液压千斤顶方案及探究毕业设计论文.doc

液压千斤顶的方案及探究摘 要 液压传动的基本原理是机械能与液压能的相互转换，对实验教学用液压千斤顶进行拆卸测量，通过观察掌握其运动，工作原理，零件图画法和步骤，以及各个零件图设计和计算的工作原理和工作时的工作情况。通过液压千斤顶的工作原理解液压传动的优缺点。用autCAD制图软件对液压千斤顶结构示意图尺寸要求和画法，并进行螺杆的设计任务及要求，直观观察液压千斤顶内部工作原理和用到实际情况。关键词：液压千斤顶；零件装配图；尺寸图要求;任务与计算；螺杆的设计。 目 录第1章 绪论.1第2章 千斤顶的概述. 32.1千斤顶的工作原理. 32.1.1千斤顶原理实验. 32.3千斤顶的分类. 32.3.1按结构划分3种. 32.3.2量具千斤顶. 42.3.3其他分类. 4第3章 千斤顶的设计任务. 53.1毕业设计方案选择. 53.2千斤顶的设计任务要求. 53.2.1设计题目及任务要求. 5第4章 千斤顶的结构设计. 64.1结构设计的意义. 64.2千斤顶的结构. 64.2.1螺旋传动选择. 7 第5章 千斤顶各部件参数的设定及强度校核. 75.1螺母、螺杆的材料及尺寸的选定与校核. 75.1.1螺母、螺杆的材料和许用应力. .75.1.2螺母、螺杆的尺寸设计与校核.85.2底座的设计计算.115.2.1底座材料的选定.125.2.2底座的尺寸确定.125.3手柄的设计计算. 135.3.1手柄的材料选择.135.3.2手柄的尺寸确定.135.4千斤顶的效率计算. 135.5千斤顶其他附件的尺寸设定. 13第6章 计算结论. 14 6.1千斤顶的总体装配图.14 6.2 设计各零件图及画图的具体步骤.14 6·2·1螺母的设计.14 6·2·2起重螺杆的设计.18 6·2·3底座的设计.19 6.3千斤顶的装配图. 20 6.4千斤顶示意图. .21 6.5 千斤顶零件及装配图.21 结束语.（25） 参考文献.27 第1章 绪 论1、目的 千斤顶对于人们来说并不陌生，日常生产实践中经常会遇到这样一些情况，例如：需要将重物如车辆、大型设备、井下轨道等在没有起吊设备的情况下移动或抬起它们，而仅靠人工操作是非常困难甚至根本无法实现的，这就需要用到千斤顶。由此可见，千斤顶与人们的生活密切相关。此次毕业设计的课题千斤顶设计。是对最普通的螺旋千斤顶进行改造和设计，提高其使用性能，降低生成成本。又称机械式千斤顶，是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按分类来看，所设计的螺旋千斤顶属立式、手动、机械传动型。2、中国千斤顶行业的发展趋势我国千斤顶产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国千斤顶的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高，拉动了千斤顶的需求。进入上世纪九十年代后，我国千斤顶产业进入快速发展期，千斤顶需求的增速远高于全球水平。2000年2004年，我国千斤顶消费量从188万吨增长到447万吨，增加了2.3倍，年平均增长率在27%以上。其中，2001年，我国千斤顶表观消费量达到225万吨，超过美国成为世界第一千斤顶消费大国。同时，千斤顶进口也大幅度增加。1998年，我国千斤顶进口100万吨，由此成为世界上最大的千斤顶进口国。2004年与1998年比，千斤顶进口增长幅度年均达到27.14%。预计2005年，中国千斤顶表观消费量将达到500万吨，进口仍将保持在300万吨左右。伴随着千斤顶市场的快速发展，我国千斤顶产量也结束了长期徘徊的局面，实现了高速增长。我国千斤顶产量从2000年的46万吨增长到2004年的236万吨，年平均增长率在82.6%，占国内市场需求的比重也由2000年的24.47%提高到2004年的52.80%。而同期，世界千斤顶产量则仅以6%左右的速度增长。从九十年代后期起，我国太钢、宝钢以及宝新、张浦等国有和合资企业通过引进和技术改造，先后建成了一系列千斤顶生产线，千斤顶工艺技术装备达到国际先进水平，千斤顶生产初具规模。千斤顶品种结构也发生了积极的变化，千斤顶产品质量迅速提高。特别是国内千斤顶冷轧板增长迅速，2004年，国内冷轧板产量达到200万吨，自给率达到70%以上。从2004年底到2005年底，国内冷轧千斤顶产能将增加约150万吨，基本满足国内市场需求。到2007年，我国将成为千斤顶的净出口国。从总体上看，我国千斤顶正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻转变，千斤顶需求将逐步实现自给。3. 使用原理： 机械千斤顶是手动起重工具种类之一，其结构紧凑，合理的利用摇杆的摆动，使小齿轮转动，经一对圆锥齿轮合运转，带动螺杆旋转，推动升降套筒，从而重物上升或下降。 4. 使用方法： 1.使用前必须检查千斤顶是否正常，各部件是否灵活，加注润滑油，并正确估计重物的重量，选用适当吨位的千斤顶，切忌超载使用。 2.调整摇杆上的撑牙方法，先用手直接按顺时针方向转动摇杆，使升降套筒快速上升顶重物。 3.将手柄插入摇杆孔内，上下往返搬动手柄，重物随之上升。当升降套筒上出现红色警戒线时应该立即停止搬动手柄。如需下降时撑牙调至反方向，重物便开始下降。 第2章 千斤顶的概述2·1千斤顶工作原理  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，液压千斤顶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。螺旋千斤顶采用机械原理，以往复扳动手柄，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。2·2千斤顶的介绍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纹式两种，由于重量小，操作费力。一般只用于机械维修工作，在修桥过程中不适用。液压式千斤顶结构紧凑，工作平稳，有自锁作用，故使用广泛。