剪式千斤頂設(shè)計

摘要：汽車千斤頂是汽車日常更換輪胎、簡單維護必不可少的重要舉升工具。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人民生活水平的逐步提高，使用汽車的家庭變得越來越多，這就使得千斤頂?shù)男枨罅咳找嬖龆?，而如何簡單方便快捷的給汽車更換輪胎這個問題則需要我們進行進一步的研究。本篇論文中提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、起重重量大且穩(wěn)定的剪式千斤頂設(shè)計方案，本方案對剪式千斤頂技術(shù)進行深入分析研究，其工作原理是：使用者手動搖動螺桿旋轉(zhuǎn)，帶動套筒和舉臂升降，從而達到起重汽車的目的。剪式千斤頂作為一種新型的汽車千斤頂，對此進一步的研究也是不能忽視的。關(guān)鍵詞：千斤頂；汽車；螺旋傳動AbstractThe car jack is an important lifting tool for car daily replacement tires, simple maintenance essential. With the rapid development of China's economy, the gradual improvement of people's living standards, the use of car families become more and more, which makes the increasing demand for jacks, and how simple and convenient to replace the car tire problem We carry out further research. In this paper, a simple, heavy-weight and stable shear jack design scheme is proposed. The working principle of the scissor jack technology is as follows: the user manually shakes the screw rotation and drives the sleeve Tube and lift arm lift, so as to achieve the purpose of lifting a car. Scissor jack as a new type of car jack, this further study can not be ignored.Keywords:jack,car, Screw drive目 錄AbstractIV目錄V第一章緒論11.1 引言11.2 千斤頂?shù)陌l(fā)展概況11.3 Solidwork軟件的介紹21.4 課題研究的意義及目的3第二章剪式千斤頂?shù)脑O(shè)計42.1 剪式千斤頂?shù)脑O(shè)計要求42.2剪式千斤頂?shù)脑O(shè)計概述4剪式千斤頂與其他類型千斤頂原理的對比4剪式千斤頂與其他類型千斤頂特點的對比72.2.3 剪式千斤頂?shù)脑O(shè)計參數(shù)72.3剪式千斤頂?shù)木唧w設(shè)計82.3.1 螺桿的設(shè)計與計算92.3.2 螺母的設(shè)計與計算192.3.3 承重臺的設(shè)計與計算222.3.4 底座的設(shè)計242.4剪式千斤頂?shù)陌踩瓌t252.4.1 剪式千斤頂?shù)膲毫y試25剪式千斤頂?shù)氖褂迷瓌t25第三章總結(jié)與展望26參考文獻27附圖：2727第一章 緒論1.1 引言隨著現(xiàn)代人們生活水平逐漸提升，汽車的使用變得越來越普及，相應(yīng)的我們不僅對汽車的使用功能要求很高，對汽車上隨車必備的輔助工具的使用功能需要也是越來越高，低價格、高品質(zhì)、使用便捷等等，只有具備更加優(yōu)良性價比的產(chǎn)品才會被廣大使用者所接受。目前市場上已經(jīng)有很多種類型的千斤頂，常見的千斤頂按傳動方式的不同分為機械千斤頂和液壓千斤頂。從原理上來說，液壓千斤頂采用的是帕斯卡原理；機械千斤頂則采用的是機械原理。按動力裝置的不同千斤頂又可以分為電動千斤頂、手動千斤頂和電動手動兩用千斤頂。為了讓消費者覺得千斤頂?shù)母黜椥阅軡M足其使用要求，我們需要從以下方面入手：加工生產(chǎn)成本低，質(zhì)量安全穩(wěn)定，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，省力便捷。1.2 千斤頂?shù)陌l(fā)展概況在過去的國內(nèi)，那時候自行車是國人出門辦事最重要的交通工具，但隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的高速發(fā)展，汽車已逐步進入到了普通居民的生活當中，而汽車千斤頂則是汽車上必不可少的重要輔助工具之一，這也意味著使用者對千斤頂?shù)牟馁|(zhì)、品質(zhì)、外形、方便性以及使用安全穩(wěn)定性等性能提出了更高的要求。