螺旋千斤顶设计及其三维仿真（毕业论文、全套含CAD图纸和三维模型）

本科毕业设计（论文）题 目 螺旋千斤顶设计及其三维仿真 所 在 系学生姓名专 业 班 级 指导教师目 录摘 要 .IIIABSTRACT .IV第一章 绪论 .11.1 课题背景及意义 .11.1.1 螺旋千斤顶设计的背景 .11.1.2 螺旋千斤顶设计的意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 千斤顶概述 .21.3.1 千斤顶的种类 .21.3.2 千斤顶的工作原理 .31.4 主要研究内容 .3第二章 总体方案设计 .42.1 设计要求 .42.1.1 设计参数要求 .42.1.2 设计内容 .42.2 方案设计 .4第三章 螺旋传动的设计 .63.1 螺旋传动的类型 .63.2 螺旋传动的运动分析 .73.3 滑动螺旋传动的设计 .83.4 滑动螺旋的结构及材料 .93.4.1 滑动螺旋的结构 .93.4.2 螺杆与螺母常用材料 .93.5 耐磨性计算 .93.6 校核计算 .113.6.1 螺母螺纹牙的强度校核 .113.6.2 螺杆强度校核 .113.6.3 螺杆稳定性校核 .113.6.4 自锁性校核 .12第四章 各主要零部件的设计 .144.1 总体参数计算 .144.1.1 千斤顶的技术参数 .144.1.2 选择材料 .14I4.1.3 耐磨性计算 .154.1.4 校核计算 .164.2 底座的设计计算 .174.2.1 底座材料的选定 .174.2.2 底座尺寸确定 .174.3 手柄的设计计算 .184.3.1 手柄的材料选择 .184.4.2 手柄的尺寸确定 .184.4 托杯的设计计算 .184.4.1 托杯的材料选择 .184.4.2 托杯的尺寸确定 .194.5 千斤顶的效率计算 .19第五章基于 PRO/E 的三维设计及仿真 .205.1 PRO/E 三维设计软件概述 .205.2 各零部件的三维设计 .215.2.1 螺母 .215.2.2 螺杆 .245.2.3 底座 .255.2.4 手柄 .275.2.5 顶垫的设计 .285.3 三维装配 .295.4 三维仿真 .305.4.1 仿真的简单介绍 .305.4.2 仿真过程 .30结 论 .34致 谢 .35参考文献 .36II摘 要千斤顶又叫举重器、顶重机、顶升机等，是一种用比较小的力就能把重物顶升、下降或移位的简单起重机具，也可用来校正设备安装的偏差和构件的变形等。螺旋千斤顶是利用螺旋传动举升重物的千斤顶。其只要由底座、螺杆、螺母、手柄、顶垫等构成。本次设计首先，通过对螺旋千斤顶结构及原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案接着，对主要技术参数各主要零部件进行了设计与校核；然后，通过 Pro/e三维设计软件设计了该螺旋千斤顶并进行了运动仿真；最后，绘制了螺旋千斤顶装配图及主要零部件图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD 制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词：螺旋千斤顶；设计；Pro/E；仿真IIIIVVVIAbstractJack also known as weightlifting, a top-heavy machine, lifting machine, is a relatively small force can be used to heavy lifting, decrease or shift with a simple crane can also be used to correct deviations and component equipment installed The deformation. Screw jack lifting weights using a jack screw drive. Its long constituted by the base, screw, nut, handle, top pad.The design First, analyze the jackscrew structure and principles presented in this analysis, based on the overall structure of the program and then on the main technical parameters of the main components were designed and Verification; then, through the Pro / e three-dimensional design Software Design of the screw jack and motion simulation; finally, draw the jackscrew assembly drawing and major components Fig.Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life.Keywords:Screw jack; Design; Pro/E; SimulationVII0第一章 绪论1.1 课题背景及意义1.1.1 螺旋千斤顶设计的背景在研究本课题时就发现在现实生活和实际生产中，我们经常会遇到一些汽车需要更换轮胎或者维修，将一些重物在没有起重装备的情况下移动或抬起，如果仅仅靠人工进行操作是相当困难的，这个时候就用到了千斤顶。千斤顶与我们生活息息相关，比如铁路车辆检修、桥梁安装、矿山、建筑工程的支撑及车辆设备等重物的起重方面都离不开千斤顶。因此千斤顶技术的发展将直接影响到这些行业或部门的正常运作和未来的发展。本次通过研究学习机械原理，机械制造基础，机械加工工艺，工程力学等书籍，设计出以往复扳动手柄，以推动举重螺杆旋转，从而使伸降套筒获得起伸或下降达到起重拉力功能的螺旋式千斤顶。通过查阅大量文献资料，设计和绘制千斤顶各部件零件图，不仅熟悉了螺旋千斤顶的工作原理，让我也熟悉和强化了一些绘图软件的使用，同时加深了对课本中有关传动与机械基础理论知识的理解。1.1.2 螺旋千斤顶设计的意义1）要求熟悉螺旋传动的工作原理，掌握螺旋传动的设计过程和方法；2）培养机械设计能力，初步掌握机械设计的一般程序；3）培养查阅机械设计零件手册及有关技术资料，能正确使用国家标准规范能力。1.2 国内外研究现状（1）国外研究现状早在 20 世纪 40 年代，卧式千斤顶就开始在汽车维修行业中得到使用，但由于当时技术和使用的原因，千斤顶设计时的尺寸和体积较大，承载能力较低，使用起来很不不便。后来随着社会需求量的加大以及千斤顶本身技术的发展，在 90 年代初，国外大部分用户用卧式千斤顶取代了立式千斤顶。在 90 年代后期一些新型的千斤顶也相继出现如充气式千斤顶和便携式千斤顶。充气千斤顶是由保加利亚一汽车运输研究所发明的，它由弹性的而又非常坚固的橡胶制成。Power-RiserII 型便携式液压千斤顶则可以用于所有类型的铁道车辆。另外一种名为 Tcuck Jack 的便携式液压千斤顶则可以用于对已断裂的货车转向弹簧进行快速的现场维修，并能完全由转向架侧架支撑住。（2）国内研究状况我国千斤顶技术发展较晚，由于缺少与国外先进技术的交流，所以直到 1979 年才接触到类似国外卧式千斤顶这样的产品。但是经过我们重新对产品进行设计改造，在外观美观、使用方便、承载能力强、寿命长等方面都超过了国外同类的产品并迅速打1入欧美市场。经过多年设计制造的实践，除了卧式千斤顶外，我国的千斤顶还规格齐全，还研制出了新型折叠式液压千斤顶、新型剪式千斤顶、快速升降千斤顶、多用途千斤顶、便携式电动千斤顶等等，形成了一套系列产品。随着我国汽车工业的快速发展，汽车对千斤顶的要求也越来越高；同时随着市场竞争的加剧，用户要求的不断的变化，将迫使千斤顶的设计质量要不断提高，以适应用户的需求。用户喜欢的、市场需要的千斤顶不仅要求重量轻，携带方便，外形美观，使用可靠，还会对千斤顶的进一步自订化，甚至智能化都有所要求。1.3 千斤顶概述千斤顶又叫举重器、顶重机、顶升机等，是一种用比较小的力就能把重物顶升、下降或移位的简单起重机具，也可用来校正设备安装的偏差和构件的变形等。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，千斤顶的顶升高度一般为400mm，顶升速度一般为 10-35mm/min，起重能力最大可达 500t。1.3.1 千斤顶的种类千斤顶按其构造及工作原理的不同，通常分为机械式和液压式，机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种，其中螺旋式千斤顶和液压式千斤顶较为常用。液压式千斤顶结构紧凑，工作平稳，有自锁作用，故使用广泛。但液压千斤顶传动的缺点是：(1) 液压千斤顶系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压千斤顶传动不能保证严格的传动比。(2)液压千斤顶传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。(3)为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。(4)液压千斤顶传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。(5)液压千斤顶系统发生故障不易检查和排除。螺旋千斤顶的主轴外表用铬处理可增加使用寿命；其高度低，适用于一般窄小空间之作业需求，杨程短，可多次的垫高使用，它是由人力通过螺旋副传动，其结构紧凑，成本较低，使用携带较为方便；能长期支持重物，最大起重量已达 100 吨，使用更为广泛。液压千斤顶主要由油室、油泵、储油腔、活塞和摇把等组成，工作时，用千斤顶的手动摇把驱动油压泵，将工作油压入油室，推动活塞上升或下降，进而顶起或下落重物。在工程施工时，YQ 型手动液压千斤顶（或称移溜千斤顶）是一种内回液双作用的液压机构。使用较多。这种千斤顶质量轻，效率高，使用和搬运也比较方便，它又可以分为通用和专用两类。21.1 螺旋千斤顶专用液压千斤顶使专用的张拉机具，在制作预应力混凝土构件时，对预应力钢筋施加张力。专用液压千斤顶多为双作用式。常用的有穿心式和锥锚式两种。绝大时候使用穿心式。