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題目
螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計
系別
機械工程學(xué)院
專業(yè)
班級
姓名
學(xué)號
指導(dǎo)教師
日期
設(shè)計任務(wù)書
設(shè)計題目：
螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計
設(shè)計要求：
1、 設(shè)計一人力驅(qū)動的螺旋千斤頂，其軸向承載能力為F=60000N,要求提升高度為h=150mm；要求耐磨性好，螺母材料為ZCuSn10-1，采用梯形螺紋。
2、 使用AoutCAD、Solidworks繪畫裝配圖、零件圖；
設(shè)計進度要求：
第一周：選擇課題，勾勒基本的設(shè)計思路；
第二周：查找與其有關(guān)的資料；
第三周：進行螺旋傳動的設(shè)計和計算；
第四周：進行千斤頂?shù)脑O(shè)計；
第五周：繪制草圖；
第六周：完善初稿及草圖使其語言更加簡練、布局更加合理；
第七周：整理電子稿；
第八周: 再次修改論文，進行答辯。
指導(dǎo)教師（簽名）：
I
摘 要
螺旋千斤頂主要是有螺桿、手柄、底座、螺套、旋轉(zhuǎn)桿、擋環(huán)、托杯的零部件組裝而成的。在本次設(shè)計過程中對螺旋傳動的計算和各零部件的設(shè)計與選材最為重要；并且重點運用了機械設(shè)計方面的知識，另外還運用了輔助繪圖工具AoutCAD、Solidworks等。
本文從螺旋千斤頂?shù)牧悴考脑O(shè)計與選材等多方面，闡述了它設(shè)計的全過程。尤其在工藝規(guī)程設(shè)計中，運用了大量的科學(xué)加工理論及計算公式，對它進行了精確地計算。 由于螺旋千斤頂是一種小型的起重設(shè)備，體積小方便攜帶，造價成本低，所以在日常生活中被廣泛應(yīng)用。
本設(shè)計既是產(chǎn)品開發(fā)周期中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有貫穿于產(chǎn)品開發(fā)過程的始終。設(shè)計決定了實現(xiàn)產(chǎn)品功能和目標(biāo)的方案，結(jié)構(gòu)和選材。制造方法以及產(chǎn)品運行，使用和維修方法?，F(xiàn)代機械產(chǎn)品的要求不對傳統(tǒng)機械產(chǎn)品高的多，因而在產(chǎn)品開發(fā)和改進過程中只有全面深入地運用現(xiàn)代設(shè)計理論，方法和技術(shù)才能滿足社會對現(xiàn)代機械產(chǎn)品愈來愈苛刻的要求，提高其市場競爭能力。
關(guān)鍵詞：螺旋傳動，體積小，方便，成本低
II
目 錄
摘 要 II
1 起重機械的概述 1
2 千斤頂?shù)母攀?2
2.1 千斤頂?shù)姆N類 2
2.2 千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)格 3
2.3千斤頂?shù)墓ぷ髟?5
3 螺旋傳動的設(shè)計與計算 6
3.1螺旋傳動的應(yīng)用和類型 6
3.2螺旋傳動的結(jié)構(gòu)和用途 8
3.3螺旋傳動的計算 9
3.4螺旋傳動的設(shè)計和選材 10
3.5螺旋機構(gòu)耐磨性的計算 11
3.6螺母螺紋牙的計算 12
3.7螺桿強度和穩(wěn)定性的校核 13
3.7.1強度的校核 13
3.7.2穩(wěn)定性的校核 14
3.8自鎖性的校核 15
4千斤頂?shù)脑O(shè)計 16
4.1選擇材料 16
4.2耐磨性計算 17
4.3螺母外部尺寸計算 18
4.4手柄設(shè)計計算 19
4.5螺桿穩(wěn)定性校核 20
5 螺旋千斤頂圖形的繪制 21
6 使用千斤頂?shù)淖⒁馐马?23
7 設(shè)計總結(jié) 24
致 謝 25
參考文獻 26
1
1 起重機械的概述
起重機械是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化、減輕繁重體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率的重要工具和設(shè)備。起重機是機械化作業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是一些工業(yè)企業(yè)中主要的固定資產(chǎn)。對于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站倉庫、建筑施工工地，以及海洋開發(fā)、宇宙航行等部門，起重機已成為主要的生產(chǎn)力要素，在生產(chǎn)中進行著高效的工作，構(gòu)成合理組織批量生和機械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。在某些關(guān)鍵崗位上增加一兩臺起重設(shè)備，勞動生產(chǎn)率就會成倍的增長。
起重機的驅(qū)動多為電力，也可用內(nèi)燃機，人力驅(qū)動只用于輕小型起重設(shè)備或特殊需要的場合。起重機械由運動機械、承載機構(gòu)、動力源和控制設(shè)備以及安全裝備、信號指示裝備等組成；是一種以間歇作業(yè)方式對物料進行起升，下降和水平移動的搬運機械。起重機械的作業(yè)通常帶有重復(fù)循環(huán)的性質(zhì)。一個完整的作業(yè)循環(huán)一般包括取物、起升、平移、下降、卸載，然后返回原處等環(huán)節(jié)。起重機械廣泛用于交通運輸業(yè)、建筑業(yè)、商業(yè)和農(nóng)業(yè)等國民經(jīng)濟各部門及人們?nèi)粘Ｉ钪?。起重機的驅(qū)動多為電力，也可用內(nèi)燃機，人力驅(qū)動只用于輕小型起重設(shè)備或特殊需要的場合。