現(xiàn)如今，很多廠家經(jīng)過多年的研發(fā)創(chuàng)新、市場調(diào)研，設(shè)計出了一些能夠滿足各種需求的各種類型的千斤頂系列產(chǎn)品，大體可以分為齒條千斤頂、螺旋千斤頂和液壓千斤頂和剪式千斤頂四類。隨著現(xiàn)代人們生活水平逐漸提高，汽車逐漸取代了自動車的交通工具中的領(lǐng)導地位，廣泛走進普通家庭的日常生活中，經(jīng)過很多年不斷地發(fā)展創(chuàng)新，出現(xiàn)了目前最新型的剪式千斤頂，現(xiàn)如今，這種剪式千斤頂?shù)氖褂梅秶浅V泛，可供各種小型汽車進行更換輪胎，簡單維修的基本起重作業(yè)。千斤頂?shù)膶崿F(xiàn)方式也越來越繁多，千斤頂?shù)钠焚|(zhì)、外形、結(jié)構(gòu)、功能以及安全穩(wěn)定性都有了很大程度上地提升和改良。1.3 Solidwork軟件的介紹SolidWorks為達索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負責研發(fā)與銷售機械設(shè)計軟件的視窗產(chǎn)品。達索公司是負責系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務(wù)。該集團提供涵蓋整個產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng)，包括設(shè)計、工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個領(lǐng)域中的最佳軟件系統(tǒng)，著名的CATIAV5就出自該公司之手，目前達索的CAD產(chǎn)品市場占有率居世界前列。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術(shù)副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)，當初的目標是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實體模型設(shè)計系統(tǒng)。從1995年推出第一套SolidWorks三維機械設(shè)計軟件至今至2010年已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由300家經(jīng)銷商在全球140個國家進行銷售與分銷該產(chǎn)品。1997年，Solidworks被法國達索（Dassault Systemes）公司收購，作為達索中端主流市場的主打品牌。SolidWorks的主要模塊包括：（1）零件建模 SolidWorks 提供了無與倫比的、基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁 特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計。通過對特征和草圖的動態(tài)修改，用拖拽的方式實現(xiàn)實時的設(shè)計修改。三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或為管道、電纜、線和管線生成路徑。(2)曲面建模通過帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動可控制的相切操作產(chǎn)生復(fù)雜的曲面?？梢灾庇^地對曲面進行修剪、延伸、倒角和縫合等曲面的操作。（3）鈑金設(shè)計SolidWorks 提供了頂尖的、全相關(guān)的鈑金設(shè)計能力。可以直接使用各種類型的法蘭、薄片等特征，正交切除、角處理以及邊線切口等鈑金操作變得非常容易。用戶化SolidWorks 的API為用戶提供了自由的、開放的、功能完整的開發(fā)工具。開發(fā)工具包括Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)、Visual C+，以及其他支持OLE的開發(fā)程序。（4）特征識別FeatureWorks是第一個為CAD用戶設(shè)計的特征識別軟件。與其它CAD系統(tǒng)共享三維模型，充分利用原有的設(shè)計數(shù)據(jù)，更快將向SolidWorks系統(tǒng)過渡，這就是特征識別軟件FeatureWorks所帶來的好處。FeatureWorks同SolidWorks 完全集成。當引入其它CAD軟件的三維模型時，F(xiàn)eatureWorks能夠重新生成新的模型，引進新的設(shè)計思路。FeatureWorks對靜態(tài)的轉(zhuǎn)換文件進行智能化處理，獲取有用的信息，減少了重建模型所化的時間。FeatureWorks最適合識別帶有長方形、圓錐形、圓柱形的零件和鈑金零件。FeatureWorks提供了嶄新的靈活功能，包括在任何時間按任意順序交互式操作以及自動進行特征識別。FeatureWorks 提供了在新的特征樹內(nèi)進行再識別和組合多個特征的能力，新增功能還包含識別拔模特征和筋特征的能力。