螺桿上的軸向力 F（單位為 N），螺紋的承壓面積（指螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積）為 A（單位為mm2）,螺紋中徑為𝑑2(單位為mm)，螺紋工作高度為 h（單位為 mm），螺紋螺距為 P（單位為 mm），螺母高度為 H𝐻𝑃 =𝐹𝐴=𝐹𝜋𝑑2𝜇=𝐹𝑃𝜋𝑑2𝐻 𝑃(3.1-1）對(duì)于矩形和梯形螺紋，h=0.5P6（單位為 mm），則螺紋工作圈數(shù)為 = 𝑃，所以螺紋工作面上的耐磨性條件為則：螺母高度𝐹𝑃H = 𝑑2（3.1-2）（3.1-3）式中，P為材料的許用壓力，單位為 Mpa， 值一般取1.23.5 。對(duì)于整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力分布比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，故取 = 1.22.5；對(duì)于剖分螺母和兼作支撐的螺母，可取 = 2.53.5；只有傳動(dòng)精度較高，載荷較大，要求壽命較長(zhǎng)時(shí)，才允許取 = 4。因此在此千斤頂結(jié)構(gòu)中螺母為使受力分布比較均勻，故取 = 1.2。螺母材料選為青銅，又根據(jù)滑動(dòng)速度 3.0 m/min故取P=18 Mpa,摩擦系數(shù)=0.1。代入公式（3.1-2）則有𝑑2 = 0.8𝐹𝑃= 0.82 1041.2 18 106 24.4 mm（3.1-4）所以𝑑2 24.4根據(jù)梯形齒 GB5796.3-86 查詢知公稱直徑 d = 28 mm。由 d=28 mm 知：mm表 3.1-1 GB 5796.3-86取螺距 P=5 mm，則中徑𝑑2 = 25.5 mm 小徑𝑑3=22.5 mm,𝐷1=23 mm,大徑𝐷4=28.5 mm各尺寸如下圖所示圖 3.1-1 螺紋嚙合7公稱直徑 d螺距P中徑𝑑2 = 𝐷2大徑𝐷4小徑第一系列第二系列𝑑3𝐷128326.50028.50024.50025.000525.50028.50022.50023.000824.00029.00019.00020.000𝑑2 = 0.81.3.2 螺紋自鎖的驗(yàn)算對(duì)于千斤頂一般要求自鎖，檢驗(yàn)螺旋副是否滿足自鎖的條件為： 𝜑𝑣 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛𝑓𝑐𝑜𝑠𝛽= 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛𝑓𝑣（3.1-5）式中：y 為螺紋中徑處螺旋升角； j v 為當(dāng)量摩擦角；f v 為螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)；（當(dāng)量摩擦角 jv = arctanfcos b，為保證自鎖，螺紋中徑處螺旋升角至少要比當(dāng)量摩擦角小1）。 = arctan = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛= 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛𝑓 0.10𝑠 𝑛𝑝15𝑐𝑜𝑠𝛽 𝑐𝑜𝑠15（3.1-6）（3.1-7）所以， = 3.57 𝜑𝑣 1 = 4.91，自鎖性可以保證。1.3.3 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算螺桿在工作時(shí)承受軸向壓力（或壓力）F 和扭矩 T 的作用。螺桿危險(xiǎn)截面上既有壓縮（或拉伸）應(yīng)力，又有切應(yīng)力。因此，校核螺桿強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力:𝐹 2 𝑇式中：F 表示螺桿所受的軸向壓力（或壓力），N;𝜋𝑇（3.1-8）𝑊𝑇表示螺桿段的抗扭截面模量系數(shù)，𝑊𝑇=𝐴𝑑1為螺紋小徑，mm；T 為螺桿所受扭矩，N mm;𝜎為螺桿材料的許用應(yīng)力，Mpa。滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力𝑑34, mm3;𝜎 =𝜎𝑠35（3.1-9）此處取安全系數(shù) S=3，又知 45 鋼的屈服極限為：𝜎𝑠 =355 Mpa所以8𝜋𝑑2𝜋𝑑2= 3.573.14 25.5= 5.91𝜑𝑣 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛𝜎𝑐𝑎 = 𝜎 2 + 3𝜏 2=(𝐴) + 3(𝑊 )2 𝜎又𝜎 =3553= 118.3Mpa所以2= 42.6 𝑁. 𝑚25.52（3.1-10）𝜎𝑐𝑎 =𝜎 2+3𝜏 2=𝐴)2（3.1-11）20000442.616)2 = 50.33𝑀𝑝𝑎故𝜎𝑐𝑎 𝜎所以螺桿滿足強(qiáng)度要求。1.3.4 螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)于長(zhǎng)徑比較大的受壓螺桿，當(dāng)軸向壓力 F 大于某一零界值時(shí)，螺桿就會(huì)突然發(fā)生側(cè)向彎曲而失效。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向壓力 F 必須小于零界載荷𝐹𝑒𝑟。故螺桿的穩(wěn)定性條件為𝑆𝑠𝑐 =𝐹𝑐𝑟𝐹 𝑆𝑠（3.1-12）式中𝑆𝑠𝑐為螺桿穩(wěn)定性的計(jì)算安全系數(shù)；𝑆𝑠為螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，對(duì)于傳力螺紋𝑆𝑠=3.55.0；𝐹𝑐𝑟為螺桿的零界載荷；臨界載荷 Fcr 可安歐拉公式計(jì)算，即：Fcr =p 2EI(ml)2（3.1-13）式中：E螺桿材料的拉壓彈性模量，Mpa， E = 2.06 105𝑀𝑝𝑎；I螺桿危險(xiǎn)截面的慣性矩， I =pd1464， mm 4 。m 為螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)，對(duì)于一端固定一端自由的螺桿 ml 為螺桿的工作長(zhǎng)度，驗(yàn)證螺桿極限，即螺桿的全長(zhǎng)l 取 90 mm。9𝑑2T = Ftan( + 𝜑𝑣) = 20 103𝑁 tan(3.57 + 5.91) 𝐹 2( ) + 3(𝑇 2𝑊𝑇= (𝜋22.52) + 3( 𝜋22.53則有：ls =mli（3.1-14）又i 為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑，對(duì)于圓形結(jié)構(gòu)i =IA=d 34mm代入公式（3.1-14）得：ls =ml 0.5 90=i=840（3.1-15）故不需進(jìn)行穩(wěn)定性校核。螺桿滿足穩(wěn)定性要求。綜上知螺桿的基本參數(shù)為：材料為 45 鋼，長(zhǎng)度l =90 mm，螺距 P=5 mm，牙型角 = 30。因此螺桿的基本尺寸見下圖：圖 3.1-2 螺桿基本尺寸2.螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1 第一級(jí)螺母材料選定螺母材料常選用青銅、鑄鐵、鋼。通常設(shè)計(jì)是根據(jù)螺紋滑動(dòng)速度以及承載大小來確定選用哪種材料，由于千斤頂?shù)幕瑒?dòng)速度慢小于 3m/min。且單圈螺紋的受力不大，故選用青銅材料 ZCuSn10Pl。2.2 第一級(jí)螺母參數(shù)計(jì)算螺母高度根據(jù)螺桿參數(shù)知H = 𝑑2𝑑2 = 25.5 mmH = 𝑑2 = 1.2 25.5 = 30.6 mm10（3.2-1）（3.2-2）22.5 / 4所以u(píng)=𝐻𝑃=30.65= 6.12（3.2-3）為了螺紋受力均勻所以𝑢一般小于 10 故取整得𝑢=8所以螺母的實(shí)際高度 H=𝑢P=8 5=40 mm2.3 第一級(jí)螺母牙紋的強(qiáng)度計(jì)算螺母牙紋多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需校核螺母紋牙的強(qiáng)度。