起重機械的工作特點：（1）起重機械通常結(jié)構(gòu)龐大，機構(gòu)復(fù)雜，能完成一個起升運動、一個或幾個水平運動；（2）所吊運的重物多種多樣，載荷是變化的；（3）大多數(shù)起重機械，需要在較大的空間范圍內(nèi)運行，有的要裝設(shè)軌道和車輪，有的要裝上輪胎或履帶在地面上行走，有的需要在鋼絲繩上行走（4）有的起重機械需要直接載運人員在導(dǎo)軌、平臺或鋼絲繩上做升降運動；（5）暴露的、活動的零件較多，且常與吊運作業(yè)員直接接觸，潛在安全隱患；（6）作業(yè)環(huán)境復(fù)雜；（7）作業(yè)中常常需要多人配合，共同進行；起重機械的上述工作特點，決定了它與安全生產(chǎn)的關(guān)系很大。如果對起重機械的設(shè)計、制造、安裝使用和維修等環(huán)節(jié)上稍有疏忽，就可能造成傷亡或設(shè)備事故。一方面造成人員的傷亡，另一方面也會造成很大的經(jīng)濟損失。
而千斤頂又屬于起重機械的一種。千斤頂是一種起重高度小(小于1ｍ)的最簡單的起重設(shè)備。(參考文獻4)
2 千斤頂?shù)母攀?
千斤頂又叫舉重器、頂重機、頂升機等，是一種用比較小的力就能把重物頂升、下降或移位的簡單起重機具，也可用來校正設(shè)備安裝的偏差和構(gòu)件的變形等。千斤頂主要用于廠礦、交通運輸?shù)炔块T作為車輛修理及其它起重、支撐等工作。其結(jié)構(gòu)輕巧堅固、靈活可靠，一人即可攜帶和操作。千斤頂是用剛性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在小行程內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備，千斤頂?shù)捻斏叨纫话銥?00mm，頂升速度一般為10-35mm/min，起重能力最大可達500t。
2.1 千斤頂?shù)姆N類
千斤頂按其構(gòu)造及工作原理的不同，通常分為機械式和液壓式，機械式千斤頂又有齒條式與螺旋式兩種，其中螺旋式千斤頂和液壓式千斤頂較為常用；由于起重量小，操作費力，所以螺旋千斤頂一般只用于機械維修工作，在修橋過程中不適用。液壓式千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，有自鎖作用，故使用廣泛。其缺點是起重高度有限，起升速度慢。
液壓千斤頂主要由油室、油泵、儲油腔、活塞和搖把等組成，工作時，用千斤頂?shù)氖謩訐u把驅(qū)動油壓泵，將工作油壓入油室，推動活塞上升或下降，進而頂起或下落重物。在工程施工時，YQ型手動液壓千斤頂使用較多。這種千斤頂質(zhì)量輕，效率高，使用和搬運也比較方便，它又可以分為通用和專用兩類。
專用液壓千斤頂使專用的張拉機具，在制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時，對預(yù)應(yīng)力鋼筋施加張力。專用液壓千斤頂多為雙作用式。常用的有穿心式和錐錨式兩種。
穿心式千斤頂適用于張拉鋼筋束或鋼絲束，它主要由張拉缸、頂壓缸、頂壓活塞及彈簧等部分組成。它的特點是：沿拉伸機軸心有一穿心孔道，鋼筋(或鋼絲)穿入后由尾部的工具錨固。
螺旋式千斤頂又分為：固定式螺旋式千斤頂、LQ型固定式螺旋千斤頂和移動式螺旋千斤頂三大類。（1）固定螺旋式千斤頂有普通式和棘輪式兩種，在作業(yè)時，未卸載之前不能作平面移動；（2）LQ型固定螺旋式千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，使用方便。它有棘輪組、大小錐齒輪、升降套筒、鋸齒形螺桿、主架等組成；當(dāng)往復(fù)搬動手柄時，撐牙推動棘輪組間歇回轉(zhuǎn)，小錐齒輪帶動大錐齒輪，使鋸齒形螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使升降套筒上升或下降。由于推力軸承轉(zhuǎn)動靈活，摩擦力小，因而操作靈敏，工作效率高。（3）移動式螺旋千斤頂是一種在頂升過程中可以移動的千斤頂，在作業(yè)時，它的移動主要是靠其底部的水平螺桿轉(zhuǎn)動，從而使頂起或下降的重物連同千斤頂一同做水平移動。因此，移動式螺旋千斤頂在設(shè)備安裝施工中用來就位便很使用。如下圖：
2.1 螺旋千斤頂
齒條千斤頂主要由齒條和棘輪等組成，工作時，由1-2人轉(zhuǎn)動千斤頂上的手柄，利用齒條的頂端頂起高處的重物。同時，也可用齒條的下腳，頂起低處的重物。另外，在千斤頂?shù)氖直蟼溆兄苿訒r需要的齒輪。千斤頂已實施出口產(chǎn)品質(zhì)量許可制度，未取得和質(zhì)量許可證的產(chǎn)品不準(zhǔn)出口。
2.2 千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)格
油壓千斤頂按其結(jié)構(gòu)、用途分為如下兩種：
① 立式螺紋連接結(jié)構(gòu)的油壓千斤頂，其代號的表征字母為qyl。
② 立臥兩用油壓千斤頂，其代號的表征字母為qw。
螺旋千斤頂按其結(jié)構(gòu)和使用場所分為：
① 普通型螺旋千斤頂，其代號的表征字母為ql。
② 普通高型螺旋千斤頂，其代號的表征字母為qlg。
③ 普通低型螺旋千斤頂，其代號的表征字母為qld。
