毕业设计螺旋千斤顶论文正文Word文档下载推荐.docx

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成本低。

一、起重机械的概述

起重机械是一种以间歇作业方式对物料进行起升和水平移动的搬运机械。

起重机械的作业通常带有重复循环的性质。

一个完整的作业循环一般包括取物、起升、平移、下降、卸载，然后返回原处等环节。

经常起动、制动、正向和反向运动是起重机械的基本特点。

起重机械广泛用于交通运输业、建筑业、商业和农业等国民经济各部门与人们日常生活中。

起重机械由运动机械、承载机构、动力源和控制设备以与安全装备、信号指示装备等组成。

起重机械的驱动多为电力，也可用燃机，人力驱动只用于轻小型起重设备或特殊需要的场合。

起重机械按结构特征和使用场合分为：

轻小型起重设备、桥架型起重机、缆索型起重机、臂架型起重机、堆垛起重机、升降机械。

然而，千斤顶又属于起重机械的一种。

它有机械式和液压式两种。

机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种。

千斤顶按工作原理分为：

螺旋千斤顶、齿条千斤顶、油压千斤顶[1]。

二、螺旋传动的设计和计算

（一）螺旋传动的类型和应用

螺旋传动是利用螺杆（丝杠）和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。

它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。

它具有结构紧凑、转动均匀、准确、平稳、易于自锁等优点，在工业中获得了广泛应用。

按照用途不同，螺旋传动分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋三种类型。

传力螺旋以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，一般为间歇性工作，工作速度较低，通常要求具有自锁能力，图2-1的螺旋千斤顶与图2-2的螺旋压力机均为传力螺旋。