1.4 課題研究的意義及目的從目前全球市場需求布局來看，歐、美地區(qū)成為款式新、小巧、質(zhì)量好、環(huán)保的千斤頂?shù)闹饕N售市場；中東、非洲地區(qū)主要選擇老款式、簡單實用價格便宜的千斤頂；還有以俄羅斯為代表的高寒國家則更喜歡能耐寒，機械結(jié)構(gòu)牢固的千斤頂以適應(yīng)當?shù)氐牡乩須夂驐l件；日韓則主要關(guān)注產(chǎn)品的品質(zhì)與安全；國內(nèi)消費市場和非洲差不多能將汽車頂起來就行。目前千斤頂?shù)恼w狀況還是比較良好，已由原來單一的頂升功能，不注重外觀，逐漸演變成為汽車頂升裝置的藝術(shù)品，以外觀精美結(jié)構(gòu)巧妙，操作省力等特點成為新的發(fā)展方向。為進一步適應(yīng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)如今市場上還出現(xiàn)了電動千斤頂。第二章 剪式千斤頂?shù)脑O(shè)計現(xiàn)有市場上常見的千斤頂基本上都是液壓式的千斤頂，其基本傳動方式為液壓式，液壓式千斤頂?shù)娜秉c非常明顯，主要有以下幾個方面：容易漏油，工作的穩(wěn)定性差，生產(chǎn)加工工藝復(fù)雜，故障率高等等，而本設(shè)計中的剪式千斤頂采用純機械式結(jié)構(gòu)，其傳動方式為機械傳動，兩種千斤頂?shù)墓ぷ髟斫厝徊煌?，兩者結(jié)構(gòu)不同、實現(xiàn)方式不同，使用方法也不相同。本篇論文中的剪式千斤頂設(shè)計運用了巧妙的機械傳動結(jié)構(gòu)，它通過螺桿和螺母調(diào)節(jié)上下支撐臂來進行提升和下降高度，使得承重臺做垂直升降運動，而底座始終保持靜止。我們在現(xiàn)有的剪式千斤頂理論基礎(chǔ)上改良結(jié)構(gòu)和使用方法，使得本次設(shè)計的剪式千斤頂更加優(yōu)化，綜合材質(zhì)的選擇、結(jié)構(gòu)的簡化，讓消費者更加便捷省力的使用該千斤頂，這是本篇論文剪式千斤頂?shù)脑O(shè)計初衷。2.1剪式千斤頂?shù)脑O(shè)計要求（1）本設(shè)計中的剪式千斤頂主要用于為小型汽車更換輪胎、簡單維修等起重作業(yè)。（2）本設(shè)計之前綜合考慮，該剪式千斤頂應(yīng)該具有以下功能：最大起重重量：1.8T；產(chǎn)品加工生產(chǎn)成本低，質(zhì)量安全穩(wěn)定，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，省力便捷；（3）本設(shè)計從螺桿的設(shè)計與計算、螺母的設(shè)計與計算、承重臺的設(shè)計與計算、搖動手柄的設(shè)計、底座的設(shè)計等方面著手進行詳細的設(shè)計分析及計算闡述。2.2 剪式千斤頂?shù)脑O(shè)計概述剪式千斤頂與其他類型千斤頂原理的對比（1）液壓式千斤頂?shù)墓ぷ髟硪簤菏角Ы镯數(shù)墓ぷ鞣绞绞腔谂了箍ㄒ簤涸韺崿F(xiàn)的，也就是說，液壓千斤頂內(nèi)部的油液各處的壓強是一樣大的，于是在這個平衡的液壓系統(tǒng)中，當我們在較小的活塞上面施加一個較小的壓力，為了能夠保持缸體內(nèi)部油液的相對靜止，相應(yīng)的在較大的活塞上面得到的壓力也就比較大，因此通過油液的傳遞，可以得到不同端面上的不同的壓力，這樣就可以達到一個壓力變換輸出的目的。我們通常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來實現(xiàn)作用力的放大和傳遞動作的。液壓千斤頂按其結(jié)構(gòu)、用途分為如下兩種： 立式螺紋連接結(jié)構(gòu)液壓千斤頂，其代號表征字母為qyl；臥式液壓千斤頂，其代號表征字母為qw。液壓千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)主要由以下部分組成：油室、油泵、儲油腔、活塞和搖把等，當我們使用該液壓千斤頂時，用千斤頂專用的手動搖把驅(qū)動油壓泵，從而將油液壓進油室，推動活塞上升或下降，最終實現(xiàn)頂起或下落物體的目的。在專業(yè)汽車維修領(lǐng)域，（qw）臥式液壓千斤頂使用的最為廣泛，它是一種內(nèi)回液雙作用的液壓機構(gòu)。這種千斤頂工作效率高，使用和搬運也比較方便。立式螺紋連接結(jié)構(gòu)液壓千斤頂臥式液壓千斤頂圖1 兩種常見液壓式千斤頂實物圖（2）剪式千斤頂?shù)墓ぷ髟砬Ы镯敺譃闄C械式千斤頂和液壓式千斤頂兩種，工作原理各有不同。機械式千斤頂主要可以分為齒條式千斤頂、螺旋式千斤頂和剪式千斤頂三大類。剪式千斤頂，因其結(jié)構(gòu)外形猶如一把剪刀，因此被大家被稱之為剪式千斤頂。剪式千斤頂作為一種起重設(shè)備，主要用于小型普通汽車的頂起，比如轎車，小型SUV等。常見的剪式千斤頂規(guī)格有1T（噸）、1.5T（噸）、2T（噸）、3T（噸）等等。剪式千斤頂通常又叫做支架千斤頂，它結(jié)構(gòu)輕便且使用起來方便，是國內(nèi)各大汽車工廠的隨車產(chǎn)品。剪式千斤頂?shù)墓ぷ髟硎腔诘妊切蔚膬蓚€腰部長度不變，通過縮短底邊的長度來提升豎直高度的幾何原理而設(shè)計生產(chǎn)出來的產(chǎn)品。它通過螺桿和螺母之間配合螺旋傳動來調(diào)節(jié)上下兩個等腰三角形的底邊長度來實現(xiàn)整個剪式千斤頂提升和下降的高度。