其缺点是起重高度有限，起升速度慢。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。2·3千斤顶的分类千斤顶是一种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！作为一种传统顶举重物的工具，千斤顶在建筑、铁路、医疗、汽车维修等各领域均得到了广泛的应用。目前，在生产实践中使用着以下各种各样的千斤项:在建筑领域中应用的千斤顶主要有钢绞线千斤顶、松卡式千斤顶、穿心式千斤顶、掩护支架平衡千斤顶、预应力前卡式千斤顶、预应力张拉式千斤顶，窄空间小吨位千斤顶等；在汽车运输维修部门应用的千斤顶有螺旋千斤顶、液压千斤顶、充气千斤顶等；在医疗卫生部门应用的有X线刀机械微调千斤顶；除此以外还有应用在其他领域的一些千斤顶。2·3·1按结构特征可分为齿条千斤顶、螺旋千斤顶和液压千斤顶3种（1） 螺旋千斤顶： 由人力通过螺旋副传动，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，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，但装有制动器。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。 螺旋式千斤顶广泛应用于工厂、货栈、码头、电站、伐木场等场合，是起升搬运物品，最理想的起重设备之一。(2)齿条千斤顶： 也叫齿条顶升器 。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。（3）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。2·3·2量具-千斤顶按JB3411.58-99标准制造, 用于检测零部件时的支承，产品分别为钢件和铸铁2·3·3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！ 第3章 千斤顶的设计任务3·1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 kgQL1010280150250103·2千斤顶设计任务要求3·2·1设计题目：螺旋千斤顶，手动。 千斤顶载荷Q：10tons 起重高度L:200mm任务要求：（1）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（2）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7.千斤顶的装配示意图第4章 千斤顶结构设计4·1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。4·2千斤顶的结构 图4-1如图4-1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。 4·2·1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0.30.6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（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。第5章 千斤顶各部件参数设定及强度校核5·1螺母、螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核5·1·1螺母、螺杆的材料和许用应力（1） 螺母的材料和许用应力(图5-1)：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：bp=4060N/mm2 ，取50 N/mm 2 ；许用剪应力：p=3040 N/mm 2, 取35 N/mm 2 。千斤顶螺旋系手动低速，由表11-1-9查得许用压强：Pp=1825 N/mm 2，取20 N/mm 2 。（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5056HRC时，可采用铬锰合金钢；当需要硬度为3545HRC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，s=360 N/mm 2 ，可得：螺杆的许用拉应力：p=12072 N/mm 2 ，手动可得： p=100 N/mm 2 。图5-1：滑动螺旋传动设计5·1·2螺母、螺杆的尺寸设计与校核（1）按耐磨性计算螺纹中径（图5-2）：查表11-1-4中公式取=1.7（值按整体式螺母取1.22.5），Error! No bookmark name given.d2=0.8=0.8=43.4mm由GB/T5796.31986（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：d d=48mm螺距: P P=8mm牙顶间隙： ac ac=0.5mm基本牙型高度：H1 H1=0.5P=0.5x8=4mm外螺纹牙高: h3 h3= H1+ ac=0.5P+ ac=4+0.5=4.5mm内螺纹牙高： H4 H4= H1+ ac=0.5P+ ac=4+0.5=4.5mm 牙顶高： Z Z=0.25P=0.25x8=2mm外螺纹中径： d2 d2= d-2Z=48-4=44mm内螺纹中径: D2 D2= d-2Z=48-4=44mm外螺纹小径： d3 d3= d-2h3=48-2x4.5=39mm内螺纹小径： D1 D1= d-2H4=48-2x4=40mm内螺纹大径：D4 D4=d+2ac =48+2x0.5=49mm牙根部宽度：b b=0.65P=0.65x8=5.2mm螺母高度H: H=d2=1.7x44=74.8mm,取H=75 mm. 