螺旋千斤顶的设计与应用Word格式文档下载.docx

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齿条千斤顶：

也叫齿条顶升器（Rack-pinionjack）。

采用齿条作为刚性顶举件的千斤顶。

齿条式千斤顶由齿条、齿轮、手柄等组成，在承载齿条的上方有一转动头，用来放置被举升的载荷。

使用时，只要摇动手柄，齿便带动齿条上升或下降，从而实现重物的上升或下降。

有时被举升的载荷也可以放在侧面的凸耳上，但在此情况下，由于齿条受着偏心载荷，所以其允许的举重量只能是额定举重量的一半。

为了支持其所举起的载荷，防止由于自重的降落应装有安全摇柄装置。

起重量一般不超过20吨，可长期支持重物，主要用在作业条件不方便的地方或需要利用下部的托爪提升重物的场合，如铁路起轨作业。

油压千斤顶：

采用柱塞或液压缸作为刚性顶举件的千斤顶。

油压千斤顶是根据帕斯卡定律的原理工作的。

它由油箱，大小不同的两个压力油缸、摇杆和关闭针阀等几个部分组成。

工作时，提起小活塞将油吸入小压力油缸，当压下小活塞时将油压进大压力油缸。

通过两个阀门的控制，小活塞对油的压强传递给大活塞，将重物顶起来。

小活塞不断地往复动作，就可以把重物顶到一定的高度。

工作完毕，打开关闭针阀，使大压力油缸和油箱连通。

这时，只要在大活塞上稍加压力，大活塞即可下落，油回到油箱中去。

QYL型立式油压千斤顶是国家定型新系列产品。

它结构紧凑，体积小，重量轻，携带方便，广泛适用于工厂年仓库、桥梁、码头、交通运输和建筑工程等部门的起重作业。

本产品只能直立使用，其工作环境温度为-20摄氏度到+45摄氏度，不宜在酸碱及腐蚀性气体中使用。

利用液体内压强恒定，这样在较小的面积上施以较小的力，就可以在较大的面积上产生较大的力，再辅以杠杆就做成了千斤顶。

液压千斤顶:

由人力或电力驱动液压泵，通过液压系统传动，用缸体或活塞作为顶举件。

液压千斤顶可分为整体式和分离式。

整体式的泵与液压缸联成一体；

分离式的泵与液压缸分离，中间用高压软管相联。

液压千斤顶结构紧凑，能平稳顶升重物，起重量最大达1000吨，行程1米，传动效率较高，故应用较广；

但易漏油，不宜长期支持重物。

如长期支撑需选用自锁千斤顶，螺旋千斤顶和液压千斤顶为进一步降低外形高度或增大顶举距离，可做成多级伸缩式。

液压千斤顶除上述基本型式外，按同样原理可改装成滑升模板千斤顶、液压升降台、张拉机等，用于各种特殊施工场合。

1.3.2其它分类

按其它方式分类可分类为分离式千斤顶，卧式千斤顶，爪式千斤顶，同步千斤顶，油压千斤顶，电动千斤顶等！

1.4螺旋千斤顶使用说明

1.4.1、使用前必须检查各部是否正常。

1.4.2、使用时应严格遵守主要参数中的规定，切忌超高超载。

1.4.3、重物重心要选择适中，合理选择千斤顶的着力点，底面要垫平，同时要考虑到地面软硬条件，是否要衬垫坚韧的木材，放置是否平稳，以免负重下陷或倾斜

1.4.4、千斤顶将重物顶升后，应及时用支撑物将重物支撑牢固，禁止将千斤顶作为支撑物使用。

1.4.5、如需几只千斤顶同时起重时，每台千斤顶的负荷应均衡，注意保持起升速度同步。

还必须考虑因重量不匀地面可能下陷的情况，防止被举重物产生倾斜而发生危险。

1.4.6、使用时先将手动泵的快速接头与顶对接，然后选好位置，将油泵上的放油螺钉旋紧，即可工作。

欲使活塞杆下降，将手动油泵手轮按逆时针方向微微旋松，油缸卸荷，活塞杆即逐渐下降。

否则下降速度过快将产生危险。

1.4.7、因千斤顶起重行程较小,用户使用时千万不要超过额定行程,以免损坏千斤顶。

1.4.8、使用过程中应避免千斤顶剧烈振动。

1.4.9、不适宜在有酸碱，腐蚀性气体的工作场所使用。

1.4.10、用户要根据使用情况定期检查和保养

2、螺旋千斤顶的设计任务

2.1、毕业设计方案选择

常用的千斤顶主要有螺旋千斤顶、液压千斤顶及齿条千斤顶,前两种千斤顶应用比较广泛。

QL型固定式螺旋千斤顶它的结构紧凑、轻巧,使用比较方便。

QL固定型螺旋千斤顶主要由螺母套筒、螺杆、伞形齿轮及棘轮等组成。

螺旋千斤顶的螺杆只转动不升降,它与大伞齿轮连接在一起。

在螺母套筒的外圆有定向键槽,套筒只升降不转动。

工作时,扳动摇把,通过棘齿拨动棘轮,带动伞齿轮旋转,使螺杆转动,套筒就沿着导向键升降。

摇把处的换向齿轮可控制伞齿轮的正、反转,从而实现重物的升降。

由于特制推动轴承转动灵活,摩擦小,因而较固定式螺旋千斤顶操作轻便,工作效率高。

螺旋千斤顶既可在竖直方向使用,又可在水平方向使用。

但相对液压千斤顶其机械磨损大、效率低。

QL螺旋千斤顶，适用于车辆检修，建筑工程支撑和一般重物升降之用。

选择型号：

型号

额定起重量（tons）

最低高度不大于（mm）

起升高度不小于（mm）

手柄操作力不大于（mm）

自重kg

QL10

10

280

150

250

2.2、螺旋千斤顶设计任务要求

设计题目：

螺旋千斤顶设计

千斤顶载荷Q：

10tons起重高度L:

200mm

任务：

1.千斤顶最大起重量为10t

2．工作行程L=200mm，单臂操作

3．作出结构原理、结构简图

4．编写设计说明书

要求：

1.设计螺杆要求校核耐磨性、自锁性；

校核螺纹工作圈数、螺杆强度和稳定性

2.设计螺母要求校核螺母螺纹牙强度

3．底座和托杯要求满足一定的强度

4．机构应具有良好的传力性能

5．绘制零件图，要求画出各零件图的具体步骤

6．画出各个零件的尺寸示意图

7.螺旋千斤顶的爆炸分解图

3、螺旋千斤顶结构设计

3.1、结构设计的意义

机械结构设计就是将抽象的工作原理变成技术图样的过程。

在此过程中要兼顾各种技术、经济和社会要求，并且应设计出尽可能多的可能性方案，从中优选或归纳出经济合理的方案。

结构设计是将抽象的工作原理具体化为某类或构件零部件的图样，然后进一步确定它们的加工工艺、材料、几何尺寸、公差等；

寻找所选方案中的缺陷和薄弱环节，对照各种要求、限制，反复改进。

进行强度、刚度以及各种功能的指标验算；

绘制装配图和零件图；

编写计算说明书。

3.2、螺旋千斤顶的结构

图1-1

如图1-1所示，手动螺旋千斤顶主要零件有：

1）螺母、2）螺杆、3）底座、4）手柄、5）托杯、等零件及其附件组成。

其中螺杆、螺母等主要尺寸要通过理论计算确定，其他尺寸可以由经验数据、结构需要和工艺要求来确定，必要时还需要经过相关验算。

千斤顶最大起重量是其最主要的性能指标之一。

千斤顶在工作过程中，传动螺纹副承受主要的工作载荷，螺纹副工作寿命决定千斤顶使用寿命，故传动螺纹副的设计最为关键，其设计与最大起重量、螺纹副材料、螺纹牙型以及螺纹头数等都有关系。

