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1、北京农业职业学院毕业论文 基于 SolidWorks 伸缩式螺旋千斤顶造型设计1一、一、绪论绪论在生产实践中我们经常会遇到一些将重物如机床、笨重的箱子、井下的轨道等在没有起吊设备的情况下移动或抬起，仅靠人工操作是很困难的，这就需要用到千斤顶来帮助我们。千斤顶与我们的生活密切相关，在建筑、铁路、汽车维修等部门均得到广泛的应用，因此千斤顶技术的发展将直接或间接影响到这些部门的正常运转和工作。目前在生产实践中使用着各种各样的千斤顶：(a)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、预应力张拉千斤顶、窄空间小吨位千斤顶等等；(b)在汽
2、车运输维修部门应用的千斤顶有螺旋千斤顶、液压千斤顶、充气千斤顶等许多种类；(c)在医疗卫生部门应用的有 x 线刀机械微调千斤顶。(d)除此以外还有应用在其他领域的一些千斤顶。根据动力装置的不同，可分为电动千斤顶、手动千斤顶和电动手动两用千斤顶。根据传动类型的不同，可分为机械传动千斤顶和液压传动千斤顶。螺旋千斤顶作为一种传统的机械式千斤顶，广泛应用于起重、运输、装卸、安装及某些特殊的工艺操作。它通过齿轮传动，使螺杆旋转，带动套筒或举臂升降，从而达到起重或顶压的目的。其特点为：起重高度小，起重量大。本论文所设计的伸缩式螺旋千斤顶是一种新型螺旋千斤顶，它具有结构简单，起重重量大且稳定的优点。汽车千斤
3、顶是汽车保养、维修不可缺少的主要举升工具。随着我国国民经济和汽车工业的发展，小轿车的产量逐年递增，轿车普遍进入平民百姓的家庭生活将成为社会发展的趋势，这使得千斤顶的需求量日益增大。因此对千斤顶技术的进一步研究，生产出外形美观、安全可靠、使用方便的高性价比产品显得尤为重要。伸缩式螺旋千斤顶做为一种新型的汽车千斤顶，对此进一步的研究也是不能忽视的。北京农业职业学院毕业论文 基于 SolidWorks 伸缩式螺旋千斤顶造型设计2二、系统结构二、系统结构图图 1 1 千斤顶结构简图千斤顶结构简图 1.1.摇杆摇杆 2.2.螺杆螺杆 3.3.支臂支臂 4.4.承重台承重台 5.5.齿轮齿轮 6.6.底座
4、底座 7.7.螺栓螺栓三、设计计算三、设计计算在设计计算时，取支臂夹角 250 0较好，以这个角度设计的支臂，螺杆和销轴的横截面尺寸比较合理。但在实际使用中，起初起重位置取角度为 400 0开始承重比较好。随着起重过程在各个构件上作用的载荷逐渐减小，然而主操作力也逐渐减小。（一）（一） 主要构件受力分析主要构件受力分析计算垂直载荷，支臂的载荷，螺杆的载荷： 区域安全系数 k=（1.11.3）,取 k=1.2。垂直载荷 Gk=10000 1.2=1.2N。410支臂载荷 T=。4 41.2 101.422 102sin250.844kGN螺杆螺杆载载荷荷 F=。 。4 41.2 102.553
5、10tan250.47kGN北京农业职业学院毕业论文 基于 SolidWorks 伸缩式螺旋千斤顶造型设计3（二）（二） 选择材料和许用应力选择材料和许用应力起重螺旋为传力螺旋,主要特点是能承受较大的轴向力,通常要求自锁,螺杆材料应具有较高的强度,较高的耐磨性,螺母材料出要求有较高的强度外,还应有较好的减磨性.因此螺旋副选用梯形螺纹.右旋单线。材料选取钢-铸铁,螺杆选用 45 号钢，调质处理 =360N/mm2 ， s=12072N/mm2 手动可取 =100N/mm2，p35s :p螺母材料选铸铁 =4555N/mm2取 50N/mm2，bp:=40N/mm2，p千斤顶螺旋 手动低速 查表
6、取 Pp=1825N/mm2取 20N/mm2。:（三）（三） 按耐磨性计算螺纹中径按耐磨性计算螺纹中径螺纹受力范围是 F=Tcotcot 去 F 最大值为 3.7 104N，75o10对于梯形螺纹 h=0.5P，取=1.7 d2mm，42.553 10.0.80.821.91.7 20ppFPF h PP 由 GB/T57963-1986 可选 ：d=24mm P=5mm d2=21.5mm D4=2（五）mm d3=18.5mm D1=19mm 螺母高 H=d2=1.7 21.5=36.55 ，n= =7.35 取整 n=8 H=nP=5 8=40。H P36.55 5（四）（四） 自锁性