④ 鉤式螺旋千斤頂,其代號的表征字母為qlg。
⑤ 剪式螺旋千斤頂,其代號的表征字母為qlj。
⑥ 自落式螺旋千斤頂,其代號的表征字母為qlz。
表2.1 移動式螺旋千斤頂技術(shù)規(guī)格
輕重量（t）
頂起高度（mm）
螺桿落下最小高度（mm）
水平移動距離（mm）
自重（kg）
8
250
510
175
40
10
280
540
300
80
12.5
300
660
300
85
15
345
660
300
100
17.5
350
660
360
120
20
360
680
360
145
25
360
690
370
165
30
360
730
370
225
表2.2 齒條千斤頂?shù)募夹g(shù)規(guī)格
型號
01型
02型
起重量（t）
靜負荷
15
15
動負荷
10
10
最大起重高度（mm）
280
330
鉤面最低高度（mm）
55
55
機座尺寸（長寬,mm）
260166
260166
外形尺寸（長寬高，mm）
370166525
414166550
自重（kg）
26
25
2.3千斤頂?shù)墓ぷ髟?
千斤頂有機械千斤頂和液壓千斤頂?shù)葞追N，原理各有不同。從原理上來說，液壓傳動所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達到力的傳遞。螺旋千斤頂是通過往復(fù)扳動手柄，拔爪即推動棘輪間隙回轉(zhuǎn)，小傘齒輪帶動大傘齒輪、使舉重螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使升降套筒獲得起升或下降，而達到起重拉力的功能，但不如液壓千斤頂簡易。(此部分參考文獻4和5)
3 螺旋傳動的設(shè)計與計算
3.1螺旋傳動的應(yīng)用和類型
螺旋傳動是利用螺桿（絲杠）和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動均勻、準(zhǔn)確、平穩(wěn)、易于自鎖等優(yōu)點，在工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。
（1）按螺桿與螺母的相對運動方式，螺旋傳動可以有以下四種運動方式：
①螺母固定不動，如圖(a)螺桿轉(zhuǎn)動并往復(fù)移動，這種結(jié)構(gòu)以固定螺母為主要支承，結(jié)構(gòu)簡單，但占據(jù)空間大。常用于螺旋壓力機、螺旋千斤頂?shù)取?
②螺母轉(zhuǎn)動，如圖(b)螺桿做直線移動，螺桿應(yīng)設(shè)防轉(zhuǎn)機構(gòu)，螺母轉(zhuǎn)動要設(shè)置軸承均使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且螺桿行程占據(jù)尺寸故應(yīng)用較少。
③螺母旋轉(zhuǎn)并沿直線移動，如圖(c)由于螺桿固定不動，因而二端支承結(jié)構(gòu)較簡單，但精度不高。有些鉆床工作臺采用了這種方式。
④螺桿轉(zhuǎn)動，如圖(d)螺母做直線運動，這種運動方式占據(jù)空間尺寸小，適用于長行程螺桿。螺桿兩端的軸承和螺母防轉(zhuǎn)機構(gòu)使其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。車床絲杠、刀架移動機構(gòu)多采用這種運動方式。
(a) (b)
(c) (d)
圖3.1 運動方式
本次設(shè)計的螺旋千斤頂是運用了上圖（a）的運動方式，即螺母固定不動。
（2）按照用途不同，螺旋傳動分為三種類型。
①傳力螺旋以傳遞動力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，一般為間歇性工作，工作速度較低，通常要求具有自鎖能力，下圖3.2螺旋壓力機均為傳力螺旋。
圖3.2 螺旋壓力機
②傳導(dǎo)螺旋以傳遞運動為主，這類螺旋常在較長的時間內(nèi)連續(xù)工作且工作速度較高，傳動精度要求較高，下圖3.3為機床進給機構(gòu)的螺旋。
圖3.3 傳導(dǎo)螺旋
③調(diào)整螺旋用于調(diào)整并固定零件間的相對位置，一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動，要求能自鎖，有時也要求很高精度，如帶傳動張緊裝置、機床卡盤和精密儀表微調(diào)機構(gòu)的螺旋等。
本次設(shè)計的螺旋千斤頂就是運用了傳力螺旋這種傳動類型。
3.2螺旋傳動的結(jié)構(gòu)和用途
按照螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，螺旋傳動又可分為滑動摩擦螺旋傳動（簡稱滑動螺旋）、滾動摩擦螺旋傳動（簡稱滾動螺旋）和靜壓滑動螺旋傳動（簡稱靜壓螺旋）。
滑動螺旋傳動又分為普通滑動螺旋傳動和靜壓螺旋傳動，且應(yīng)用較廣，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低；易于實現(xiàn)自鎖；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。缺點在于當(dāng)?shù)退倩蜻M行運動微調(diào)時可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；摩擦阻力大，傳動效率低（一般為30%~50%）；螺紋（通常采用梯形螺紋和鋸齒形螺紋）有側(cè)向間隙，反向時有空行程；磨損較大。廣泛應(yīng)用于機床的進給、分度、定位等機構(gòu)，如此次設(shè)計過程中千斤頂?shù)膫髁β菪?