穿心式千斤顶适用于张拉钢筋束或钢丝束，它主要由张拉缸、顶压缸、顶压活塞及弹簧等部分组成。它的特点是：沿拉伸机轴心有一穿心孔道，钢筋(或钢丝)穿入后由尾部的工具锚固。螺旋式千斤顶又分为：固定式螺旋式千斤顶、固定式LQ 型螺旋千斤顶和移动式螺旋千斤顶三大类。 （1）固定螺旋式千斤顶有普通式和棘轮式两种，在作业时，未卸载之前不能作平面移动；（2）固定式 LQ 型螺旋千斤顶结构紧凑、轻巧，使用方便。它有棘轮组、大小锥齿轮、升降套筒、锯齿形螺杆、主架等组成；当往复搬动手柄时，撑牙推动棘轮组间歇回转，小锥齿轮带动大锥齿轮，使锯齿形螺杆旋转，从而使升降套筒上升或下降。由于推力轴承转动灵活，摩擦力小，因而操作灵敏，工作效率高。 （3）移动式螺旋千斤顶是一种在顶升过程中可以移动的千斤顶，在作业时，它的移动主要是靠其底部的水平螺杆转动，从而使 顶起或下降的重物连同千斤顶一同做水平移动。1.3.2 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，它是由人力通过螺旋副传动，其结构紧凑，成本较低，使用携带较为方便；能长期支持重物，最大起重量已达 100 吨，使用更为广泛。1.4 主要研究内容1）深入了解千斤顶的原理与应用；2）对螺旋千斤顶的设计计算及强度校核，了解千斤顶结构，特点；3）用 pro/e 软件画出三维效果图，并导出工程图；4）通过研究学习机械原理，机械制造基础，机械加工工艺，工程力学等书籍，设计出以往复扳动手柄，以推动举重螺杆旋转，从而使伸降套筒获得起伸或下降达到起3重拉力功能的螺旋式千斤顶。第二章 总体方案设计2.1 设计要求2.1.1 设计参数要求螺旋千斤顶的最大起重重量为 10t，工作行程为 200mm，单臂操作。2.1.2 设计内容（1）螺旋传动设计（2）螺杆的设计计算，包括自锁设计、强度设计及稳定性设计（3）螺母的设计计算，包括螺纹旋和圈数确定，螺纹牙强度计算（4）托杯及底座的设计计算（5）螺旋千斤顶的三维建模及其仿真运动（6）螺旋千斤顶的装配图（7）主要零件工作图（8）撰写本科毕业设计说明书2.2 方案设计螺旋式千斤顶又分为：固定式螺旋式千斤顶、LQ 型固定式螺旋千斤顶和移动式螺旋千斤顶三大类。（1）固定螺旋式千斤顶有普通式和棘轮式两种，在作业时，未卸载之前不能作平面移动；（2）LQ 型固定螺旋式千斤顶结构紧凑、轻巧，使用方便。它有棘轮组、大小锥齿轮、升降套筒、锯齿形螺杆、主架等组成；当往复搬动手柄时，撑牙推动棘轮组间歇回转，小锥齿轮带动大锥齿轮，使锯齿形螺杆旋转，从而使升降套筒上升或下降。由于推力轴承转动灵活，摩擦力小，因而操作灵敏，工作效率高。（3）移动式螺旋千斤顶是一种在顶升过程中可以移动的千斤顶，在作业时，它的移动主要是靠其底部的水平螺杆转动，从而使顶起或下降的重物连同千斤顶一同做水平移动。因此，移动式螺旋千斤顶在设备安装施工中用来就位便很使用。如下图：4由于本次设计的螺旋千斤顶要求：最大起重重量为 10t，工作行程为 200mm，起重重量和工作行程均不大，因此本次选用移动式螺旋千斤顶。5第三章 螺旋传动的设计3.1 螺旋传动的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。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 的螺旋千斤顶及图 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内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，如带传动张紧装置、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6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。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：内循环：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。3.2 螺旋传动的运动分析在螺旋传动中，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）一般螺旋机构一般螺旋机构当螺杆转 角（rad ）时，螺母轴向移动的位移 L（mm）为72/SL式中，S 为螺旋线导程（mm） 。如螺杆的转速为（r/min） ，则螺母移动速度 v（mm/s ）为60/SnV（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 ） ，两者旋向相同，则当螺杆转 角（rad）时，螺母轴向移动的位移 L（mm）为2/)(BASL如螺杆的转速为（r/min） ，则螺母移动速度 v（mm/s ）为60/)(nVBA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/)(BASL移动速度为60/)(nVBA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。3.3 滑动螺旋传动的设计8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。