螺旋千斤頂?shù)脑O計方案與工作原理

畢業(yè)設計（論文）題目螺旋千斤頂?shù)脑O計系別專業(yè)班級學生姓名學號指導教師定稿日期20年3月23日畢業(yè)設計任務書專業(yè)指導姓名學號班級教師設計題目螺旋千斤頂?shù)脑O計設計目的通過對螺母，螺桿的穩(wěn)定性，耐磨性及其強度的計算，使得該設計能與意義夠滿足承受更大載荷及較高高度的螺旋千斤頂。為機械工業(yè)提供更多的便利，緩解了大載荷物品的可移性。合理的利用搖桿的擺動，以往復扳動手柄，拔爪即推動棘輪間隙回轉，設計與工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作原理或下降，而達到起重拉力的功能。1、耐磨性達到其軸向載荷的最低要求；基本2、螺桿強度應適于軸向力及扭矩作用；要求3、能最大化承受載荷，更較長時間承受最大載荷的軸向力。1岳優(yōu)蘭，馬文鎖.機械設計基礎.河南：河南大學出版社，20052卜炎.機械傳動裝置設計手冊.湖南：機械工業(yè)出版社，2002主要3黃祖德.機械設計.北京：北京理工大學出版社，2007.9參考4徐錦康.機械設計.北京：北京高等教育出版社2008.5張曉坤，隋曉朋，張智廣.Atucad中文版實用教程.北京：經濟日資料報出版社，2008.9及文6隋冬杰，劉曉菡，王傲勝.機械基礎.上海：同濟大學出版社，獻7唐金松.簡明機械設計手冊（第二版）.上海：科學技術出版社，2000.II摘要機械設計在國民經濟發(fā)展中起著重要的作用，機械工業(yè)擔負著為國民經濟部門提供各種性能先進，價格低廉，使用安全可靠，造型美觀的技術裝備的任務，在國家現(xiàn)代化建設中舉足輕重。機械產品的市場競爭能力主要取決于產品的質量，而產品的質量又取決于產品的設計。千斤頂是一種簡單的起重設備。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。螺旋千斤頂又稱機械式千斤頂，是由人力通過螺旋副傳動，螺桿或螺母套筒作為頂舉件。本次設計是產品開發(fā)周期中的關鍵環(huán)節(jié)，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。設計不合理會導致產品功能不完善，成本提高或可靠性，安全性不好。產品設計上的缺陷造成的先天不足，難以采取制造和使用措施加以彌補。少數(shù)情況下，即有可能，損失也大。嚴重的設計不合理甚至會造成的產品不能用或產品制造不出來，導致產品開發(fā)失敗。關鍵詞：螺旋千斤頂螺旋傳動體積小III目錄摘要.........................................................IIIABSTRACT..........................................................IV目錄..........................................................V1起重機械的概述..................................................12螺旋傳動的設計和計算............................................12.1螺旋傳動的類型和應用........................................12.2螺旋傳動的運動關用途不同，螺旋傳動分為傳力螺旋、傳導螺旋和調整螺旋三種類型。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，圖1.1的螺旋千斤頂及圖1.2的螺旋壓力機均為傳力螺旋。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，如圖1.3所示的機床進給機構的螺旋。調整螺旋用于調整并固定零件間的相對位置，一般在空載下工作，要求能自鎖，如帶傳動張緊裝置、機床卡盤、軋鋼機軋滾下壓螺旋等。1畢業(yè)設計（論文）圖1.1螺旋千斤頂圖1.2傳導螺旋2畢業(yè)設計（論文）按照螺旋副摩擦性質的不同，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）。滑動螺旋傳動應用較廣，其特點是結構簡單，制造方便，成本低；易于實現(xiàn)自鎖；運轉平穩(wěn)。缺點在于當?shù)退倩蜻M行運動微調時可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；摩擦阻力大，傳動效率低（一般為3050）；螺紋間有側向間隙，反向時有空行程；磨損較大。廣泛應用于機床的進給、分度、定位等機構，如壓力機、千斤頂?shù)膫髁β菪取L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）；運轉平穩(wěn)，低速時不爬行，啟動時無抖動；螺旋副經調整和預緊可實現(xiàn)高精度定位精度和重復定位精度；傳動具有可逆性，如果運用于禁止逆轉的場合，需要加設防逆轉機構；不易摩擦，使用壽命長。缺點為結構復雜，制造困難；抗沖擊能力差。應用于精密和數(shù)控機床、測試機械、儀器的傳動和調整螺旋，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；螺母的結構復雜；運轉平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象；傳動具有可逆性（不需率高（達99）要時應加設防逆轉機構）；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。