滾動螺旋也稱滾珠絲杠，其特點是摩擦阻力小，傳動效率高（90%以上）；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，低速時不爬行，啟動時無抖動；螺旋副經(jīng)調(diào)整和預(yù)緊可實現(xiàn)高精度定位精度和重復(fù)定位精度；傳動具有可逆性，如果運用于禁止逆轉(zhuǎn)的場合，需要加設(shè)防逆轉(zhuǎn)機構(gòu)；不易摩擦，使用壽命長。缺點為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難；抗沖擊能力差。應(yīng)用于精密和數(shù)控機床、測試機械、儀器的傳動和調(diào)整螺旋，車輛、飛機上的傳動螺旋。
滾動螺旋傳動特點：傳動效率高，傳動精度高，起動阻力矩小，傳動靈活平穩(wěn)，工作壽命長。
滾動螺旋傳動應(yīng)用于機床、汽車、拖拉機、航空軍工等制造業(yè)。
滾動螺旋傳動按滾珠循環(huán)方式分為：
內(nèi)循環(huán)：滾珠始終和螺桿接觸，兩個封閉循環(huán)回路有兩個反向器，三個封閉循環(huán)回路有三個反向器。特點：流動性好，效率高，經(jīng)向尺寸小。
外循環(huán)：分離，工藝性好，分為螺旋式，插管式，擋珠式。
靜壓螺旋傳動螺桿與螺母被油膜隔開，不直接接觸。具有摩擦阻力小，傳動效率高（達99%）；螺母的結(jié)構(gòu)復(fù)雜；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象；傳動具有可逆性（不需要時應(yīng)加設(shè)防逆轉(zhuǎn)機構(gòu)）；反向時無空行程，定位精度高，軸向剛力大；磨損小，壽命長等優(yōu)點。其缺點為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較難，需要一套壓力穩(wěn)定，供油系統(tǒng)要求高。應(yīng)用于精密機床的進給、分度機構(gòu)的傳動螺旋。
3.3螺旋傳動的計算
在螺旋傳動中，結(jié)構(gòu)最簡單應(yīng)用最廣泛的是滑動螺旋，滑動螺旋副工作時，主要承受轉(zhuǎn)矩和軸向拉力（或壓力）的作用，由于螺桿和螺母的旋合螺紋間存在著較大的相對滑動，因此，其主要失效形式是螺紋牙破損。滑動螺旋的基本尺寸通常根據(jù)耐磨條件確定。對于傳力螺旋還應(yīng)校核螺桿危險截面的強度；對于青銅或鑄鐵螺母以及承受重載的調(diào)整螺旋應(yīng)校核其自鎖性；對于精度傳動螺旋應(yīng)該校核螺桿的剛度；對于受壓螺桿，當(dāng)其長徑比很大時，應(yīng)校核其穩(wěn)定性；對于高速長螺桿，應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速；要求自鎖時，多采用單線螺紋，要求高效時，多采用多線螺紋。
（1）一般螺旋機構(gòu)的計算
一般螺旋機構(gòu)當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)Ψ角（rad）時，螺母軸向移動的位移L（mm）為:
L=SΨ/2π （式3.1）
則式中S為螺旋線導(dǎo)程（mm）。
如果螺桿的轉(zhuǎn)速為n(r/min)時，則螺母移動速度v(mm/s)為:
V=Sn/60 （式3.2）
（2）差動螺旋機構(gòu)與復(fù)式螺旋機構(gòu)的計算
1-機架 2-螺桿 3-螺母 4-導(dǎo)向桿
圖3.4 差動螺旋機構(gòu)
上圖的螺旋機構(gòu)中，螺桿1上有A、B兩段螺旋，A段螺旋導(dǎo)程為SA（mm），B段螺旋導(dǎo)程為SB（mm），兩者旋向相同，則當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)Ψ角（rad）時，螺母軸向移動的位移L（mm）為：
L=（SA-SB）Ψ/2π （式3.3）
如果螺桿的轉(zhuǎn)速為n(r/min)時，則螺母移動速度v(mm/s)為：
L=（SA-SB）n/60 （式3.4）
由上式可知：當(dāng)A、B兩螺旋的導(dǎo)程SA、SB接近時，螺母可得到微小位移，這種螺旋機構(gòu)稱為差動螺旋機構(gòu)（又稱微動螺旋機構(gòu)），常用于分度機構(gòu)、測微機構(gòu)等。