3.4 滑动螺旋的结构及材料3.4.1 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。3.4.2 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 3-1。表 3-1 螺杆与螺母常用材料螺纹副 材料 应用场合Q235 Q275 45 50 轻载、低速传动。材料不热 处理40Gr 65Mn 20GrMnTi 重载、较高速。材料需经热 处理，以提高耐磨性螺杆9Mn2V GrWMn 38GrMoAl精密传导螺旋传动。材料需经热处理ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5 一般传动螺母 ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn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，内空浇铸巴士合金或青铜93.5 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p计算条件，其校核公式为phHdFPzAFp22/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 3-2p表 3-2 滑动螺旋传动的许用压强 p螺纹副材料 滑动副速度/(m·min) 许用压强/MPa钢对青铜低速151825111871012钢-耐磨铸铁 612 68钢 -灰铸铁 4。临界载荷 FC 与螺杆的柔度 及材料有关，根据 的大小选用不同的公式计iL/算。当 时，根据欧拉公式计算，即：9085 2/EIFc式中，FC 为临界载荷（N） ；E 为螺杆材料的弹性模量（MPa ） ，对于钢；I 为危险截面的惯性矩（mm4） ， ，d1 为螺杆螺纹内径MpaE516.2 64/1dI(mm)； 为长度系数，与螺杆端部结构有关；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)， 4/412dIi当 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。3.6.4 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vvarctn式中， 为螺纹副的当量摩擦系数，见表 2-5表 2-5 螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数 （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 0.080.10 0.100.12 0.120.15 0.110.17 0.060.0813第四章 各主要零部件的设计4.1 总体参数计算4.1.1 千斤顶的技术参数螺旋千斤顶是通过往复扳动手柄，旋转杆带动螺母、使举重螺杆旋转，从而使升降托杯获得起升或下降，而达到起重拉力的功能。表 4-1 螺旋千斤顶技术参数型号 额定起重 量 gn 最低高度 h 起升高度 h1 手柄作用 力 手柄长度 自重t mm mm n mm kgqlj0.5 0.5 2.5qlj1 1 120 150 3qlj1.6 1.6110 180200 200 4.8ql2 2 170 180 80 300 5ql3.2 3.2 200 110 6qld3.2 3.2 160 50 100 500 5ql5 5 250 130 160 600 7.5qld5 5 180 65 7qlg5 5 270 130 11ql8 8 260 140 200 800 10ql10 10 280 150 11qld10 10 200 75 250 800 10qlg10 10 310 130 15ql16 16 320 180 17qld16 16 225 90 15qlg16 16 445 200 19qlg16 16 370 180400 100020ql20 20 325 180 18qlg20 20 445 300 500 1000 20ql32 32 395 200 27qld32 32 320 180 650 1400 24(qlg36) 36 470 200 710 1400 8214ql50 50 452 250 56qld50 50 330 150 510 1000 52第二位为螺旋千斤顶的型式第三位为额定起重量，t；型式特征代号( 普通型无表示)。4.1.2 选择材料设计螺旋千斤顶，已知轴向载荷 F=100000N，起重高度为 h=200mm，方案图 3-1所示。由于滑动螺旋传动中的摩擦较严重，故要求螺旋千斤顶传动材料的耐磨性能、抗歪星能都要好。一般螺杆材料选用原则如下：高精度传动时多选碳素工具钢；需要较高硬度，如 5056HRC 时，可采用铬锰合金钢；当需要硬度为 3545HRC 时可采用 65Mn 钢；一般情况下可用 45、50 钢。由表 2-1 螺杆选材料为 45 钢，由手册查 s=360Mpa；螺母材料为 ZCuSn10P1，由表 2-2 查得p=20Mpa；取单头右旋梯形螺纹， ， ，整体螺母。