其缺點為結構復雜，制造較難，需要一套壓力穩(wěn)定，供油系統(tǒng)要求高。應用于精密機床的進給、分度機構的傳動螺旋。2.2螺旋傳動的運動關系在螺旋傳動中，結構最簡單應用最廣泛的是滑動螺旋，本節(jié)主要介紹這種螺旋傳動的設計?；瑒勇菪惫ぷ鲿r，主要承受轉矩和軸向拉力（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。對于傳力螺旋還應校核螺桿危險截面3畢業(yè)設計（論文）的強度；對于青銅或鑄鐵螺母以及承受重載的調整螺旋應校核其自鎖性；對于精度傳動螺旋應該校核螺桿的剛度；對于受壓螺桿，當其長徑比很大時，應校核其穩(wěn)定性；對于高速長螺桿，應校核其臨界轉速；要求自鎖時，多采用單線螺紋，要求高效時，多采用多線螺紋。1.一般螺旋機構一般螺旋機構當螺桿轉Ψ角（rad）時，螺母軸向移動的位移L（mm）為LSΨ/2π式1式中，S為螺旋線導程（mm）。如螺桿的轉速為ｎ（ｒ／ｍｉｎ），則螺母移動速度ｖ［ｍｍ／ｓ］為ｖ＝Ｓｎ／６０式22.差動螺旋機構與復式螺旋機構圖1.3差動螺旋機構圖1.3中的螺旋機構中，BA螺桿1上有A、兩段螺旋，段螺旋導程為S（ｍｍ）A，B段螺旋導程為SB（ｍｍ），兩者旋向相同，則當螺桿轉Ψ角（ｒａｄ）時，螺母軸向移動的位移L（ｍｍ）為L（SASB）Ψ/2π式3如螺桿的轉速為ｎ（ｒ／ｍｉｎ），則螺母移動速度ｖ［ｍｍ／ｓ］為4畢業(yè)設計（論文）L（SASB）ｎ／６０式4由式（1-4）可知：當A、B兩螺旋的導程SA、SB接近時，螺母可得到微小位移，這種螺旋機構稱為差動螺旋機構（又稱微動螺旋機構），常用于分度機構、測微機構等。如兩螺旋的旋向相反，螺母軸向移動的位移L為L（SA-SB）Ψ/2π式5移動速度為ｖ＝（SA-SB）ｎ／６０式6這種螺旋機構稱為復式螺旋機構，適合于快速靠近或離開的場合。2.3滑動螺旋傳動的設計滑動螺旋傳動工作時，螺桿和螺母主要承受轉矩和軸向載荷（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，并參照螺紋標準確定螺旋的主要參數(shù)和尺寸，然后再個、對可能發(fā)生的其他失效逐一進行校核。2.4滑動螺旋的結構及材料2.4.1滑動螺旋的結構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。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。2.4.2螺桿與螺母常用材料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。螺桿與螺5畢業(yè)設計（論文）母常用材料見表1.2。表1.2螺桿與螺母常用材料螺紋副材料應用場合輕載、低速傳動。材Q235Q2754550料不熱處理重載、較高速。材料40Gr65Mn螺桿需經熱處理，以提高20GrMnTi耐磨性9Mn2VGrWMn精密傳導螺旋傳動。38GrMoAl材料需經熱處理ZcuSn10P1一般傳動ZcuSn5Pb5Zn5重載、低速傳動。尺螺母寸較小或輕載高速傳ZcuAL10Fe3動，螺母可采用鋼或ZcuZn25AL6Fe3Mn鑄鐵制造，內空澆鑄巴士合金或青銅2.5耐磨性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＝F/Ａ＝F/лd2hzFP/πd2hH≤p式7；A式中，F(xiàn)為軸向工作載荷（N）為螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面；d上的面積（mm）2為螺紋中徑mm；P為螺距mm；h為螺紋工作高度mm，矩形6畢業(yè)設計（論文）與梯形螺紋的工作高度h0.5P鋸齒形螺紋高度h0.75PzH/P為螺紋工作圈數(shù)，H為螺紋高度mm，p為許用壓強MPa，見表1.7表1.7滑動螺旋傳動的許用壓強p螺紋副材料滑動副速度/mmin-1許用壓強/MPa低速1825lt3.01118鋼對青銅612710gt1512鋼-耐磨鑄鐵61268lt2.41318鋼-灰鑄鐵61247鋼-鋼低速7.513淬火鋼-青銅6121013注：lt2.5或人力驅動時，p可提高20；螺母為剖分式時，p應降低15-20。為便于推導設計公式，令H/d2，代入式（1-7）整理后得螺紋中徑的設計公式為d2≥FP/ohp式8對矩形、梯形螺紋，h0.5P，則d2≥0F/op式9對鋸齒形螺紋，h0.75P，則d2≥0.65F/op式10值根據(jù)螺母的結構選取。對于整體式螺母，磨損后間隙不能調整，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，按國家標準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。7畢業(yè)設計（論文）2.6螺母螺紋牙的強度計算螺紋牙多發(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aa處的彎曲強度校核公式為σb3Fh/πDbz≤σb式11剪切強度校核公式為τF/zπDb≤τ式12式中，F(xiàn)、h、z同式（1-7）；D為螺母螺紋的大徑mm；b為螺母螺紋牙根部寬度mm；可由國家標準查得，也可取矩形螺紋b0.5P，梯形螺紋b0.65P，鋸齒形螺紋b0.74P；σ、b、τ分別為螺母螺紋牙的許用彎曲應力和許用切應力MPa，見表1.8表1.8滑動螺旋副材料的許用應力工程許用應力/MPa鋼制螺桿σσS/35σS為材料