如果兩螺旋的旋向相反，則螺母軸向移動的位移L為：
L=（SA-SB）Ψ/2π （式3.5）
移動速度為： V＝（SA-SB）n/60 （式3.6）
這種螺旋機構(gòu)稱為復(fù)式螺旋機構(gòu)，適合于快速靠近或離開的場合。
滑動螺旋傳動工作時，螺桿和螺母主要承受轉(zhuǎn)矩和軸向載荷（拉力或壓力）的作用，同時在螺桿和螺母的旋合螺紋間有較大的相對滑動?；瑒勇菪齻鲃拥闹饕问绞锹菁y磨損。因此，通常根據(jù)螺旋副的耐磨性條件，計算螺桿中徑及螺母高度，并參照螺紋標(biāo)準(zhǔn)確定螺旋的主要參數(shù)和尺寸，然后再對可能發(fā)生的其他失效逐一進行校核。
3.4螺旋傳動的設(shè)計和選材
滑動螺旋的結(jié)構(gòu)包括螺桿、螺母的結(jié)構(gòu)形式及其固定和支承結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，當(dāng)螺桿短而粗且垂直布置時，如起重及加壓裝置的傳力螺旋，可以采用螺母本身作為支承的結(jié)構(gòu)。當(dāng)螺桿細長且水平布置時，如機床的傳導(dǎo)螺旋（絲杠）等，應(yīng)在螺桿兩端或中間附加支承，以提高螺桿工作剛度。
螺母結(jié)構(gòu)有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式。整體螺母結(jié)構(gòu)簡單，但由磨損而產(chǎn)生的軸向間隙不能補償，只適合在精度要求較低的場合中使用。對于經(jīng)常雙向傳動的傳導(dǎo)螺旋，為了消除軸向間隙并補償旋合螺紋的磨損，通常采用組合螺母或剖分螺母結(jié)構(gòu)。利用螺釘可使斜塊將其兩側(cè)的螺母擠緊，減小螺紋副的間隙，提高傳動精度。
傳動用螺桿的螺紋一般采用右旋結(jié)構(gòu)，只有在特殊情況下采用左旋螺紋。
螺桿和螺母材料應(yīng)具有較高的耐磨性、足夠的強度和良好的工藝性。
表3.1 螺桿與螺母常用的材料
螺紋副
材料
應(yīng)用場合
螺桿
Q235 Q275 45 50
輕載、低速傳動。材料不熱處理
40Gr 65Mn 20GrMnTi
重載、較高速。材料需經(jīng)熱處理，以提高耐磨性
9Mn2V GrWMn 38GrMoAl
精密傳導(dǎo)螺旋傳動。材料需經(jīng)熱處理
螺母
ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5
一般傳動
ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn
重載、低速傳動。尺寸較小或輕載高速傳動，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)空澆鑄巴士合金或青銅
3.5螺旋機構(gòu)耐磨性的計算
耐磨性計算尚無完善的計算方法，目前是通過限制螺紋副接觸面上的壓強ｐ作為計算條件，其校核公式為：
P＝≤[P] （式3.7）
式中，F(xiàn)為軸向工作載荷（N）；A為螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積（mm2）；d2為螺紋中徑(mm)；P為螺距(mm)；h為螺紋工作高度(mm)，矩形與梯形螺紋的工作高度h=0.5P,鋸齒形螺紋高度h=0.75P；z=H/P為螺紋工作圈數(shù)，H為螺紋高度(mm)，[p]為許用壓強(MPa)。
表3.2 滑動螺旋傳動的許用壓強
螺紋副材料
滑動副速度/(m·min-1)
許用壓強/MPa
鋼對青銅
低速
<3.0
6~12
>15
18~25
11~18
7~10
1~2
鋼-耐磨鑄鐵
6~12
6~8
鋼-灰鑄鐵
<2.4
6~12
13~18
4~7
鋼-鋼
低速
7.5~13
淬火鋼-青銅
6~12
10~13
注：?<2.5或人力驅(qū)動時，[p]可提高20%；螺母為剖分式時，[p]應(yīng)降低15%-20%。
為便于推導(dǎo)設(shè)計公式，令? =H/d2，代入整理后得螺紋中徑的設(shè)計公式為：
d2≥ （式3.8）
對矩形、梯形螺紋，h=0.5P，則：
d2≥0.8 （式3.9）
對鋸齒形螺紋，h=0.75P，則
d2≥0.65 （式3.10）