舉個日常生活中常見的工具扶梯的例子，當我們使用工具扶梯時，將工具扶梯放開，扶梯的兩個支撐臂之間的夾角很小的時候扶梯的豎直高度就很高，同理當兩個支撐臂之間的夾角很大的時候扶梯的豎直高度就很矮。剪式千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)主要由以下部分組成：底座、一組上支撐臂、一組下支撐臂、螺桿、螺母、承重臺、搖動手柄、銷軸等；上支撐臂和下支撐臂均為金屬板材折彎加工而成，上支撐臂的橫截面與下支撐臂在齒部及其附近部分的橫截面是一邊開口的矩形，開口兩邊的金屬板材向內(nèi)折彎。上支撐臂和下支撐臂上的齒形是由開口兩邊折彎的金屬板材上加工而成，寬度大于金屬板材厚度。圖2 剪式千斤頂三維設(shè)計圖剪式千斤頂與其他類型千斤頂特點的對比剪式千斤頂?shù)膬?yōu)點：（1）.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡潔易折疊收納；（2）.起重高度小，起重重量大；（3）.外形美觀，安全可靠，使用方便，性價比高液壓式千斤頂?shù)娜秉c：（1)液壓千斤頂?shù)囊簤合到y(tǒng)常常伴隨著漏油的問題，一旦系統(tǒng)漏油這就影響千斤頂運動的平穩(wěn)性，使得液壓千斤頂?shù)膫鲃硬荒鼙ＷC嚴格的傳動比。(2)液壓千斤頂由于采用的是液壓傳動，而油液對溫度的變化又比較敏感，溫度變化時，油液粘性變化，引起運動性質(zhì)變化，使得千斤頂?shù)氖褂梅€(wěn)定性受到影響，所以液壓千斤頂不合適在溫度變化很大的工作環(huán)境條件下使用。(3)我們?yōu)榱藴p少液壓千斤頂油液的泄漏，并且為了滿足其性能上的基本要求，液壓元件的加工配合件加工精度要求相對剪式千斤頂更高，生產(chǎn)工藝相對剪式千斤頂更為復(fù)雜。(4)液壓千斤頂液壓系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，非專業(yè)人員不容易檢查和排除問題。剪式千斤頂?shù)脑O(shè)計參數(shù)產(chǎn)品類別：剪式千斤頂材質(zhì)：合金鋼重量：2.1kG規(guī)格(MM)：L170×W68×H400（展開時）螺桿長度：400mm最大舉升范圍：290mm最大承載力：18000N搖動手柄操作力：180N2.3 剪式千斤頂?shù)木唧w設(shè)計剪式千斤頂主要從四個方面進行具體設(shè)計：包括螺桿的設(shè)計與計算、螺母的設(shè)計與計算、承重臺的設(shè)計與計算、底座的設(shè)計。（1） 螺桿的設(shè)計與計算依照我們現(xiàn)有的普通機械千斤頂?shù)穆輻U結(jié)構(gòu)形式，本篇論文中的千斤頂螺桿設(shè)計依然采用的是梯型螺紋的螺桿。作為常見螺桿結(jié)構(gòu)的一種，梯型螺紋的螺桿相對于其它牙型的螺紋具有工藝性好、牙根強度高、對中性好的特點，該螺桿的材質(zhì)選用普通碳鋼45鋼加表面發(fā)黑的處理方式。（2）螺母的設(shè)計與計算由于我們使用剪式千斤頂?shù)臅r候是通過螺桿和螺母的螺旋傳動，上提整個支撐臂運動從而達到將物體舉升的目的，所以我們需要對螺母螺紋牙的強度進行計算校核，判斷其在工作過程中保持穩(wěn)定的條件。（3）承重臺的設(shè)計與計算該承重臺安裝于整個剪式千斤頂?shù)捻敹松?，將兩根上支撐臂和兩根頂部銷軸連接起來，它的作用在于當我們用手搖動手柄時，螺桿和螺母在螺旋傳動的作用下轉(zhuǎn)動到限位套與左右螺母相接觸的時候，此時承重臺已經(jīng)達到最高點，且將物體舉升起來離開地面，我們需要對承重臺與物體之間的接觸面的壓力強度進行計算校核，判斷其在使用過程中能否保證安全。（4）底座的設(shè)計底座支撐著整個剪式千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，它將兩根下支撐臂和兩根底部銷軸連接起來，我們需要考慮其尺寸、質(zhì)量、材質(zhì)的強度等等因素，既要讓它的結(jié)構(gòu)輕便，尺寸合適，也要讓其使用起來安全系數(shù)高，并結(jié)合人機工程學的基本原理，讓整個剪式千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)使用起來更加人性化合理化。螺桿的設(shè)計與計算本設(shè)計中整個剪式千斤頂?shù)呐e升和下降的動力來源是通過螺桿與螺母的螺旋傳動來實現(xiàn)的，而螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它將螺桿的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)槁菽傅闹本€運動，并且傳遞了動力。螺旋傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動均勻、精確平穩(wěn)、易于自鎖等優(yōu)點，在機械行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。（1）螺桿與螺母螺旋傳動方式本設(shè)計中的螺旋傳動運動方式和我們?nèi)粘３Ｒ姷慕z桿傳動方式基本一致，它通過轉(zhuǎn)動螺桿，使得螺母做直線運動，這種螺旋傳動運動方式占用空間小，易于自鎖、通常使用長行程螺桿。