又知螺紋牙危險(xiǎn)截面的剪切強(qiáng)度條件為：𝐹螺紋牙危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件為：6𝐹𝑙= 𝜎𝑏 其中𝑏為螺紋牙根部的厚度，mm；對(duì)于梯形螺紋，𝑏=0.65 P=3.25。（3.2-4）（3.2-5）𝑙為彎曲力臂，mm; 𝑙 =𝐷𝐷22=28.5232= 2.75 mm；𝜏為螺母材料的許用切應(yīng)力，Mpa；𝜎𝑏 為螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，Mpa。由滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力知螺母使用青銅材料則 𝜏= 3040 Mpa，𝜎𝑏 =4060 Mpa 。故取𝜏=30 Mpa，𝜎𝑏 =50 Mpa又由計(jì)算知=𝐹𝜋𝐷𝑏𝑢=20000𝜋 28.5 3.25 8= 8.6Mpa 𝜏（3.2-6）又𝑢=8 則=6𝐹𝑙𝜋𝐷𝑏2𝑢=6 20000 2.75𝜋 28.5 3.252 8= 43.64Mpa 𝜎𝑏 （3.2-7）知螺母實(shí)際高度 H=40 mm 則滿足螺母牙強(qiáng)度。綜上知螺母的基本尺寸為螺母高 H=40 mm 螺距 P=5 mm2.4 第二級(jí)螺母材料選定由上知螺母材料常選用青銅、鑄鐵、鋼。由于螺旋式千斤頂是依靠人力驅(qū)動(dòng)的額，所以螺旋副之間的滑動(dòng)速度會(huì)很慢。因此考慮到千斤頂?shù)恼w尺寸的要求，同時(shí)螺母材料硬度不能高于螺桿，所以此處選用與螺桿相同的材料 45 鋼，不需要熱處理。11 = 𝜋𝐷𝑏𝑢 𝜏𝜋𝐷𝑏2𝑢2.5 第二級(jí)螺母參數(shù)及強(qiáng)度計(jì)算由于滑動(dòng)速度特別慢，所以不需要采用進(jìn)行耐磨性計(jì)算，只需進(jìn)行螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算。由 2.3 節(jié)知螺紋牙危險(xiǎn)截面的剪切強(qiáng)度條件為：=𝐹𝜋𝐷𝑏𝑢 𝜏（3.2-8）螺紋牙危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件為：6𝐹𝑙= 𝜎𝑏 其中𝑏=螺紋牙根部的厚度，mm,對(duì)于梯形螺紋，𝑏=0.65P=3.25。（3.2-9）𝑙為彎曲力臂，mm;𝑙 =𝐷 𝐷22=28.5 232= 2.75 mm𝜏為螺母材料的許用切應(yīng)力，Mpa；𝜎𝑏 為螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，Mpa。又知 45 鋼的屈服極限𝜎𝑠 =353 Mpa 強(qiáng)度極限𝜎𝑏=598 Mpa 取安全系數(shù)𝑛𝑠 = 2；因此𝜎 =𝜎𝑏𝑛𝑏=3532= 176.5 Mpa（3.2-10）螺母材料為鋼材時(shí)許用切應(yīng)力許用彎曲應(yīng)力即取𝑢 = 3則有𝜏 = 0.6𝜎𝜎𝑏 = (1.01.2)𝜎𝑏 = = 176.5 Mpa = 0.6 = 0.6 176.5 = 105.9 Mpa（3.2-11）（3.2-12）（3.2-13）（3.2-14）=6𝐹𝑙𝜋𝐷𝑏2𝑢=6 20000 2.75𝜋 28.5 3.252 3= 116.4 𝑀𝑝𝑎 𝜎𝑏 （3.2-15）=𝐹𝜋𝐷𝑏𝑢=20000𝜋 28.5 3.25 3= 23 𝑀𝑝𝑎 （3.2-16）顯然螺母牙紋是滿足強(qiáng)度要求的。綜上知第二級(jí)螺母的參數(shù)為 H=15 mm，螺距為 P=5 mm。12𝜋𝐷𝑏2𝑢3.