?值根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)選取。對于整體式螺母，磨損后間隙不能調(diào)整，通常用于輕載或精度要求低的場合，為使受力分布均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，宜取?=1.2～2.5；對于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力較大，可取?=2.5～3.5；傳動精度高或要求壽命長時，允許?=4。
根據(jù)公式計算出螺紋中徑d2后，按國家標(biāo)準(zhǔn)選取螺紋的公稱直徑d和螺距P。由于旋合各圈螺紋牙受力不均，故z不宜大于10。
3.6螺母螺紋牙的計算
螺紋牙多發(fā)生剪切與彎曲破壞。由于一般情況下螺母材料的強度比螺桿低，因此只需校核螺母螺紋牙的強度。假設(shè)載荷集中作用在螺紋中徑上，可將螺母螺紋牙視為大徑D處展開的懸臂梁，螺紋牙根部的彎曲強度校核公式為：
= 3Fh/πDb2z≤[] （式3.11）
剪切強度校核公式為：
τ=F/zπDb≤[τ] （式3.12）
式中D為螺母螺紋的大徑(mm)；b為螺母螺紋牙根部寬度(mm)；可由國家標(biāo)準(zhǔn)查得，也可取矩形螺紋b=0.5P，梯形螺紋b=0.65P，鋸齒形螺紋b=0.74P；[] 、[τ]分別為螺母螺紋牙的許用彎曲應(yīng)力和許用切應(yīng)力(MPa)。
表3.3 滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力
項 目
許用應(yīng)力/ Mpa
鋼制螺桿
[σ]=σS/3~5 σS為材料的屈服極限/ MPa
螺 母
材料
許用彎曲應(yīng)力[σb]
許用切應(yīng)力[τ]
青銅
40~60
30~40
耐磨鑄鐵
50~60
40
鑄鐵
45~55
40
鋼
（1.0~1.2）[σ]
0.6[σ]
注：靜載荷許用應(yīng)力取大值。
若螺桿與螺母的材料相同，由于螺桿螺紋的小徑d1小于螺母螺紋的大徑D，故應(yīng)校核螺桿螺紋牙的強度，這時公式中的D應(yīng)改為d1。
3.7螺桿強度和穩(wěn)定性的校核
3.7.1強度的校核
螺桿受軸向力F及轉(zhuǎn)矩T的作用，危險截面上受拉（壓）應(yīng)力σ和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ。根據(jù)第四強度理論，τ螺桿危險截面的強度校核公式為：
= （式3.13）
式中d1為螺桿螺紋的小徑（mm）；[σ]為螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa），T為螺桿所受轉(zhuǎn)矩(N·m)T=；
3.7.2穩(wěn)定性的校核
對于長徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向力F超過某一臨界載荷FC時，螺桿可能會突然產(chǎn)生側(cè)向彎曲而喪失穩(wěn)定。因此，對細長螺紋應(yīng)進行穩(wěn)定性校核。螺桿的穩(wěn)定性條件為： （式3.14）
式中S為穩(wěn)定性安全系數(shù)，對于傳力螺旋取S=3.5～5；對于傳導(dǎo)螺旋取S=2.5～4；對于精密螺桿或水平螺桿取S>4。
臨界載荷FC與螺桿的柔度γ及材料有關(guān)，根據(jù)γ=的大小選用不同的公式計算。
當(dāng)γ≥85～90時，根據(jù)歐拉公式計算，即：
（式3.15）
當(dāng)γ<85～90時；對σb≥380MPa的碳素鋼（如Q235、Q275）
Fc=(304/1.12γ) （式3.16）
當(dāng)γ<85～90時，對σb≥470MPa的優(yōu)質(zhì)碳素鋼（如355、45）
Fc=(461/2.57γ) （式3.17）
當(dāng)γ<40時，無需進行穩(wěn)定性計算。
式中FC為臨界載荷（N）；E為螺桿材料的彈性模量（MPa），對于鋼E=2.06×105；I為危險截面的慣性矩（mm4），I=，d1為螺桿螺紋內(nèi)徑(mm)；μ為長度系數(shù)，與螺桿端部結(jié)構(gòu)有關(guān)，L為螺桿最大受力長度(mm)；i為螺桿危險截面的慣性半徑(mm)，i==。 （式3.18）
表3.4 長度系數(shù)μ的選擇
螺桿端部結(jié)構(gòu)
μ