螺桿兩端的左螺母和右螺母使得整個傳動結(jié)構(gòu)更加精確穩(wěn)定。 (d)圖2.1 螺旋傳動方式該螺旋傳動方式以傳遞動力為主，通過螺桿的轉(zhuǎn)動直接帶動左右兩個螺母的直線移動，而千斤頂?shù)纳现伪酆拖轮伪凼峭ㄟ^左右兩個螺母連接起來的，因此左右螺母的直線移動便使的動力傳遞給了上下支撐臂，從而實現(xiàn)整個千斤頂?shù)呐e升和下降。本設(shè)計中的螺旋傳動要求以較小的轉(zhuǎn)動力矩產(chǎn)生較大的軸向推動力，且一般為間歇性運動，工作速度相對較低，通常要求具有自鎖功能。本設(shè)計中的剪式千斤頂就是運用了傳力螺旋這種螺旋傳動運動方式。（2）螺桿與螺母螺旋傳動的結(jié)構(gòu)按螺旋傳動的結(jié)構(gòu)不同，可分為滾動螺旋傳動、靜壓螺旋傳動和滑動螺旋傳動三種滾動螺旋傳動的優(yōu)點是運動阻力小，傳動效率高；轉(zhuǎn)動穩(wěn)定，定位精度高；缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)加工成本高；抗沖擊能力差。通常應(yīng)用于機床、汽車、拖拉機、航空軍工等制造業(yè)。靜壓螺旋傳動的特點是螺桿與螺母被油膜隔開，不直接接觸。其優(yōu)點是具有摩擦阻力小，傳動效率高；定位精度高，軸向剛力大；磨損小，壽命長等方面。其缺點為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且需要一套壓力穩(wěn)定的供油系統(tǒng)。通常應(yīng)用于精密機床的進給、分度機構(gòu)的傳動螺旋?；瑒勇菪齻鲃悠涮攸c是結(jié)構(gòu)簡單緊湊，生產(chǎn)加工方便，成本低廉;且容易實現(xiàn)自鎖功能。缺點在于低速運動時摩擦阻力大，傳動效率低;滑動螺旋傳動的螺紋通常有側(cè)向間隙，反向轉(zhuǎn)動時有空行程；磨損較大。圖 矩形螺紋滑動螺旋傳動，按牙型的不同可分為矩形螺紋，梯形螺紋，鋸齒型螺紋。矩形螺紋牙型為正方形，牙型角其傳動效率比其他螺紋要高，但牙根強度低，螺旋副磨損后，間隙難修復(fù)和補償，傳動精度降低。圖 梯形螺紋梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙型角。內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動。與矩形螺紋相比，傳動效率略低，但工藝性好，牙根強度高、對中性好。如用剖分螺母，還可以調(diào)整傳動間隙。圖 鋸齒型螺紋鋸齒型螺紋為不等腰梯形螺紋，工作面的牙側(cè)角為，非工作面的牙側(cè)角為。外螺紋旋合后，大徑處無間隙，便于對中。這種螺紋兼有矩形螺紋傳動效率高、梯形螺紋牙根強度高的特點，但只能用于單向螺紋連接或螺旋傳動中。 本設(shè)計中剪式千斤頂螺旋傳動運動方式采用梯形螺紋傳動方式。（3）剪式千斤頂?shù)氖芰Ψ治鲆阎羰角Ы镯旐斏淖畲蟪休d力F=18000N,承重臺升降最小高度為110mm，最大高度為400mm,即最大舉升高度范圍為400-110=290mm. 升降尺寸示意圖如下所示：圖2.2 剪式千斤頂升降尺寸示意圖在設(shè)計計算螺桿之前，我們需要對剪式千斤頂?shù)恼麄€機構(gòu)的受力做一個系統(tǒng)的分析計算，由圖2.2中簡化的剪式千斤頂受力分析示意圖可以得到，C點相當于承重臺，被舉升物給支撐點C施加了一個重力G，兩個上支撐臂受到舉升物重力的作用產(chǎn)生了兩個壓力，分別是T1和T2，相應(yīng)的根據(jù)作用力與反作用的關(guān)系，兩個上支撐臂對支撐點C也形成了兩個反作用力為T1和T2，反作用力T1和T2與重力G互相達到力的平衡。與此同時當螺桿隨著使用者的連續(xù)轉(zhuǎn)動，上支撐臂受到左螺母向左運動作用產(chǎn)生了一個壓力T3，同理下支撐臂受到左螺母向左運動作用產(chǎn)生了一個壓力T4，同樣依據(jù)作用力與反作用的關(guān)系，上支撐臂和下支撐臂對左螺母也形成了兩個反作用力T3和T4，左螺母在轉(zhuǎn)動過程中也受到了一個水平拉力載荷F，因此反作用力T3和T4與拉力F也形成了力的平衡。圖2.2 剪式千斤頂受力分析示意圖我們可以根據(jù)理論力學的知識分析計算整個剪式千斤頂?shù)氖芰η闆r，其中為螺桿與下支撐臂的夾角（0°90°），得到計算關(guān)系式：T=T1=T2=T3=T4=T1=T2=T3=T4式中，T -上支撐臂受到的壓力，N； F-螺桿受到的拉力，N。由關(guān)系式可知：當重力G大小一定時，上支撐臂受到的壓力T隨著的增大而減小，螺桿受到的拉力F也隨著的增大而減小。我們在設(shè)計計算的時候，取螺桿與下支撐臂的夾角為70°，以這個角度設(shè)計計算的上下支撐臂、螺桿和銷軸的橫截面的尺寸比較合適。然而在實際操作剪式千斤頂?shù)臅r候，它的最初舉升位置是在夾角為40°的時候開始承重的，從上面的計算關(guān)系式可以看出，隨著將重物頂升的過程中夾角會逐漸增大，作用于千斤頂上各個構(gòu)件的作用力也逐漸減小，使用者的搖動手柄操作力也在逐漸減小。已知本設(shè)計中剪式千斤頂?shù)淖畲蟪休d力為18000N，考慮到使用剪式千斤頂?shù)陌踩院涂煽啃?