3.2.1螺旋传动选择

根据螺纹副摩擦性质不同，可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动和静压螺旋传动。

（1）滑动螺旋传动的特点：

1）结构简单，加工方便，成本较低

2）易于自锁

3）传动平稳

4）摩擦阻力大，传动效率低（仅在0.3~0.6之间）

5）螺纹有侧向间隙，反向时有空行程，定位精度和轴向刚度较差。

6）磨损快

3.2.2滑动螺旋的应用举例：

金属切削机床的进给、分度机构的传动螺旋，摩擦压力机、千斤顶的传力螺旋。

所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副。

3.2.3螺纹类型选择

滑动螺纹副常采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或矩形螺纹等。

梯形螺纹应用最广。

锯齿形螺纹主要用于单向受力。

矩形螺纹虽传动效率高，但加工比较困难，且强度较低，应用较少。

（1）梯形螺纹的特点：

牙型角α=30°

，螺纹副的大径和小径处有相等的径向间隙。

牙根强度高，螺纹的工艺性好；

内外螺纹一锥面贴合，对中性好，不易松动；

采用整体式螺母。

（2）应用举例：

用于传力螺纹和传动螺旋如载重螺旋式起重机、千斤顶。

千斤顶选择梯形螺纹、右旋，因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达到要求。

4、螺旋千斤顶各部件参数设定及强度校核

4.1、螺母、螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核

4·

1·

1螺母、螺杆的材料和许用应力

（1）螺母的材料和许用应力（图4-1）：

螺母材料可用铸造锡青铜，以ZCuSn10Pb1最耐磨，但价格较贵，主要用于高精度的传导螺旋。

重载低速的场合可选用强度高的铸造铝铁青铜，常用的材料ZCuAl10Fe3。

轻载低速时也可以选用耐磨铸铁。

螺母材料选ZCuAl10Fe3，带有内螺纹的构件。

查表11-1-10可得：

许用弯曲应力：

σbp=40~60N/mm2，取50N/mm2；

许用剪应力：

τp=30~40N/mm2,取35N/mm2。

千斤顶螺旋系手动低速，由表11-1-9查得许用压强：

Pp=18~25N/mm2，取20N/mm2。

（2）螺杆的材料和许用应力

由于滑动螺旋传动中的摩擦较严重，故要求螺旋传动材料的耐磨性能、抗弯性能都要好。

一般螺杆材料的选用原则如下：

1）高精度传动时多选碳素工具钢。

2）需要较高硬度，如50~56HRC时，可采用铬锰合金钢；

当需要硬度为35~45HRC时可采用65Mn钢。

3）一般情况下可用45、50钢。

本设计中，螺杆材料选45钢，采用带有外螺纹的杆件，调制处理，σs=360N/mm2，可得：

螺杆的许用拉应力：

σp=

=120~72N/mm2，

手动可得：

σp=100N/mm2。

图4-1：

滑动螺旋传动设计

4.1.2、螺母、螺杆的尺寸设计与校核

（1）按耐磨性计算螺纹中径（图4-2）：

查表11-1-4中公式取ψ=1.7（ψ值按整体式螺母取1.2~2.5），

d2=0.8

=0.8

=43.4mm

由GB/T5796.3—1986（见第四篇第1章）可选d=48,P=8,d2=44,D4=49,d3=39,D1=40的梯形螺纹，中等精度。

螺旋副的标记为：

Tr48x8-7H/7e。

由此得出千斤顶的滑动螺旋传动各个尺寸为：

外螺纹大径：

dd=48mm

螺距:

PP=8mm

牙顶间隙：

acac=0.5mm

基本牙型高度：

H1H1=0.5P=0.5x8=4mm

外螺纹牙高:

h3h3=H1+ac=0.5P+ac=4+0.5=4.5mm

内螺纹牙高：

H4H4=H1+ac=0.5P+ac=4+0.5=4.5mm

牙顶高：

ZZ=0.25P=0.25x8=2mm

外螺纹中径：

d2d2=d-2Z=48-4=44mm

内螺纹中径:

D2D2=d-2Z=48-4=44mm

外螺纹小径：

d3d3=d-2h3=48-2x4.5=39mm

内螺纹小径：

D1D1=d-2H4=48-2x4=40mm

内螺纹大径：

D4D4=d+2ac=48+2x0.5=49mm

牙根部宽度：

bb=0.65P=0.65x8=5.2mm

螺母高度H:

H=ψd2=1.7x44=74.8mm,取H=75mm.

则螺纹圈数n:

n=H/P=75/8=9.38圈

图4-2螺母的尺寸图

（2）自锁性条件与检验：

由于系弹头螺纹，导程S=P=8mm,

故螺纹升角为：

λ=arctan

=arctan

=3°

18′44″

查表11-1-7得：

钢和青铜的摩擦因数ƒ=0.08~0.10,取0.09，

可得：

ρ′=arctan

=arctan

=5°

19′23.4″

λ<

ρ′，故自锁可靠。

（3）螺杆的强度检验：

查表11-1-3得知，螺纹摩擦力矩：

Mt1=

d2Ftan（λ+ρ′）=

x100000xtan（3°

18′44″+5°

19′23.4″）

=334104N·

mm

所以带入表11-1-4公式（4）得：

σca=

=

=96.9N/mm2<

σp

{根号下的式子为：

（4F/Πd32）2+3（Mc/0.2d33）2,（4x100000/Πx392）+3（334104/0.2x393）2}

（4）螺母螺纹强度检验：

因螺母材料强度低于螺杆，故只验算螺母螺纹强度即可。

查表11-1-4得，牙根宽度：

b=0.65P=0.65x8=5.2mm,

基本牙型高：

H1=0.5P=0.5x8=4mm。

代入表11-1-4中的公式（7）及式（8）有：

则螺母的剪切强度：

τ=

=13.32N/mm2<

τp。

τ<

τp

螺母的弯曲强度：

σb=

=30.7N/mm2<

σbp。

σb<

σbp

（5）螺杆的稳定性验算（图4-3）：

图4-3：

螺杆尺寸图

由图11-1-2a得：

千斤顶螺杆上部安装手柄处的高：

h1=（1.8~2）d=（1.8~2）x48=86.4~96mm,取h1=90mm,

螺杆最大工作长度ι应为最大起重高度加h1，

故ι=200+90=290mm。

由表11-1-4得，λ=

，（式中μ—长度系数，与螺杆端部有关，查表11-1-5，按一端固定一端自由的端部结构得：

μ=2。

i—螺杆危险截面的惯性半径，i=

）

所以：

λ=

=59.5

按表11-1-4中公式计算临界载荷：

Fc=（a-bλ）x

=（461-2.56x59.5）x

=368746N

（a,b—与材料有关的常数，见手册第1卷表1-1-128）

=

=3.69>

2.5

故稳定性条件满足。

4.2、底座的设计计算

4．2．1底座材料的选定

（1）材料：

由于此千斤顶的承载力相对较小，考虑体积和成本要求，千斤顶其他部件的材料均采用灰铸铁（HT100）。

（2）斜度：

带1：

15的斜度

4．2．2底座尺寸确定：

如图4-4所示：

图4-4：

底座的尺寸图

已知外螺纹大径为d=48mm,

有：

D2=1.5d

D3=1.4D2

D4=1.4D5

δ=10mm

D5由结构确定（斜度为1：

15）

得：

D5=134mm

依次可得出：

D4=1.4D5=1.4x134=187mm

S=（1.5~2）δ=15~20，取S=16mm。

综合考虑各尺寸关系，取总的高度为206mm

。

4.3、手柄的设计计算

如图4-5所示：

图4-5手柄尺寸图

4．3．1手柄的材料选择：

手柄材料选择A3

4．3．2手柄的尺寸确定（由于要满足一定的强度要求，）

（1）手柄的直径（孔径）：

d1=φ26

（2）手柄的长度：

l=350

（3）端部倒角：

C=2

4.4、托杯的设计计算（图4-6示）

1托杯的材料选择

托杯材料选择：

铸钢（ZG230-450）

2托杯的尺寸确定

关系式：

D=（1.6~1.8）d

D1=（0.6~0.8）d

h=（0.8~1）D

D=（1.6~1.8）x48=76.8~86.4取D=79mm

D1=（0.6~0.8）x48=28.8~38.4mm取D1=38mm

（1）托杯的高度h：

h=（0.8~1）x80取：

h=70

（2）托杯的内外径（含壁厚）:

外径φ110厚度δ=10

4.5、千斤顶的效率计算

由表11-1-4中式（16）并视托杯与螺杆顶部为滑动推力轴承，

效率为0.95时，

η=0.95x

=0.95x

=36.2％。

因系手动千斤顶，故螺杆的强度及横向振动不予验算。

4.6、千斤顶的其他附加码附件尺寸设定

螺杆的退刀槽直径:

s=φ39

螺杆的退刀槽宽度：

b=5mm

螺杆膨大部分的尺寸：

有公式：

h1=（1.8~2）d

得出：

D=（1.6~1.8）x48=76.8~86.4取79mm

h1=（1.8~2）x48=86.4~96取88mm

根据结构确定螺杆膨大部分的内孔为：

φ27

结束语

通过本次的毕业设计——螺旋千斤顶设计。

我了解到了现今所存在的各种各样类型的千斤顶，懂得了他们的工作原理以及结构装配过程。

重要的是我自己动手设计的螺旋千斤顶，培养了我独立的思考问题以及查阅相关资料的能力。

自己选择千斤顶型号以及拟订各个零件的相关尺寸，必要时对重要的尺寸进行验算和校核，其他相关尺寸通过查阅手册和经验所得。

最后运用画图软件把设计出的尺寸创建成实体图并画出装配图和工程图。