【機械制造與自動化】螺旋千斤頂?shù)脑O計

1、螺旋千斤頂?shù)脑O計專 業(yè)： 機械制造與自動化 學 生 姓 名： 學 號： 指 導 教 師： 完 成 日 期： 摘要螺旋千斤頂主要是有螺桿、手柄、底座、螺套、旋轉桿、擋環(huán)、托杯的零部件組裝而成的。在本次設計過程中對螺旋傳動的計算和各零部件的設計與選材最為重要；并且重點運用了機械設計方面的知識，另外還運用了輔助繪圖工具aoutcad、等。本文從螺旋千斤頂?shù)牧悴考脑O計與選材等多方面，闡述了它設計的全過程。尤其在工藝規(guī)程設計中，運用了大量的科學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用。本設計既是產品開發(fā)周期中

2、的關鍵環(huán)節(jié)，有貫穿于產品開發(fā)過程的始終。設計決定了實現(xiàn)產品功能和目標的方案，結構和選材。制造方法以及產品運行，使用和維修方法?，F(xiàn)代機械產品的要求不對傳統(tǒng)機械產品高的多，因而在產品開發(fā)和改進過程中只有全面深入地運用現(xiàn)代設計理論，方法和技術才能滿足社會對現(xiàn)代機械產品愈來愈苛刻的要求，提高其市場競爭能力。關鍵詞：螺旋傳動，體積小，方便，成本低目 錄摘要.i 1起重機械的概述.12千斤頂?shù)母攀?2 2.1千斤頂?shù)姆N類 .22.2 千斤頂結構和規(guī)格.22.3 千斤頂?shù)墓ぷ骼? 23螺旋傳動的設計算.33.1螺旋傳動的應用.33.2螺旋傳動的設計與計算. 53.3螺旋機構耐磨性的計算. 63.4螺母螺紋牙

3、的計算.73.5螺桿強度和穩(wěn)定性的校核.83.5.1強度的校核.9 3.5.2穩(wěn)定性的校.93.6自鎖性的校核. 104千斤頂?shù)脑O計. 114.1選擇材料. 124.2耐磨性計算. 13 4.3螺母外部尺. 144.4手柄設計計.154.5螺桿穩(wěn)定性. 165螺旋千斤頂圖形的繪制.176使用千斤頂注意的事項.187設計總結. 20結論.20致謝.21參考文獻.2211 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)生產過程機械化、自動化、減輕繁重體力勞動、提高勞動生產率的重要工具和設備。起重機是機械化作業(yè)的重要物質基礎，是一些工業(yè)企業(yè)中主要的固定資產。對于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站倉庫、建筑施工工地

4、，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力要素，在生產中進行著高效的工作，構成合理組織批量生和機械化流水作業(yè)的基礎，是現(xiàn)代化生產的重要標志之一。在某些關鍵崗位上增加一兩臺起重設備，勞動生產率就會成倍的增長。起重機的驅動多為電力，也可用內燃機，人力驅動只用于輕小型起重設備或特殊需要的場合。起重機械由運動機械、承載機構、動力源和控制設備以及安全裝備、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)通常帶有重復循環(huán)的性質。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

5、農業(yè)等國民經(jīng)濟各部門及人們日常生活中。起重機的驅動多為電力，也可用內燃機，人力驅動只用于輕小型起重設備或特殊需要的場合。起重機械的工作特點：（1）起重機械通常結構龐大，機構復雜，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運行，有的要裝設軌道和車輪，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

6、工作特點，決定了它與安全生產的關系很大。如果對起重機械的設計、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1)的最簡單的起重設備。(參考文獻4)2 千斤頂?shù)母攀銮Ы镯斢纸信e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，也可用來校正設備安裝的偏差和構件的變形等。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。其結構輕巧堅固、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

7、爪在小行程內頂升重物的輕小起重設備，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。液壓式千斤頂結構緊湊，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。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，