，這里我們增加區(qū)域安全系數(shù)K，通常K的范圍在1.11.3之間，我們這里取K=1.2重力載荷G=18000×1.2=21600N支撐臂壓力T=21600/（2sin 70°）=11493N螺桿拉力F=21600/tan 70°=7862N（4）螺桿的設(shè)計計算根據(jù)前面對螺桿和螺母螺旋傳動方式和結(jié)構(gòu)的分析，本設(shè)計中的螺桿選用梯形螺紋傳動方式，基本牙型按GB/T5796.1-2005的規(guī)定。由于本設(shè)計中剪式千斤頂?shù)穆輻U是通過人工手動轉(zhuǎn)動的，所以轉(zhuǎn)速較低，且螺桿單個作用面的受力并不算大，常見的螺桿材料有Q235，Q275，40鋼，45鋼，55鋼等，這里螺桿的材料選用普通碳鋼45鋼加表面發(fā)黑的處理方式。由機械設(shè)計手冊查到45鋼的屈服強度=360Mpa；為了增強螺桿的耐磨性，左右兩個螺母選用相對較軟的材料錫青銅，由圖2.3可知當45鋼對青銅低速螺旋轉(zhuǎn)動時，對手動驅(qū)動p應(yīng)該提高20%，即p=，我們?nèi)=25MPa。本設(shè)計中的左右螺母為整體螺母，且長期磨損后不能調(diào)整其間隙，我們這里認為螺母的受力是均勻的，所以螺紋工作圈數(shù)不宜過多，通常，這里取。按耐磨性公式計算確定螺桿的中徑d2,求出d2后，再按標準計算公式計算出相應(yīng)的公稱直徑d，螺距p及其他關(guān)鍵尺寸。已知螺桿受到的拉力F為7862N，對于梯形螺紋，h=0.5p,取，則計算d2=10.03mm我們這里取螺桿的中徑d2=11mm，查GB/T57963-1986，查得螺桿的標準公稱直徑d=12mm 。由公式d2=d-H=d-0.5p可以得到P=2mm，D4=12.5mm，d3=9.5mm，D1=10mm。計算得到螺母高度:計算得到螺旋圈數(shù):=11圖2.3 滑動螺旋傳動的許用壓強（5）螺桿螺旋傳動自鎖性驗證當使用剪式千斤頂時，螺桿的螺旋傳動可以看作是繞在圓柱體的一個斜面，我們將其展開，這個斜面的傾斜角就是螺紋升角，螺桿相當于放在一個傾斜面的物體，而千斤頂所舉升的物體是加在螺桿上的軸向負載，這個軸向負載相當于放在傾斜面上的物體，要使得螺桿的螺紋在物體的重壓之下不會自動下旋，也就是說要使物體不會沿著傾斜面自動下滑，即需要讓物體在傾斜面上實現(xiàn)自鎖功能，我們必須讓螺紋升角小于等于螺桿與螺紋槽之間的摩擦角，即自鎖條件是：式中：為螺紋升角； 為當量摩擦系數(shù)。（，式中為螺紋工作面的牙型斜角）；為當量摩擦角（為保證螺桿能夠自鎖，螺紋升角至少要比當量摩擦角小10.）根據(jù)圖2.4 可得（計算時取用最大值）圖2.4 螺旋傳動螺旋副的當量摩擦系數(shù)fV（定期潤滑）計算可以得到：=且=3.31°-1°=4.91°經(jīng)過計算不難發(fā)現(xiàn)本設(shè)計中的螺桿可以保證其自鎖性。（6）螺桿的強度計算校核本設(shè)計中的螺桿受到的軸向負載較大，因此需要對螺桿進行強度計算校核。螺桿工作的時候承受軸向負載F及轉(zhuǎn)矩T的作用，螺桿危險截面上既有壓縮應(yīng)力，又有切應(yīng)力。所以校核螺桿強度時，應(yīng)根據(jù)第四強度理論求出螺桿危險截面的計算應(yīng)力，強度校核公式為：式中: F-螺桿所受的軸向負載，N；A-螺桿危險截面的面積；,；-螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù),；d3-螺桿的小徑（mm）；-螺桿材料的許用應(yīng)力（Mpa）；T-螺桿所受轉(zhuǎn)矩（N.mm）；其中扭矩式中：為螺紋升角；為當量摩擦角。查機械設(shè)計手冊GBT6991999,得到45鋼的屈服強度，表2.1 滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力項目許用應(yīng)力/Mpa螺桿, 為材料的屈服極限/Mpa螺母材料許用彎曲應(yīng)力許用切應(yīng)力青銅40-6030-40耐磨鑄鐵50-6040鑄鐵45-5540鋼（1.0-1.2）0.6注：靜載荷許用應(yīng)力取大值。根據(jù)表2.1可得螺桿螺旋副的安全系數(shù)范圍在35之間，我們這里取3；計算得到：故有：通過以上計算可以得到，本設(shè)計中的螺桿的強度校核滿足使用要求。（7）螺桿的穩(wěn)定性校核由圖2.5可得螺桿的長度系數(shù)=2；螺桿的最大受力長度L由最大舉升高度范圍、螺母高H、鉸支頭高及螺桿軸向預(yù)留余量決定，其中l(wèi)2=1.5d2。圖2.5 螺桿長度系數(shù)的選擇因此，通過計算可以得到螺桿的工作長度螺桿的危險截面慣性半徑計算螺桿的柔度已知螺桿的材料為45鋼，而鋼材的彈性模量E=2.06e11Pa=206GPa；S為螺桿的穩(wěn)定性安全系數(shù)，對于傳力螺旋取S=3.55；對于傳導螺旋取S=2.54；對于精密螺桿或水平螺桿取S>4。計算得到螺桿的危險截面的慣性矩故有：通過以上計算可以得到，本設(shè)計中的螺桿的穩(wěn)定性滿足使用要求。2.3.2 螺母的設(shè)計與計算由于我們使用剪式千斤頂?shù)臅r候是通過螺桿和螺母的螺旋傳動，上提整個支撐臂運動從而達到將物體舉升的目的，所以我們需要對螺母螺紋牙的強度進行計算校核，判斷其在工作過程中保持穩(wěn)定的條件。