机构设计说明书

实用型千斤顶说明书

设计题目：实用型千斤顶

淮安信息职业技术学院

电气工程系 490811班

学号：49081139

姓名：高剑林

指导老师：王宏臣

2010年1月8号

主题：珍爱生命，奉献社会。

设计内容：在突发灾难中，用于救援，破障，避难及逃生方面的创新设计。要

求要有新意，步骤完整，易懂易用。

设计说明书：

一． 技术领域：

相关知识有普通螺纹传动，力的分析，润滑结构原理。广泛应用于紧急起升搬运物品，扩张物体（加上支架）和需要可靠支撑的的场合。 二． 背景技术：

千斤顶主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。千斤顶按工作原理分为：

(1)螺旋千斤顶：采用螺杆或由螺杆推动的升降套筒作为刚性顶举件的千斤顶。

(2)齿条千斤顶：采用齿条作为刚性顶举件的千斤顶。

(3)油压千斤顶：采用柱塞或液压缸作为刚性顶举件的千斤顶。

有机械千斤顶和液压千斤顶等几种，原理各有不同从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。

目前应用比较广泛的螺旋千斤顶，其内部的螺纹有自锁的特性，无论在轴向施加多大的力，千斤顶也不会在轴向移动。只能通过往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升或下降，而达到起重拉力的功能。但不如液压千斤顶简易用玻璃门、PLC电

脑控制或普通电器两种，具有工作可靠，工作可靠，动作直观，维修方便。独立按扭集中控制。具有调整、双手单次循环二种操作方式。液压控制可采用插装阀集成系统，动作可靠，使用寿命长，液压冲击小，减少了连接管路与泄露点，或普通液压控制两种。

而螺旋千斤顶螺旋千斤顶:由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件。普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作而螺旋千斤顶螺旋千斤顶:由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件。普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，构造简单，但传动效率低，返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，装有制动器。放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂。螺旋千斤顶能长期支持重物，最大起重量已达 100吨，应用较广。下部装上水平螺杆后，还能使重物作小距离横移。

螺旋千斤顶采用螺杆或由螺杆推动的升降套筒作为刚性顶举件的千斤顶。螺旋式千斤顶是千斤顶的一种， 螺旋千斤顶顶为进一步降低外形高度和增大顶举距离，可做成多级伸缩式的。 用钢性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在行程内顶升重物的轻小起重设备。

头部经特殊热处理，梅花型防滑面设计，使产品在使用中不易产生滑脱、顶弯、折断等现象。

整机多重防伪设计，使品质与售后服务得以有效保障。 注油孔采用螺旋式密封，密封性能好、易拆装、使用方便。 采用可调式安全阀，并且底盘经加大加厚可适用于各种恶劣的地面，使安全性有保障。

采用优质密封件、优质材质及特殊工艺制造，使整机性能更加优良。

螺旋式千斤顶广泛应用于工厂， 修理，救援 等场合，是起升搬运物品，最理想的起重设备之一。

三． 设计内容：

1，设计目的：在“5· 12”汶川大地震发生之后，党和国家对在自然灾害来临之时的自我保护以及用于自我保护的工具引起了高度的重视，号召每个人积极的创新设计自我防护的工具，机械创新设计大赛也与国家的号召紧密联系在一起，不仅给了机电学子一个展示自己创新设计能力的舞台，也为未来对防护措施的执行贡献自己的力量。更重要的是培养我们创新的思维，创新能力是一个人综合素质的最高体现，具有综合性、发展性、创见性的特点。创新能力的培养离不开收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、协作能力等。 同时也培养和强化大学生的社会责任意识。

2，设计步骤：

a.数学模型的建立

手动螺旋千斤顶主要包括底座、棘轮、圆锥齿轮副、托杯、传动螺纹副等部分。

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。

b.目标函数与设计变量

手动螺旋千斤顶在满足设计性能和要求的前提下，从结构紧凑、减轻重量、节省材料和降低成本考虑。在给出千斤顶最大起重量、传动螺纹副材料及其屈服应力、螺纹头数等基本设计要求和圆锥齿轮副等已定的情况下，可从螺纹副设计着手考虑，使螺纹副所用材料最少，即在满足设计性能的情况下，传动螺杆、螺母所占体积最少。

螺杆的体积为：v1=πd22L/2

螺母的体积为：v2=π(D′2-D22)H/4 式中：d2——螺杆中径，mm； D′——螺母外径（虚拟），mm； D2——螺母中径，mm； L——螺杆总长，mm； H——螺母高度，mm.