升降套筒的設(shè)計(jì)3.1 第一級(jí)升降套筒參數(shù)計(jì)算升降套筒主要是用來支撐重物以及導(dǎo)向的作用。因此對(duì)于升降套筒的主要失效形式是壓潰、磨損過快還有穩(wěn)定性的失效。因此需要校核升降套筒的危險(xiǎn)截面的受壓情況，以及外表面的磨損情況，針對(duì)于細(xì)長(zhǎng)桿還要進(jìn)行穩(wěn)定性的驗(yàn)算。3.1.1 升降套筒的材料確定由于升降套筒在第二級(jí)與第一級(jí)連接處使用活動(dòng)銷軸，接觸面小。故升降套筒需采用高強(qiáng)度材料才能減少千斤頂?shù)目傮w尺寸，而常用的結(jié)構(gòu)件材料 40 鋼、45 鋼、40Cr以及 20Cr 。此處選用常用材料 45 鋼。3.1.2 第一級(jí)升降套筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度驗(yàn)算同理由 45 鋼的屈服極限𝜎𝑠=353 Mpa 強(qiáng)度極限𝜎𝑏=598 Mpa 又知許用壓應(yīng)力應(yīng)為強(qiáng)度極限除以安全系數(shù)即: =𝜎𝑏𝑛𝑏（3.3-1）一般機(jī)械制造中，在靜載的情況下，對(duì)塑性材料可取𝑛𝑠 = 1.22.5此處取𝑛𝑠 = 2則: =𝜎𝑏𝑛𝑏=5982= 299 Mpa（3.3-2）軸向拉伸和壓時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算知構(gòu)件軸向拉伸或壓縮的強(qiáng)度條件為：𝐹又查詢附件【5】知零件的詳細(xì)參數(shù)故A = 𝐴圓筒 𝐴銷孔 𝐴鍵槽所以有（3.3-3）（3.3-4）𝜎 = F/A =(50220000442)𝜋/4 48362= 59.75 Mpa（3.3-5） 𝜎𝑏 所以套筒是滿足強(qiáng)度要求。對(duì)于受壓的細(xì)長(zhǎng)桿還需驗(yàn)證其穩(wěn)定性。對(duì)于套筒是一端固定一端自由，知 m =2又由第一級(jí)結(jié)構(gòu)知套筒長(zhǎng)為 l=85 mm。所以i =13IA（3.3-6） = 𝐴 對(duì)于環(huán)形結(jié)構(gòu)I =𝜋(𝐷4 𝑑4)64=𝜋(504 444)64= 122749.665 mm4（3.3-7）故i =IA=122749.665442.74= 16.65（3.3-8）所以柔度ls =mli=2 8516.65= 10.2 40（3.3-9）顯然第一級(jí)套筒是滿足穩(wěn)定性要求的。綜上所知第一級(jí)套筒的基本參數(shù)為：D=50 mmd=44 mm壁厚 b=3 mm長(zhǎng)度 l=85 mm定位銷孔 M6 7 mm 4活動(dòng)銷孔8 mm 7 mm 43.1.3 第二級(jí)升降套筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算由上一節(jié)知 =𝜎𝑏𝑛𝑏=5982= 299 Mpa（3.3-10）同理由第二季套筒結(jié)構(gòu)知，套筒開有寬 6 mm 深 2 mm 鍵槽，以及直徑 6 mm 的活動(dòng)銷孔，所以有：=𝐹𝐴 （3.3-11）查詢附件【6】知零件的詳細(xì)參數(shù)故即A = 𝐴圓筒 𝐴銷孔 𝐴鍵槽（3.3-12）𝜎 = F/A =20000(562 502)𝜋/4 4 6 3 6 2= 48.2 Mpa（3.3-13） 𝜎𝑏 顯然第二級(jí)套筒的強(qiáng)度是足夠的。同樣進(jìn)行穩(wěn)定性的計(jì)算。計(jì)算套筒的柔度ls =mli（3.3-14）由結(jié)構(gòu)參數(shù)知第二級(jí)套筒的長(zhǎng)為l =105 mm，同樣是一端固定一端自由，所以14m =2。