根據(jù)上面螺桿的分析計算，且我們知道在螺旋傳動中螺紋牙多收到剪切力和擠壓力的沖擊，因此螺母的材料強度設(shè)計的時候要低于螺桿的材料；我們這里選螺母的材料為錫青銅。（1）螺母的尺寸計算通過上面的計算我們已經(jīng)得到：螺母高度:螺旋圈數(shù):=11考慮到螺紋加工退刀槽的影響，實際螺紋圈數(shù)N=n+1.5=12.5(N應(yīng)取整)，通常螺紋圈數(shù)越多載荷分布越不均勻，因此N不宜取太大，我們這里N取13。因此螺母的實際高度H=NP=13×2=26mm螺母的懸置部分受到拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，為了方便計算，將F增大30%，按拉伸強度計算得到：=式中，為螺母材料的許用拉伸應(yīng)力，可取=0.83b，由表2.2可取b=50Mpa，因此=0.83b=41.5Mpa。計算得到：我們?nèi)3=20mm。也就是右螺母的直徑為20mm。（2）螺母螺紋牙的強度計算校核項 目許用應(yīng)力/ MPa鋼制螺桿=S/35 S為材料的屈服極限/ MPa螺 母材料許用彎曲應(yīng)力b許用剪切應(yīng)力青銅40603040耐磨鑄鐵506040鑄鐵455540鋼（1.01.2）0.6注：靜載荷許用應(yīng)力取大值。表2.2 滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力由于螺母的材料為錫青銅，材料強度較低，所以只需要對螺母的螺紋強度進行校核計算；由表2.2查得本設(shè)計中的螺母螺紋牙許用彎曲應(yīng)力；許用剪切應(yīng)力；計算可得：梯形螺紋牙根寬度b=0.65p=0.65×2=1.3mm；梯形螺紋牙工作高度h=0.5p=0.5×2=1mm；螺紋牙危險截面的彎曲強度計算：；滿足設(shè)計使用要求；螺紋牙危險截面的剪切強度計算：；滿足設(shè)計使用要求；式中：螺母螺紋的大徑，mm.N螺母螺紋的實際圈數(shù)。2.3.3承重臺的設(shè)計與計算該承重臺安裝于整個剪式千斤頂?shù)捻敹松?，將兩根上支撐臂和兩根頂部銷軸連接起來，它的作用在于當我們用手搖動手柄時，螺桿和螺母在螺旋傳動的作用下轉(zhuǎn)動到限位套與左右螺母相接觸的時候，此時承重臺已經(jīng)達到最高點，且將物體舉升起來離開地面。總的來說承重臺的作用就是承托重物，其材料可以用鑄鐵，可以用Q235鍛造而成，但本設(shè)計中的剪式千斤頂要求結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，省力便捷，因此這里承重臺的材料選用45鋼板折彎而成。我們需要對承重臺與物體之間的接觸面的壓力強度進行校核，判斷其在使用過程中能否保證安全。（1）承重臺接觸面的壓力強度計算式中：p承重臺材料的許用壓強，MPa；由機械設(shè)計手冊查到45鋼的屈服強度=360Mpa；且根據(jù)承重臺三維設(shè)計圖可以測量出承重臺與重物的接觸面積S為780mm2；故（2）承重臺的有限元分析我們這里對承重臺進行應(yīng)力和變形量的分析，判斷其結(jié)構(gòu)的可行性和可靠性。將剪式千斤頂中其中無關(guān)零件剔除，只對承重臺進行有限元分析。下圖為承重臺的應(yīng)力分布圖，從圖中可以看到應(yīng)力最大值位于承重臺鈑金折彎的拐角處和尖角處，我們在生產(chǎn)制造承重臺時需要特別注意。承重臺的材質(zhì)選用普通碳鋼45鋼，在常溫條件下，屈服強度355MPa。從應(yīng)力分布圖中可以看到承重臺收到壓應(yīng)力最大值為138491494Pa138.49MPa<355MPa。同理我們從承重臺的整體變形量分布圖中可以看到變形量最大值為3.943e-1mm， 通過上面的壓力強度計算和有限元分析，說明承重臺的強度滿足設(shè)計使用要求。應(yīng)力分布圖整體變形量分布圖2.3.4底座的設(shè)計底座支撐著整個剪式千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，它將兩根下支撐臂和兩根底部銷軸連接起來，我們需要考慮其尺寸、質(zhì)量、材質(zhì)的強度等等因素，既要讓它的結(jié)構(gòu)輕便，尺寸合適，也要讓其使用起來安全系數(shù)高，并結(jié)合人機工程學的基本原理，讓整個剪式千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)使用起來更加人性化合理化。底座的材質(zhì)選用普通碳鋼45鋼板沖壓而成，鋼板厚度2.0mm。為了增強底座的穩(wěn)定性，底座底部的尺寸設(shè)計的要大一些，且外形加工成一個30°的斜坡面，底座結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖2.6所示：圖2.6底座結(jié)構(gòu)尺寸圖2.4 剪式千斤頂?shù)陌踩瓌t剪式千斤頂?shù)膲毫y試（1）100%動載測試（function check ）做動載測試時需要我們在剪式千斤頂上壓額定的標稱重量，把千斤頂從最低升到最高，在這過程中檢查千斤頂有無變形或者頂不起的情況（若產(chǎn)品有說明書則可按照書明書的操作步驟來做,剪式千斤頂在打100%動載過程中說明書上標示不同的高度千斤頂上的壓的重量不一樣,并不是從最低到最高都是壓額定的標稱重量)。