兩端固定
0.5
一端固定，一端不完全固定
0.6
一端固定，一端自由（如千斤頂）
2
一端固定，一端鉸支（如壓力機）
0.7
兩端鉸支（如傳導(dǎo)螺桿）
1
注：用下列辦法確定螺桿端部的支撐情況：
采用滑動支承時：
lo為支承長度，do為支承孔直徑，lo/do<1.5鉸支；lo/do=1.5～3不完全固定；lo/do>3固定。
采用滾動支承時：
只有徑向約束時為鉸支；徑向和軸向都有約束為固定。
注：用下列辦法確定螺桿端部的支撐情況：
采用滑動支承時：
lo為支承長度，do為支承孔直徑，lo/do<1.5鉸支；lo/do=1.5～3不完全固定；lo/do>3固定。
采用滾動支承時：
只有徑向約束時為鉸支；徑向和軸向都有約束為固定。
3.8自鎖性的校核
對于要求自鎖的螺旋傳動，應(yīng)校核是否滿足自鎖條件，即：
（式3.19）
式中，fV為螺紋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)
表3.5 螺旋傳動螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)fV（定期潤滑）
螺旋副材料
鋼和青銅
鋼和耐磨鑄鐵
鋼和鑄鐵
鋼和鋼
淬火鋼和青銅
?ν
0.08～0.10
0.10～0.12
0.12～0.15
0.11～0.17
0.06～0.08
4千斤頂?shù)脑O(shè)計
已知軸向載荷F=60000N,最大舉升高度為150mm. 方案圖如下所示：
1—托杯 2—手臂 3—銷 4—手柄 5—擋環(huán) 6—螺套
7—螺桿 8—螺釘 9—底座
圖4.1 千斤頂剖視圖
4.1選擇材料
由上表（螺桿與螺母常用的材料）選材料為45鋼，由手冊查σ=360Mpa；為了提高耐磨性，螺母選較軟的材料錫青銅為ZCuSn10P-1，由上表知鋼對青銅低速時，對人力驅(qū)動[]可提高20%，即[]=，，螺母為整體螺母。，取。選螺紋牙為梯形。
4.2耐磨性計算
（1）已知取，則計算d2
（式4.1）
由手冊查得：
（2）計算螺母高H： （式4.2）
（3）計算旋合圈數(shù)z： （式4.3）
（4）校核螺紋副自鎖性：
o （式4.4）
由上表查得，滿足自鎖條件。
（5）螺母螺紋牙強度校核：
由上表查得青銅螺母螺紋牙許用彎曲應(yīng)力許用剪切應(yīng)力；梯形螺紋螺紋牙根寬度mm；梯形螺紋螺紋牙工作高度。則：
①彎曲強度校核：
合格 （式4.5）
②剪切強度校核：
，合格 （式4.6）
（6）螺桿強度校核：
①由上表查得螺桿許用應(yīng)力 （式4.7）
②螺桿所受轉(zhuǎn)矩：
（式4.8）
③螺桿強度校核：
合格 （式4.9）
4.3螺母外部尺寸計算
（1）計算確定D3
螺母懸置部分受拉伸和扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用，為計算簡單，將F增大30%，按拉伸強度計算得：
σ=≤[σ] （式4.10）
式中，[σ]為螺母材料的許用拉伸應(yīng)力，可取[σ]=0.83[σb]，由上表取
[σb]=50Mpa，因此[σ]=0.83[σb]=41.5Mpa。故
D3≥ （式4..11）取D3=65 mm
（2）確定D1和a
按經(jīng)驗公式D1=（1.3～1.4）D3及a=可求：
D1=（1.3～1.4）×65=84.5-91mm 取D1=86 mm （式4.12）
a== 取a=20mm （式4.13）
（3）校核凸緣支承表面的擠壓強度，強度條件為：
σp=≤[σp] 合格 （式4.14）
（4） 校核凸緣根部彎曲強度：
σp==
所以合格 （式4.15）
（5）校核凸緣根部剪切強度，強度條件為：
τ=≤[τ] （式4.16）
式中，螺母材料的許用切應(yīng)力[τ]=35Mpa
故：τ= 合格 （式4.17）
4.4手柄設(shè)計計算
（1）拖杯與手柄的結(jié)構(gòu)：
確定手柄長度，則手柄上的工作轉(zhuǎn)矩為：
T=FHLH=T1+T2= （式4.18）
式中，T1、T2分別為螺紋副摩擦力矩及拖杯與接觸面摩擦力矩（N·mm）；fc=0.15為拖杯與支承面的摩擦系數(shù)；D0為托杯底座與支承面接觸部分外徑（mm），由經(jīng)驗公式確定，取mm；d0為托杯底座與支承面接觸部分內(nèi)徑（mm），取d0=20mm,FH為手作用在手柄上的力（N）,如一人連續(xù)工作，手作用力通常取FH=150～200N,取FH=200N；LH為手柄有效長度（mm）。