传导螺旋以传递运动为主，这类螺旋常在较长的时间连续工作且工作速度较高，传动精度要求较高，如图2-3所示的机床进给机构的螺旋。

调整螺旋用于调整并固定零件间的相对位置，一般在空载下工作，要求能自锁，如带传动紧装置、机床卡盘、轧钢机轧滚下压螺旋等。

图2-1螺旋千斤顶

图2-2螺旋压力机

图2-3传导螺旋

按照螺旋副摩擦性质的不同，螺旋传动又可分为滑动摩擦螺旋传动（简称滑动螺旋）、滚动摩擦螺旋传动（简称滚动螺旋）和静压滑动螺旋传动（简称静压螺旋）。

滑动螺旋传动应用较广，其特点是结构简单，制造方便，成本低；

易于实现自锁；

运转平稳。

缺点在于当低速进行运动微调时可能出现爬行现象；

摩擦阻力大，传动效率低（一般为30%~50%）；

螺纹间有侧向间隙，反向时有空行程；

磨损较大。

广泛应用于机床的进给、分度、定位等机构，如压力机、千斤顶的传力螺旋等。

滚动螺旋也称滚珠丝杠，其特点是摩擦阻力小，传动效率高（90%以上）；

运转平稳，低速时不爬行，启动时无抖动；

螺旋副经调整和预紧可实现高精度定位精度和重复定位精度；

传动具有可逆性，如果运用于禁止逆转的场合，需要加设防逆转机构；

不易摩擦，使用寿命长。

缺点为结构复杂，制造困难；

抗冲击能力差。

应用于精密和数控机床、测试机械、仪器的传动和调整螺旋，车辆、飞机上的传动螺旋。

[2]。

滚动螺旋传动特点：

传动效率高，传动精度高，起动阻力矩小，传动灵活平稳，工作寿命长。

滚动螺旋传动应用于机床、汽车、拖拉机、航空军工等制造业。

滚动螺旋传动按滚珠循环方式分为：

循环：

滚珠始终和螺杆接触，两个封闭循环回路有两个反向器，三个封闭循环回路有三个反向器。

特点：

流动性好，效率高，经向尺寸小。

外循环：

分离，工艺性好，分为螺旋式，插管式，挡珠式

静压螺旋传动螺杆与螺母被油膜隔开，不直接接触。

具有摩擦阻力小，传动效率高（达99%）；

螺母的结构复杂；

运转平稳，无爬行现象；

传动具有可逆性（不需要时应加设防逆转机构）；

反向时无空行程，定位精度高，轴向刚力大；

磨损小，寿命长等优点。

其缺点为结构复杂，制造较难，需要一套压力稳定，供油系统要求高。

应用于精密机床的进给、分度机构的传动螺旋。

（二）螺旋传动的运动关系

在螺旋传动中，结构最简单应用最广泛的是滑动螺旋，本节主要介绍这种螺旋传动的设计。

滑动螺旋副工作时，主要承受转矩和轴向拉力（或压力）的作用，由于螺杆和螺母的旋合螺纹间存在着较大的相对滑动，因此，其主要失效形式是螺纹牙破损。

滑动螺旋的基本尺寸通常根据耐磨条件确定。

对于传力螺旋还应校核螺杆危险截面的强度；

对于青铜或铸铁螺母以与承受重载的调整螺旋应校核其自锁性；

对于精度传动螺旋应该校核螺杆的刚度；

对于受压螺杆，当其长径比很大时，应校核其稳定性；

对于高速长螺杆，应校核其临界转速；

要求自锁时，多采用单线螺纹，要求高效时，多采用多线螺纹。

1.一般螺旋机构

一般螺旋机构当螺杆转Ψ角（rad）时，螺母轴向移动的位移L（mm）为

（2-1）

式中，S为螺旋线导程（mm）。

如螺杆的转速为ｎ（r/min），则螺母移动速度v（mm/s）为

（2-2）

2.差动螺旋机构与复式螺旋机构

图2-4差动螺旋机构

图2-4中的螺旋机构中，螺杆1上有A、B两段螺旋，A段螺旋导程为SA（mm），B段螺旋导程为SB（mm），两者旋向一样，则当螺杆转Ψ角（rad）时，螺母轴向移动的位移L（mm）为

（2-3）

（2-4）

由图2-4可知：

当A、B两螺旋的导程SA、SB接近时，螺母可得到微小位移，这种螺旋机构称为差动螺旋机构（又称微动螺旋机构），常用于分度机构、测微机构等。

如两螺旋的旋向相反，螺母轴向移动的位移L为

（2-5）

移动速度为

（2-6）

这种螺旋机构称为复式螺旋机构，适合于快速靠近或离开的场合，如图2-4所示的车钩快速合拢或分开装置。

（三）滑动螺旋传动的设计

滑动螺旋传动工作时，螺杆和螺母主要承受转矩和轴向载荷（拉力或压力）的作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动。

滑动螺旋传动的主要失效形式是螺纹磨损。

因此，通常根据螺旋副的耐磨性条件，计算螺杆中径与螺母高度，并参照螺纹标准确定螺旋的主要参数和尺寸，然后再对可能发生的其他失效逐一进行校核。

[3]

（四）滑动螺旋的结构与材料

1、滑动螺旋的结构

滑动螺旋的结构包括螺杆、螺母的结构形式与其固定和支承结构形式。

螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系，当螺杆短而粗且垂直布置时，如起重与加压装置的传力螺旋，可以采用螺母本身作为支承的结构。

当螺杆细长且水平布置时，如机床的传导螺旋（丝杠）等，应在螺杆两端或中间附加支承，以提高螺杆工作刚度。

[4]