（2）100%靜載測試 ( static loading check )將剪式千斤頂打到最高位置，在千斤頂上壓額定的標稱重量，靜止狀態(tài)通常壓1小時（可延長），模擬實際使用千斤頂時的結(jié)構(gòu)或者材料的強度。（3）靜過載測試/破壞性測試( overload check )將剪式千斤頂打到最高位置和中間位置(隨機選取5個位置)，在千斤頂上壓150%額定的標稱重量，靜止狀態(tài)通常壓10分鐘（可延長），檢查千斤頂有無變形或壓垮。2.4.2剪式千斤頂?shù)氖褂迷瓌t1.使用剪式千斤頂時不允許超負荷使用，以免發(fā)生人身安全事故或設(shè)備故障問題。2.在使用剪式千斤頂前，應(yīng)檢查各部件是否運動可靠，有無損壞，承重臺、底座、螺桿是否變形，上下支撐臂是否完好等。3.剪式千斤頂工作時，要將其放在堅實平整的地面上，盡可能在其下面墊枕木、木板或鋼板來擴大受壓面積，防止塌陷。4.剪式千斤頂使用時放置的位置要擺正，頂升時，手動轉(zhuǎn)動螺桿用力要均勻；卸載時，要檢查重物是否已經(jīng)支撐牢固。5.幾臺剪式千斤頂同時作業(yè)時，要互相動作一致，保證共同頂升和降落。6.剪式千斤頂，應(yīng)在螺桿螺紋牙上涂上防銹油，減小磨損避免銹蝕。7.剪式千斤頂不允許作永久支承。如需要做長時間支撐時，應(yīng)在重物下面增加另外的支撐物，以保證剪式千斤頂不受損壞。8.剪式千斤頂需要定期進行保養(yǎng)維修。存放時，要將螺紋表面涂以防銹油，把承重臺部分回落至最低位置，并放在干燥處，妥善保存。第三章 總結(jié)與展望自選題后，我就開始積極地查閱相關(guān)資料，為本次的畢業(yè)設(shè)計做準備。本次設(shè)計經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)計算，選擇了最優(yōu)的外形尺寸結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出設(shè)計的最初宗旨，即便攜、省力。 上述工作完成之后，通過計算機AutoCAD和Solidworks軟件的學習運用，對剪式千斤頂?shù)目傮w裝配圖、零件實體圖、零件的二維圖等進行了繪制，在繪制的過程中對千斤頂?shù)难b配又有了進一步的理解，補充并修改了計算部分中的遺漏與錯誤之處。在整個設(shè)計過程中，查閱大量有關(guān)資料，與同學交流，并向老師請教，使自己學到了很多未曾接觸的知識，并對學過的知識加以鞏固。本次設(shè)計，能夠參考的相關(guān)實例少之甚少，整個設(shè)計過程就是創(chuàng)造過程。論文開始階段，毫無頭緒，看著別人忙著寫論文，內(nèi)心百般焦急，卻不知從何開始，于是我嘗試結(jié)合所學知識與相關(guān)書籍，艱難的前進，最終順利完成此項設(shè)計。這其中經(jīng)歷了不少辛勞，但天道酬勤，我迎來的還是豐收的季節(jié)！深知此次的設(shè)計成果并非是最好的，但是設(shè)計過程中我掌握到的知識是我這次畢業(yè)設(shè)計中的最大收獲，而這些收獲將會對我無論是現(xiàn)在還是以后參加工作都會有很大的幫助。由于我的知識范圍有限，本次設(shè)計肯定還有很多不足之處，望老師能夠批評指正，多給一些意見和建議。剪式千斤頂作為每家每戶汽車上必備的一款商品，自其出現(xiàn)以來廣受歡迎。結(jié)合課本知識，我明白了在設(shè)計一款民用機械時首先得確定它的功能用途與特點，然后分析實現(xiàn)功能的原理，再根據(jù)原理進行設(shè)計具體結(jié)構(gòu)樣式，小批量生產(chǎn)測試或投放市場，根據(jù)市場反饋和結(jié)合產(chǎn)品本身優(yōu)勢進一步優(yōu)化產(chǎn)品甚至做出一些創(chuàng)新改良，最終實現(xiàn)大批量生產(chǎn)和銷售，為生活帶來便利。參考文獻1崔政斌 王明明 液壓與氣壓傳動第二版 化學工業(yè)出版社，20102毛恩榮 張紅 宋正河 車輛人機工程學第2版 北京理工大學出版社，20073丁玉蘭 人機工程學第三版 北京理工大學出版社，20104濮良貴 紀名剛 機械設(shè)計第八版 高等教育出版社，20105柴鵬飛 王晨光 機械設(shè)計課程設(shè)計指導書機械工業(yè)出版社，20096吳宗澤 羅圣國 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊第3版 高等教育出版社，20107劉朝儒 吳志軍 高政一 機械制圖第五版 高等教育出版社，20068壓力表系列型號大全 “Y系列一般壓力表”9高英武 高午 辛繼紅 湯興初便攜式千斤頂?shù)难兄?農(nóng)機化研究 2002年11月 第 4期10賀光誼 唐之清畫法幾何及機械制圖 重慶大學出版社，199411鄭文緯 吳克堅機械原理第七版 高等教育出版社，200912鄒家祥主編 現(xiàn)代機械設(shè)計理論與方法 科學出版社，199013洪鐘德主編 簡明機械設(shè)計手冊 同濟大學出版社，200214唐經(jīng)世工程機械中國鐵道出版社 “橡膠履 帶的結(jié)構(gòu)分析及改進措施”。附圖：剪式千斤頂裝配圖