30154.1.3 耐磨性计算(1) 取 =1.7(2) 计算 d2由公式 2-9 得：mm4.32018./8.02 pFd由计算出的 d2 查手册 GB/T5796.31986 确定螺纹的标准值为：外螺纹大径：d=48mm螺距：P=8mm牙顶间隙：ac =0.5mm基本牙型高度:H1=0.5P=4mm外螺纹牙高：h3= H1+ ac =4.5mm内螺纹牙高：H4= H1+ ac=4.5mm牙顶高：Z=0.25P=2mm外螺纹中径：d2=d-2Z=48-4=44mm内螺纹中径：D2=d-2Z=48-4=44mm外螺纹小径：d3=d-2h3=39mm内螺纹小径：D1=d-2H=40mm内螺纹大径：D4=d+2ac=49mm牙根部宽度：b=0.65P=5.2mm15图 3-2 螺纹(3) 计算螺母高 Hmm，取 H=75mm8.74.12d(4) 计算旋合圈数 z圈 3.9/5/Pz(5) 校核螺纹副自锁性由于系弹头螺纹，导程 S=P=8mm由公式上述得：由表 2-5 查得 fv=0.09，v=arctan0.09=5.14 ，v，满足自锁条件。4.1.4 校核计算（1）螺杆强度计算计算驱动转矩mm*3410).51.3tan(20)tan(2/1 NfFdTv (1) 由手册查的螺杆许用应力Mpas72可取 Mpa10(2) padTFca 9.6)32.041(3914.)2.(3)4( 22合格（2）验证螺杆的稳定性(a) 计算柔度 ih/螺杆一端固定，一端自由，长度系数 =2,因 mm；螺杆危险截面惯性半径20hmm。75.94/3/di16千斤顶螺杆上部安装手柄处的高：h1=（1.82 ）d=86.496mm取 h1 = 90 mm，故螺杆最大工作长度 l=200+90=290mm= = =59.5Cih75.920(b) 计算临界载荷113503.19mm6431./43dI4因为 ，因此5.9NhEIFC 36874)290(19.51.3)(22 合格.6./6874/ Sc（3）校核螺纹牙强度由于螺母材料 ZCuSn10P1，查表 2-3 得：许用弯曲应力： ，取 50MpaMpabp604许用剪应力： ，取 35Mpa3因螺母材料强度低于螺杆，故只检验螺母螺纹强度即可由前面查手册可知牙根宽度：b=5.2mm基本牙型高：H1=4mm带入 2-11 和 2-12 公式中，得：螺母的弯曲强： bpbMazDFH7.308.925.4103241螺母的剪切强度：p.1.44.2 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用灰铸铁（HT100） 。（2）斜度：带 1:15 的斜度。4.2.2 底座尺寸确定17已知外螺纹大径为 d=48mm有：D2=1.5dD3=1.4D2D4=1.4D5m10D5 由结构确定（斜度为 1:15）所以通过梯形计算：D5=134mm依次得出：D4=187mmS=（ 1.52） =1520，取 16mm综合考虑各尺寸关系，取总高为 206mm4.3 手柄的设计计算4.3.1 手柄的材料选择材料：45 钢4.4.2 手柄的尺寸确定手柄的长度 ：l=350(1)手柄上的工作转矩为： 20232)tan(1dDfdFLTcvH式中，T1、T2 分别为螺纹副摩擦力矩寄托呗与接触面摩擦力矩（N.mm ）;fc=0.15为托杯与支撑面的摩擦系数；0 为托杯底座与支撑接触部分外径，由经验公式0=（ 1.61.8）d 确定，取 100mm；为托杯底座与支撑面接触部分内径，取070mm，F 为手作用在手柄上的力，如一人连续工作，手作用力通常取0dFH=150300N，由表 3-1 取 FH=250N；LH 为手柄有效长度。故 23851.032)4.513tan(41025HL得 LH=963.4mm，由于手柄长度不能超过千斤顶，取 LH=350mm，使用时可以加上套筒。(2)手柄的直径: d1= 6手柄的材料 45 钢，s=360Mpa ，许用弯曲应力 b= 237178Mpa,取b=230Mpa。18b2KHd3LFWHb因此， ，取 26mm8.50(3)端部倒角：C=24.4 托杯的设计计算4.4.1 托杯的材料选择材料：铸铜（ZG230-450）4.4.2 托杯的尺寸确定关系式：D=（1.61.8 ）dD1=（0.60.8 ）dh=（0.81 ） DD=（1.61.8 ）x 48=76.886.4 取 D=79mmD1=(1.60.8) x 48=28.838.4 取 D1=38mm(1)托杯的高度 h：h=（0.81 ） x 80 取：h=70mm(2)托杯的内径: 外径 110 厚度 10mm4.5 千斤顶的效率计算托杯与螺杆顶部为滑动推力轴承，效率为 0.95 时%3.7)14.53tan(9.0)tan(0.95因系手动千斤顶，故螺杆的强度及横向振动不予验算。19第五章基于 Pro/E 的三维设计及仿真5.1 Pro/E 三维设计软件概述Pro/Engineer 操作软件是美国参数技术公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一体化的三维软件。Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在