螺母结构有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。

整体螺母结构简单，但由磨损而产生的轴向间隙不能补偿，只适合在精度要求较低的场合中使用。

对于经常双向传动的传导螺旋，为了消除轴向间隙并补偿旋合螺纹的磨损，通常采用组合螺母或剖分螺母结构。

图2-4为组合螺母的一种结构形式，利用螺钉可使斜块将其两侧的螺母挤紧，减小螺纹副的间隙，提高传动精度。

传动用螺杆的螺纹一般采用右旋结构，只有在特殊情况下，采用左旋螺纹。

2、螺杆与螺母常用材料

螺杆和螺母材料应具有较高的耐磨性、足够的强度和良好的工艺性。

螺杆与螺母常用材料见表2-1。

表2-1螺杆与螺母常用材料

螺纹副

材料

应用场合

螺杆

Q235Q2754550

轻载、低速传动。

材料不热处理

40Gr65Mn20GrMnTi

重载、较高速。

材料需经热处理，以提高耐磨性

9Mn2VGrWMn38GrMoAl

精密传导螺旋传动。

材料需经热处理

螺母

ZcuSn10P1ZcuSn5Pb5Zn5

一般传动

ZcuAL10Fe3ZcuZn25AL6Fe3Mn

重载、低速传动。

尺寸较小或轻载高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，空浇铸巴士合金或青铜

（五）耐磨性计算

耐磨性计算尚无完善的计算方法，目前是通过限制螺纹副接触面上的压强作为计算条件，其校核公式为

（2-7）

式中，F为轴向工作载荷（N）；

A为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积（mm²

）；

d2为螺纹中径（mm）；

P为螺距（mm）；

h为螺纹工作高度（mm），矩形与梯形螺纹的工作高度h=0.5P,锯齿形螺纹高度h=0.75P;

z=H/P为螺纹工作圈数，H为螺纹高度（mm），[]为许用压强（MPa），见表2-2

表2-2滑动螺旋传动的许用压强[]

螺纹副材料

滑动副速度/（m·

min）

许用压强/MPa

钢对青铜

低速

<

3.0

6~12

>

15

18~25

11~18

7~10

1~2

钢-耐磨铸铁

6~8

钢-灰铸铁

2.4

13~18

4~7

钢-钢

7.5~13

淬火钢-青铜

10~13

注：

ø

2.5或人力驱动时，[p]可提高20%；

螺母为剖分式时，[p]应降低15%-20%。

为便于推导设计公式，令，代入式（2-7）整理后得螺纹中径的设计公式为

（2-8）对矩形、梯形螺纹，，则

（2-9）

对锯齿形螺纹，，则

（2-10）

值根据螺母的结构选取。

对于整体式螺母，磨损后间隙不能调整，通常用于轻载或精度要求低的场合，为使受力分布均匀，螺纹工作圈数不宜过多，宜取ø

=1.2～2.5；

对于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力较大，可取ø

=2.5～3.5；

传动精度高或要求寿命长时，允许ø

=4。

根据公式计算出螺纹中径d2后，按国家标准选取螺纹的公称直径d和螺距P。

由于旋合各圈螺纹牙受力不均，故z不宜大于10。

（六）螺母螺纹牙的强度计算

螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。

由于一般情况下螺母材料的强度比螺杆低，因此只需校核螺母螺纹牙的强度。

[6]假设载荷集中作用在螺纹中径上，可将螺母螺纹牙视为大径D处展开的悬臂梁（图2-4），螺纹牙根部aa处的弯曲强度校核公式为

（2-11）

剪切强度校核公式为

（2-12）

式中，F、h、z同式（1-6）；

D为螺母螺纹的大径（mm）；

b为螺母螺纹牙根部宽度（mm）；

可由国家标准查得，也可取矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹；

[σ]、[b]、[τ]分别为螺母螺纹牙的许用弯曲应力和许用切应力（MPa），见表2-3

表2-3滑动螺旋副材料的许用应力

项目

许用应力/MPa

钢制螺杆

[σ]=σS/3~5σS为材料的屈服极限/MPa

许用弯曲应力[σb]

许用切应力[τ]

青铜

40~60

30~40

耐磨铸铁

50~60

40

铸铁

45~55

钢

（1.0~1.2）[σ]

0.6[σ]

若螺杆与螺母的材料一样，