则螺纹圈数n: n=H/P=75/8=9.38圈 图5.2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：=arctan=arctan=3°1844查表11-1-7得：钢和青铜的摩擦因数=0.080.10,取0.09，可得：=arctan= arctan=5°1923.4<，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(+)= x100000xtan(3°1844 +5°1923.4)=334104N·mm 所以带入表11-1-4公式(4）得：ca=96.9 N/mm 2 <p 根号下的式子为：(4F/d32)2+3(Mc/0.2 d33)2 , ( 4x100000/x392)+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：=13.32 N/mm 2 < p 。< p螺母的弯曲强度：b=30.7 N/mm 2 < bp 。 b< bp（5）螺杆的稳定性验算(图5-3)： 图5-3：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=(1.82)d=(1.82)x48=86.496mm, 取h1=90mm ,螺杆最大工作长度应为最大起重高度加h1 ，故=200+90=290mm 。由表11-1-4得，=，（式中长度系数，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：=2 。i螺杆危险截面的惯性半径，i=）所以：=59.5按表11-1-4中公式计算临界载荷：Fc=（a-b）x=（461-2.56x59.5）x=368746 N（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。5·2底座的设计计算5·2·1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5·2·2底座尺寸确定： 如图4-4所示： 图5-4：底座的尺寸图已知外螺纹大径为d=48mm,有：D2=1.5dD3=1.4D2D4=1.4D5=10mmD5由结构确定（斜度为1：15）所以：=得：D5=134mm依次可得出：D4=1.4D5=1.4x134=187mmS=（1.52）=1520，取S=16mm 。综合考虑各尺寸关系，取总的高度为206mm 。5·3手柄的设计计算 如图5-5所示： 图5-5手柄尺寸图5·3·1手柄的材料选择：手柄材料选择A35·3·2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=26（2）手柄的长度： l=350（3）端部倒角： C=25·5千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，=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。5·6千斤顶的其他附加码附件尺寸设定螺杆的退刀槽直径: s=39螺杆的退刀槽宽度：b=5mm螺杆膨大部分的尺寸：有公式：D=（1.61.8）d h1=（1.82）d得出：D=（1.61.8）x48=76.886.4 取79mmh1=（1.82）x48=86.496 取88mm根据结构确定螺杆膨大部分的内孔为：27第6章 计算结论6·1千斤顶的总体装配图（图6-1示）：图6-16·2设计零件图及画图具体步骤：6·2·1螺母的设计（1） 用“旋转”命令创建下图的草绘图样（图6-2）:图6-2（2）生成实体如图（图6-3）：图6-3（3）内孔倒角的尺寸5mm（图6-4）：图6-4(4)上端面的倒角尺寸为2mm（图6-5）：图6-5 （5）对做出的孔进行镜像操作（图6-6）：图6-6 （6）利用“螺纹扫描切口”的命令做出内螺纹（图6-7）：图6-7（7）所要切出的螺纹轨迹为梯形，尺寸如下图所示（图6-8）： 图6-8（8）切出的螺纹如下图（图6-9）：图6-96·2·2起重螺杆的设计（1）利用“旋转”命令，在草绘命令下画出螺杆的各基本尺寸，如下图（图6-10）：图6-10（2）旋转出的实体如图所示（图6-11）：图6-11（3）利用“拉伸切剪”命令在螺杆的膨大部分绘出通孔，尺寸如图（图6-12）：图6-12（4）利用“螺纹扫描切口”命令创建出外螺纹，如下图（图6-13）：图5-136·2·3底座的设计：（1）利用“旋转”命令，草绘出底座的基本尺寸（图6-14）：图6-14（2）利用“倒角”命令，对底座的各边缘面进行倒角，尺寸为R5（图6-15）： 6.3千斤顶的装配图（图6-16） 6.4千斤顶示意图： 图 ：6176.5千斤顶零件图及装配图 图6-18图6-19图6-20 图 6-21 图 6-22第7章 结束语通过本次的毕业设计千斤顶设计。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。但要想使所设计的零件达到完美还需要不断努力的学习和积累经验，俗话所“业精于勤荒于嬉”、“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索” 。此次的设计必定存在诸多的不足之处，所以我还将不停的努力才是！参考文献1.李正峰，主编，张福荣，主审.机械设计基础.上海交通大学出版社，20052.成大先，机械设计手册（机械传动）.北京：化学工业出版社，20023.贾铭新，主编，液压传动与控制，-3版.北京：国防工业出版社，2010.94.濮良贵，纪名刚主编.机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，20015.吴宗泽，机械结构设计. 北京：机械工业出版社，19886王大康，卢颂峰主编.机械设计课程设计. 北京：北京工业大学出版社，20007.卜 炎，机械传动装置设计手册. 北京：机械工业出版社，19998.邱宣怀，机械设计M,北京高等教育出版社，19979.王伯平，互换性与测量技术M，北京机械工业出版社，2005