8、未卸載之前不能作平面移動；（2）lq型固定螺旋式千斤頂結構緊湊、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；當往復搬動手柄時，撐牙推動棘輪組間歇回轉，小錐齒輪帶動大錐齒輪，使鋸齒形螺桿旋轉，從而使升降套筒上升或下降。由于推力軸承轉動靈活，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人轉動千斤

9、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品質量許可制度，未取得和質量許可證的產品不準出口。2.2 千斤頂?shù)慕Y構和技術規(guī)格螺旋千斤頂按其結構和使用場所分為： 普通型螺旋千斤頂，其代號的表征字母為ql。 普通高型螺旋千斤頂，其代號的表征字母為qlg。 普通低型螺旋千斤頂，其代號的表征字母為qld。 鉤式螺旋千斤頂,其代號的表征字母為qlg。 剪式螺旋千斤頂,其代號的表征字母為qlj。 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規(guī)格輕重量（t）頂起高度（mm）螺桿落

10、下最小高度（mm）水平移動距離（mm）自重（kg）825051017540102805403008015345660300100203606803601452.3螺旋千斤頂?shù)墓ぷ髟砺菪Ы镯斒峭ㄟ^往復扳動手柄，拔爪即推動棘輪間隙回轉，小傘齒輪帶動大傘齒輪、使舉重螺桿旋轉，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 螺旋傳動的設計與計算3.1螺旋傳動的應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。它主要用于將回轉運動轉變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力。它具有結構緊湊、轉動均勻、準確、平穩(wěn)、易于自鎖等優(yōu)點，在工業(yè)

11、中獲得了廣泛應用。（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：螺母固定不動，如圖(a)螺桿轉動并往復移動，這種結構以固定螺母為主要支承，結構簡單，但占據(jù)空間大。常用于螺旋壓力機、螺旋千斤頂?shù)取Ｂ菽皋D動，如圖(b)螺桿做直線移動，螺桿應設防轉機構，螺母轉動要設置軸承均使結構復雜，且螺桿行程占據(jù)尺寸故應用較少。螺母旋轉并沿直線移動，如圖(c)由于螺桿固定不動，因而二端支承結構較簡單，但精度不高。螺桿轉動，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機構使其結構較復雜。車床絲杠、刀架移動機構多采用這種運動方式。 (a) (b)

12、 (c) (d)圖3.1 運動方式本次設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。傳力螺旋以傳遞動力為主，要求以較小的轉矩產生較大的軸向推力，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 螺旋壓力機傳導螺旋以傳遞運動為主，這類螺旋常在較長的時間內連續(xù)工作且工作速度較高，傳動精度要求較高，下圖3.3為機床進給機構的螺旋。圖3.3 傳導螺旋調整螺旋用于調整并固定零件間的相對位置，一般不經(jīng)常轉動，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機構的螺旋等。本次設計

13、的螺旋千斤頂就是運用了傳力螺旋這種傳動類型。3.2螺旋傳動的設計和選材滑動螺旋的結構包括螺桿、螺母的結構形式及其固定和支承結構形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結構有直接關系，當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構。當螺桿細長且水平布置時，如機床的傳導螺旋（絲杠）等，應在螺桿兩端或中間附加支承，以提高螺桿工作剛度。螺母結構有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式。整體螺母結構簡單，但由磨損而產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構。利用

14、螺釘可使斜塊將其兩側的螺母擠緊，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構，只有在特殊情況下采用左旋螺紋。螺桿和螺母材料應具有較高的耐磨性、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

15、可采用鋼或鑄鐵制造，內空澆鑄巴士合金或青銅3.3螺旋機構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作為計算條件，其校核公式為：pp （式3.7）式中，f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（mm）；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/(mmin-1)許用壓強/mpa鋼對青銅低速15182511187101