考虑到传动效率要求较高和螺纹受力较大等因素，千斤顶一般采用锯齿形螺纹传动，其大径、中径、小径之间有如下关系： d2=d－0.75P d1=d－1.736P

且内、外螺纹有如下关系：D＝d;D2=d2;

式中，D2、d2为内、外螺纹中径；P为螺距;D、d为内、外螺纹大径；d1为内螺纹小径。

则目标函数（即传动螺纹副体积之和）为：

V=V1+V2=πL(d-0.75P)2-/4+π〔D′2--(d-0.75P)2-〕H/4

从目标函数表达式中可以看出，L、D′均为常量，而螺距P取值虽为整数，但其取值随螺纹公称直径而变化，这里将其作为变量。故变量有d、H、P 三个，记作：

X=〔x1,x2，x3〕T=〔d,H，P〕T 目标函数表达式为：

V(x)=πL(x1-0.75x3)3/4+π〔D′2-(x1-0.75x3)2〕x2/4

c. 约束条件分析 (1)耐磨性条件

锯齿形螺纹工作高度h：h=0.75P

根据手动螺旋千斤顶传动螺纹副滑动速度较低，及螺母和螺杆材料等条件，查取许用比压〔p〕：

计算比压为：p=FP/[(d-0.75P)πhH]＜〔p〕

(2) 螺纹的自锁条件

螺旋升角ψ：ψ=arctanP/πd2=arctanP/[π(d-0.75P)] 当量摩擦角ρv=arctanuv，uv为螺纹副当量摩擦系数。 自锁条件为：ψ＜ρv－(1°～1.5°),即 arctanP/[π(d-0.75P)]＜ρv－(1°～1.5°)

(3)螺杆的强度条件

螺纹危险截面面积A为：A=π(d-1.736P)2/4 螺杆所受转矩T：T=F·tan(ψ+ρv)(d－0.75P)/2 当量应力为：

式中，F为千斤顶最大起重量，单位为N. 查表,确定许用应力〔σ〕.

当量应力应小于许用应力，即：σca＜〔σ〕

(4) 螺纹牙剪切强度条件

按机械性能较弱的螺母材料进行计算： 螺母的外径D等于螺杆外径d：D=d 螺纹牙根厚b：b=0.75P 螺纹旋合圈数z：z=H/P

查表取得许用剪切应力〔τ〕.

按剪切强度进行计算：τ=F/(πDbz)=F/(πd·0.75P·H/P)，τ＜〔τ〕.

(5)螺纹牙弯曲强度条件

同样，取机械性能较弱的螺母材料进行计算。

按弯曲强度进行计算：σb=3F(D-D2)/(πDb2z)=3F(d-d2)/(πDb2z)=3F〔d-(d-0.75P)〕/(πDb2z) σb＜〔σb〕.

对静载，许用应力应取较大值。

(6)螺杆的稳定性条件

确定螺杆的柔度λ值：λ=μL/i

式中，μ为螺杆的长度系数，L为螺杆的总长度，i为螺杆危险截面惯性半径，i=d1/4.

螺杆的长度系数根据螺纹副固定形式取值。 λ值小于许用值〔λ〕，即：λ＜〔λ〕.

(7)螺杆公称直径取值范围 查《机械设计手册》，取d值范围为：20mm≤d≤650mm.

(8)螺母最大高度（螺纹啮合长度）范围：30 mm≤H≤280 mm.

(9)螺纹螺距取值范围 查《机械设计手册》，得P值范围为2 mm≤P≤24 mm.

2 优化方法

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