i =IA𝜋（𝐷4 𝑑4）24𝐷 4𝑑4 564504（3.3-15）代入公式知ls=mli=2 10518.77= 11.2 40（3.3-16）故套筒是滿足穩(wěn)定性要求的綜上知第二級(jí)套筒的基本參數(shù)是:D=56 mm d=50 mm 壁厚 b=3 mm 長(zhǎng)度 l=105 mm定位銷孔 M6 4活動(dòng)銷孔6 mm 43.2 活動(dòng)銷軸的設(shè)計(jì)活動(dòng)銷軸是用來連接套筒一和套筒二的活動(dòng)構(gòu)件，對(duì)于活動(dòng)銷軸主要受到兩套筒形成的剪切力，以及接觸面的擠壓力。由于結(jié)構(gòu)的限制，以及加工方便的考慮，銷軸采用圓柱狀。又由于接觸面積的狹小，并且是幾個(gè)同時(shí)受力，不免有尺寸誤差而造成應(yīng)力分布不均從而造成應(yīng)力集中，所以材料采用強(qiáng)度較高的 40Cr 加工而成。3.2.1 銷軸受剪應(yīng)力的計(jì)算千斤頂采用兩個(gè)銷軸對(duì)稱布置，所以受力分析知單個(gè)銷軸的受力 f=F/4=5000 N，對(duì)于鋼材，常取 = (0.60.8)由上知許用壓應(yīng)力 = 490.5 Mpa所以此處取 = 0.6 = 0.6 490.5 = 294.3 Mpa又由剪切的強(qiáng)度條件為（3.3-17）（3.3-18）=𝑄𝐴 𝜏（3.3-19）查詢附件【7】知零件的具體參數(shù)代入數(shù)據(jù)有=𝑄𝐴=500062= 176.93 Mpa （3.3-20）故活動(dòng)銷軸滿足剪切強(qiáng)度的要求。15= 𝜋（𝐷64𝑑2） =16(𝐷 2𝑑2) =16(562502)=18.77𝜋 43.2.2 銷軸接觸面受擠壓應(yīng)力的計(jì)算對(duì)于銷軸的接觸面是受到比較大的擠壓應(yīng)力，為了接觸面在正常的使用方式下不失效，必須進(jìn)行擠壓面的受力計(jì)算。擠壓的強(qiáng)度條件是𝜎𝑏𝑠 =𝑃𝑏𝑠𝐴𝑏𝑠 𝜎𝑏𝑠（3.3-21）又知材料的許用壓應(yīng)力是采用與許用剪切應(yīng)力類似的方法確定的。對(duì)于鋼材𝜎𝑏𝑠 = (1.72.0)其中為材料的許用壓應(yīng)力所以𝜎𝑏𝑠 = 1.7 490.5 = 833.85 Mpa同理由附件【7】可知代入數(shù)據(jù)則有（3.3-22）（3.3-23）𝜎𝑏𝑠 =𝑃𝑏𝑠𝐴𝑏𝑠=5000𝑁6 3𝑚𝑚2= 277.8 Mpa 𝜎𝑏𝑠（3.3-24）顯然活動(dòng)銷軸接觸面是滿足擠壓強(qiáng)度的。4.錐齒輪的設(shè)計(jì)此螺旋式千斤頂是便攜式，驅(qū)動(dòng)方式是人力驅(qū)動(dòng)。由網(wǎng)絡(luò)資源知一個(gè)正常的成年男子的手臂力量是體重的 1/2，而女子大概是體重的 1/4。因此按女子的平均體重為 50Kg 計(jì)算則手臂力量為F = 50 10 0.25 = 125 N（3.4-1）又由 1.3.3 節(jié)知螺旋副所需要的扭矩 T=42.6 N.m 因此考慮到其它機(jī)構(gòu)的摩擦力作用，取作用到錐齒輪的扭矩為𝑇 = 50 𝑁 𝑚。所以設(shè)手柄的長(zhǎng)度為 30 cm 即力臂 l=0.3m。則取人的作用力𝐹1 = 100𝑁則人能夠產(chǎn)生的力矩所以知錐齒輪的傳動(dòng)比𝑇1 = 100 0.3 = 30 𝑁 𝑚（3.4-2）u=𝑍2𝑍1= tan𝛿2 5030= 1.67（3.4-3）取錐齒輪的傳動(dòng)比 u=2.5 則驗(yàn)算人的驅(qū)動(dòng)力為𝐹2 =𝑇 𝑢 𝑙=502.5 0.3= 66.7𝑁 = 6.67𝐾𝑔（3.4-4）顯然此千斤頂在起重 2 噸重物時(shí)，操作者也不會(huì)很吃力。164.1 齒輪材料的確定對(duì)于螺旋式千斤頂由上一節(jié)便知轉(zhuǎn)矩 T=50 N.m，又知此千斤頂是人力驅(qū)動(dòng)，顯然轉(zhuǎn)速是很低的。所以可知錐齒輪傳遞的功率并不大，所以此錐齒輪的材料均采用 45鋼。其中小齒輪采用調(diào)質(zhì)處理，大齒輪采用常化處理。小齒輪的表面硬度為 240 H