16、2鋼-耐磨鑄鐵61268鋼-灰鑄鐵2.4612131847鋼-鋼低速7.513 淬火鋼-青銅6121013注：4。臨界載荷fc與螺桿的柔度及材料有關，根據(jù)=的大小選用不同的公式計算。當8590時，根據(jù)歐拉公式計算，即： （式3.15）當8590時；對b380mpa的碳素鋼（如q235、q275）fc=(304/1.12) （式3.16）當8590時，對b470mpa的優(yōu)質碳素鋼（如355、45）fc=(461/2.57) （式3.17）當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=2.06105；i為危險截面的慣性矩（mm4），i=，d1為

17、螺桿螺紋內徑(mm)；為長度系數(shù)，與螺桿端部結構有關，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)的選擇螺桿端部結構兩端固定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/do3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/do3固定。采用滾動支

18、承時：只有徑向約束時為鉸支；徑向和軸向都有約束為固定。3.6自鎖性的校核 對于要求自鎖的螺旋傳動，應校核是否滿足自鎖條件，即： （式3.19）式中，fv為螺紋副的當量摩擦系數(shù)表3.5 螺旋傳動螺旋副的當量摩擦系數(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0.080.100.100.120.120.150.110.170.060.084螺旋千斤頂?shù)脑O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 螺旋千斤頂剖視圖4.1選擇材料由上表（螺桿與螺母常用的材料）選材料為

19、45鋼，由手冊查=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： （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力許用剪切應力；梯形螺紋螺紋牙根寬度mm；梯形螺紋螺紋牙工作高度。則：彎曲強度校核： 合格 （式4.5）剪切強度校核：，合格 （式4.6）（6）螺桿強度

20、校核：由上表查得螺桿許用應力 （式4.7）螺桿所受轉矩：（式4.8）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聯(lián)合作用，為計算簡單，將f增大30%，按拉伸強度計算得：= （式4.10）式中，為螺母材料的許用拉伸應力，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）確定d1和a按經(jīng)驗公式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）校核凸緣支承表面的擠

21、壓強度，強度條件為：p=p 合格 （式4.14）（4） 校核凸緣根部彎曲強度：p=所以合格 （式4.15）（5）校核凸緣根部剪切強度，強度條件為：= （式4.16）式中，螺母材料的許用切應力=35mpa 故：= 合格 （式4.17）4.4手柄設計計算（1）拖杯與手柄的結構：確定手柄長度，則手柄上的工作轉矩為：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（nmm）；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徑（mm），取d0=20mm,fh為手

22、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=150200n,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，s=360mpa,許用彎曲應力=140180 mpa，取b=160 mpa。手柄的彎曲強度條件為：b= （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=螺桿一端固定，一端自由，長度系數(shù)=2；螺桿最大

23、受力長度l由起重高度、螺母高h、鉸支頭高及螺桿軸向預留余量決定，其中。因此，螺桿的工作長度，螺桿危險截面慣性半徑i= 。 = （式4.24）5 螺旋千斤頂圖形的繪制要繪制螺旋千斤頂?shù)难b配圖，首先應當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，還要進行尺寸標注，編注零件序號，填寫明細欄、標題欄等，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，

24、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)膬韧獠垦b配結構，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aa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?/p>

25、事項1.無論哪種千斤頂都不準超負荷使用，以免發(fā)生人身或設備故障。2.千斤頂使用前，應檢查各零件是否靈活可靠，有無損壞。 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.螺旋千斤頂，應在工作面上涂上防銹油，避免銹蝕。6.螺旋千斤頂，要防止雜物混入，增加阻。同時轉動不分要添加潤滑油進行潤滑。7.千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。此處鍵入畢業(yè)設計題目結 論（1）這次的畢業(yè)設計是大學三年生活的最后一個環(huán)節(jié)，是對三年的學習生活中所有知識的有一個匯總和概括，使我們每個人都能了解自己學到了什么，了解多少，會運用多少，還有多少知識不了解，需要進一步加深理解。（2）在校期間，開設有機械制圖及autocad、機械設計、機械制造等課程，這些課程對我們搞好這次畢業(yè)設計有很大的幫助，綜合運用好這些課程，加之我們平時的知識積累和老師的指導，為這次畢業(yè)設計提供非常有利的保障