课程设计-螺旋千斤顶

辽宁信息职业技术学院装备制造系课程设计论文题目：螺旋千斤顶班级：姓名：学号：论文题目：附图：结果设计要求：设计一个人力驱动的螺旋千斤顶，示意图如下：一、千斤顶的概述千斤顶是一种起重高度小(小于1ｍ)的最简单的起重设备。

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。

二、螺旋传动的设计和计算1、螺旋传动的应用和类型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。

（1）按螺杆与螺母的相对运动方式，螺旋传动可以有以下四种运动方式：①螺母固定不动，如图螺杆转动并往复移动，这种结构以固定螺母为主要支承，结构简单，但占据空间大。

常用于螺旋压力机、螺旋千斤顶等。

②螺母转动，如图螺杆做直线移动，螺杆应设防转机构，螺母转动要设置轴承均使结构复杂，且螺杆行程占据尺寸故应用较少。

③螺母旋转并沿直线移动，如图由于螺杆固定不动，因而二端支承结构较简单，但精度不高。

有些钻床工作台采用了这种方式。

④螺杆转动，如图螺母做直线运动，这种运动方式占据空间尺寸小，适用于长行程螺杆。

螺杆两端的轴承和螺母防转机构使其结构较复杂。

车床丝杠、刀架移动机构多采用这种运动方式。

本次设计的螺旋千斤顶是运用了上图（a）的运动方式，即螺母固定不动。

（2）按照用途不同，螺旋传动分为三种类型。

①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。

如图：②传导螺旋以传递运动为主，这类螺旋常在较长的时间内连续工作且工作速度较高，传动精度要求较高，如图：③调整螺旋用于调整并固定零件间的相对位置，一般不经常转动，要求能自锁，有时也要求很高精度，如带传动张紧装置、机床卡盘和精密仪表微调机构的螺旋等。

本次设计的螺旋千斤顶就是运用了传力螺旋这种传动类型。

2、螺旋传动的计算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）。

在螺旋传动中，结构最简单应用最广泛的是滑动螺旋，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及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）一般螺旋机构的计算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:L=SΨ/2π（式）则式中S为螺旋线导程（mm）。

如果螺杆的转速为n(r/min)时，则螺母移动速度v(mm/s)为:V=Sn/60 （式）（2）差动螺旋机构与复式螺旋机构的计算1-机架2-螺杆3-螺母4-导向杆图差动螺旋机构上图的螺旋机构中，螺杆1上有A、B两段螺旋，A段螺旋导程为S A（mm），B段螺旋导程为S B（mm），两者旋向相同，则当螺杆转Ψ角（rad）时，螺母轴向移动的位移L（mm）为：L=（S A-S B）Ψ/2π（式）如果螺杆的转速为n(r/min)时，则螺母移动速度v(mm/s)为：L=（S A-S B）n/60 （式）由上式可知：当A、B两螺旋的导程S A、S B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。

如果两螺旋的旋向相反，则螺母轴向移动的位移L为：L=（S A-S B）Ψ/2π（式）移动速度为：V＝（SA-SB）n/60 （式）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。

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，计算螺杆中径及螺母高度，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、螺旋传动的设计和选材滑动螺旋的结构包括螺杆、螺母的结构形式及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，如起重及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。

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，只适合在精度要螺母材料许用弯曲应力[σb]许用切应力[τ]青铜40~6030~40耐磨铸铁50~6040铸铁45~5540钢（~）[σ][σ]注：静载荷许用应力取大值。

若螺杆与螺母的材料相同，由于螺杆螺纹的小径d1小于螺母螺纹的大径D，故应校核螺杆螺纹牙的强度，这时公式中的D应改为d1。

6、螺杆强度校核螺杆受轴向力F及转矩T的作用，危险截面上受拉（压）应力σ和扭转切应力τ。

根据第四强度理论，τ螺杆危险截面的强度校核公式为式13式中，d1为螺杆螺纹的小径（mm）；[σ]为螺杆材料的许用应力（MPa），见表；T为螺杆所受转矩(N·m)；由式T=F22dtan(λ+ρν)。

7、螺杆稳定性校核对于长径比大的受压螺杆，当轴向力F超过某一临界载荷F C时，螺杆可能会突然产生侧向弯曲而丧失稳定。

因此，对细长螺纹应进行稳定性校核。

螺杆的稳定性条件为式14式中，S为稳定性安全系数，对于传力螺旋取S=～5；对于传导螺旋取S=～4；对于精密螺杆或水平螺杆取S>4。

临界载荷F C与螺杆的柔度γ及材料有关，根据γ=iLμ的大小选用不同的公式计算。

当γ≥85～90时，根据欧拉公式计算，即式15式中，F C为临界载荷（N）；E为螺杆材料的弹性模量（MPa），对于钢E=×105；I为危险截面的惯性矩（mm4），I=6441dπ，d1为螺杆螺纹内径(mm)；μ为长度系数，与螺杆端部结构有关，见表；L 为螺杆最大受力长度(mm)；i 为螺杆危险截面的惯性半径(mm)，I=4/21d Iπ=41d 。

表 长度系数μ螺杆端部结构 μ两端固定一端固定，一端不完全固定一端固定，一端自由（如千斤顶）2 一端固定，一端铰支（如压力机）两端铰支（如传导螺杆）1 注：用下列办法确定螺杆端部的支撑情况：采用滑动支承时：l o 为支承长度，d o 为支承孔直径，l o /d o <铰支；l o /d o =～3不完全固定；l o /d o >3固定。

采用滚动支承时：只有径向约束时为铰支；径向和轴向都有约束为固定。

当γ<85～90时；对σb ≥380MPa 的碳素钢（如Q235、Q275）F c =γ)421d π 式16 当γ<85～90时，对σb ≥470MPa 的优质碳素钢（如355、45） F c =γ)421d π 式17当γ<40时，无需进行稳定性计算。

8、自锁性校核对于要求自锁的螺旋传动，应校核是否满足自锁条件，即式18式中，ƒν为螺纹副的当量摩擦系数，见表表 螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数ƒν（定期润滑）螺旋副材料 钢和青铜 钢和耐磨铸铁 钢和铸铁 钢和钢 淬火钢和青铜 ƒν ～ ～ ～ ～ ～三、千斤顶的工作原理和设计1、千斤顶的工作原理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。

螺旋千斤顶是通过往复扳动手柄，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。

2、千斤顶的设计设计螺旋千斤顶，已知轴向载荷F=10000N ，起重高度为l=124mm ，方案图所示。

图千斤顶结构图1. 选择材料由表选材料为45钢，由手册查σ=355Mpa ；螺母材料锡青铜为ZCuSn10P1，由表查得[p]=11Mpa ；取单头右旋梯形螺纹，α=30º，β=15º，螺母为整体螺母。

2. 耐磨性计算(1) 取Ф=2(2) 计算d 2d 2≥[]P F φ=×11210000⨯= 由计算出的d 2查手册确定螺纹的标准值为d=24 mm 、D= mmd 1= mm ，D 1=19 mmd 2（D 2）=P=5 mm。