因此，200 LH= （式4.19）
得：LH=1777.56 mm 取LH=1778 mm
（2）確定手柄直徑dk
選手柄材料為45鋼，σS=360MPa,許用彎曲應(yīng)力=140～180 Mpa，取[σb]=160 Mpa。
手柄的彎曲強度條件為：
σb= （式4.20）
因此，dK≥, 取dK=30mm （式4.21）
托杯其他部分尺寸為：
托杯高 取h=70 mm （式4.22）
鉸支頭高 取h1=55 mm （式4.23）
4.5螺桿穩(wěn)定性校核
(1)計算柔度γ=
螺桿一端固定，一端自由，長度系數(shù)μ=2；螺桿最大受力長度L由起重高度、螺母高H、鉸支頭高及螺桿軸向預(yù)留余量決定，其中。
因此，螺桿的工作長度，螺桿危險截面慣性半徑i= 。
γ== （式4.24）
(2)計算臨界載荷：
I== （式4.25）
因此：FC=474101.68N （式4.26）
=7.9≥S=4 合格
5 螺旋千斤頂圖形的繪制
要繪制螺旋千斤頂?shù)难b配圖，首先應(yīng)當(dāng)選定繪圖比例和圖幅后布置視圖，先確定各視圖的位置，畫出主要軸線、中心線及基準(zhǔn)線。然后開始畫底圖，按照“先主后次”的原則，沿裝配軸線按裝配關(guān)系依次畫出底座→螺套→螺旋桿→絞杠→頂墊等零件。底圖完成后，檢查加深圖線，還要進行尺寸標(biāo)注，編注零件序號，填寫明細欄、標(biāo)題欄等，完成全圖。
同時要了解千斤頂?shù)墓ぷ髟恚呵Ы镯斒抢寐菪齻鲃觼眄斉e重物的一種起重或頂壓工具，常用于汽車修理及機械安裝中。工作時，重物壓于頂墊之上，將手炳穿入螺旋桿上部的孔中，旋動手炳，螺旋桿在螺套中靠螺紋做上、下移動，從而頂起或放下重物。螺套鑲在底座里，用螺釘定位，磨損后便于更換。頂墊套在螺旋桿頂部，其球面形成傳遞承重之配合面，由螺釘鎖定，使頂墊相對螺旋桿旋轉(zhuǎn)而不脫落。
圖4.1 螺旋千斤頂?shù)妮S測圖
因此由螺旋千斤頂?shù)墓ぷ髟砜芍?，千斤頂?shù)难b配主干線是螺旋桿，為了清楚的表達千斤頂?shù)膬?nèi)外部裝配結(jié)構(gòu)，則繪制了千斤頂?shù)娜室晥D。
在主視圖上，千斤頂?shù)?個零件所處的位置及裝配關(guān)系、各零件的主要形狀均已表達清楚，只有螺旋桿上與絞杠配合的孔沒有表達充分，故采用剖面圖A—A表達清楚。
所以螺旋千斤頂?shù)难b配圖如下：
圖4.2 螺旋千斤頂?shù)难b配圖
6 使用千斤頂?shù)淖⒁馐马?
1.無論哪種千斤頂都不準(zhǔn)超負荷使用，以免發(fā)生人身或設(shè)備故障。
2.千斤頂使用前，應(yīng)檢查各零件是否靈活可靠，有無損壞，油液是否干凈，油閥、活塞、皮碗是否完好。
3.千斤頂工作時，要放在平整堅實的地面上，并要在其下面墊枕木、木板或鋼板來擴大受壓面積，防止塌陷。
4.千斤頂安放位置要擺正，頂升時，用力要均勻；卸載時，要檢查重物是否支撐牢固。
5.幾臺千斤頂同時作業(yè)時，要動作一致，保證同步頂升和降落。
6.螺旋千斤頂和齒條千斤頂，在任何環(huán)境下都可使用。而液壓千斤頂在高溫和低溫條件下不準(zhǔn)使用。
7.螺旋千斤頂和齒條千斤頂，應(yīng)在工作面上涂上防銹油，以前少磨損避免銹蝕。液壓千斤頂應(yīng)按說明書要求，定時清洗和加油。
8.螺旋千斤頂和齒條千斤頂?shù)膬?nèi)部要保持清潔，防止泥砂、雜物混入，增加阻力，造成過度磨損，降低使用壽命。同時轉(zhuǎn)動不分要添加潤滑油進行潤滑。
9.液壓千斤頂?shù)膬σ浩饕３譂崈?，如產(chǎn)生渣滓或液體混濁，都會使活塞頂升受到阻礙，致使頂桿伸出速度緩慢，甚至發(fā)生事故。
10.液壓千斤頂不準(zhǔn)作永久支承。如必須做長時間支撐時，應(yīng)在重物下面增加支承部件，以保證液壓千斤頂不受損壞。
11.齒條千斤頂放松時，不得突然下降，以防止其內(nèi)部機構(gòu)受到?jīng)_擊而損壞，或使搖把跳動傷人。
12.各種千斤頂要定期進行維修保養(yǎng)。存放時，要將機體表面涂以防銹油，把頂升部分回落至最低位置，并放在庫房干燥處，妥善保管。
7 設(shè)計總結(jié)
致 謝
參考文獻
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