7、验算自锁性验算由于系单头螺纹，导程 S=P=5mm，钢对铸铁 f=0.10.12 取 f=0.11 可得螺纹升角为 :： =，25arctanarctan21.5S d4.2441424“=，0.11arctanarctancos15arccos2f5.32651923“故自锁可靠。北京农业职业学院毕业论文 基于 SolidWorks 伸缩式螺旋千斤顶造型设计4（五）（五） 螺杆强度计算螺杆强度计算螺杆工作是受轴向压力（拉力）F 和扭矩 T 的作用，螺杆危险截面上既有压缩（拉伸）的应力，又有切应力，因此校核螺杆强度时应根据第四强度理论求危险截面的计算应力：caMt=46252N*mm21tan
8、()2d F4121.5 2.553 10 tan(4.245.326 )2=89.2ca224 22 2323 3344 2.553 1046252()3()30.218.50.2 18.5tMF dd pF:螺杆承受的轴向载荷；d3：螺杆螺纹的小径；Wt:螺杆螺纹段的抗扭截面系数；（六）（六） 螺母螺纹强度计算螺母螺纹强度计算螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆的材料，故只需校核螺母螺纹强度，螺纹牙危险截面的剪切强度条件为：，442.553 1010.1724.5 3.25 8pF D bn弯曲强度条件为：，4 1 22 433 2.553 102.523.4824.5
9、3.258bbpFH D b nb：螺纹牙根的厚度 对于梯形螺纹 b=0.65P=.65 5=3.25mm；H1:螺纹的基本牙型高 H1=0.5P=0.5 5=2.5mm；（七）（七） 螺杆的稳定性计算螺杆的稳定性计算螺杆的有效长度 L 为 450mm，i=，318.54.62544d北京农业职业学院毕业论文 基于 SolidWorks 伸缩式螺旋千斤顶造型设计5，1 35076.674.625l i查表得 a=461 b=2.56，1100260，12所以 临界载荷,22 318.5461 2.56 4.625123843.344CdFabN故稳定性条件满足。1238434.852.5255
10、00CF F（八）（八） 设计支臂设计支臂设计支臂宽度为 b=25mm,厚度为 t=4mm,材料为 A3钢，许用压应力160MPa,横截面积：A2.51 验算支臂的工作压缩力， 42cm强度满足。 41.42 107122 1 100aaTMPMPA 设计支臂的长度 千斤顶的全升程为 252mm 支臂长度 L12L1=252 L1=130.56 取整 L1=135mm。sin75252 2sin75（九）（九） 计算销轴直径计算销轴直径 D D材料为钢，许用剪切应力0.60.8取 ，3A : 0.7， 0.70.7 160112aaMPMP由得， 24DT 444 1.422 1012.73.
11、14 112TDmm 圆整取 D=14。mm四、四、 虚拟设计及装配虚拟设计及装配（一）（一） 虚拟装配的概念及内涵虚拟装配的概念及内涵随着计算机软硬件技术的发展，机械零件的计算机辅助设计和加工技术也发生了很大北京农业职业学院毕业论文 基于 SolidWorks 伸缩式螺旋千斤顶造型设计6的变化。然而，在装配环节上，人工操作历来都作为一个生产要素出现,依赖于人的技巧和判断能力来进行复杂的操作，具有很强的智能性和复杂性,因而在设计技术、加工技术快速发展的今天，装配工艺成为薄弱环节,成为先进制造技术发展的瓶颈；同时以往的装配过程被局限在“设计制造(装配)评价”和“实物验证”的封闭时空模式中，装配关
12、系的滞后检验，带来成本的巨大浪费，同时也不符合快速反映市场的需要虚拟装配是新兴的虚拟产品开发研究的重要内容。采用虚拟装配技术可在设计阶段验证零件之间的配合和可装配性，保证设计的正确性，随着社会的发展，虚拟制造成为制造业发展的重要方向之一，而虚拟装配技术作为虚拟制造的核心技术之一也越来越引人注目。虚拟装配的实现有助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计,有助于解决零部件从设计到生产出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本及优化产品性能等目的。在许多世界级大企业中被广泛应用的计算机辅助三维设计(CAD)的软件 SolidWorks 的装配模块就采用了虚拟装配技术，即便是在产品设计的初期阶
13、段，所产生的最初模型也可放入虚拟环境进行实验，可在虚拟环境中创建产品模型，使产品的外表、形状和功能得到模拟，而且有关产品的人机交互性能也能得到测试校验，产品的缺陷和问题在设计阶段就能被及时发现并加以解决本文是对直齿轮传动减速器应用 SolidWorks 三维设计软件进行参数化设计和虚拟装配设计工作的介绍。（二）（二） 实体建模实体建模实体建模是 SolidWorks 设计技术的基础。实体模型又称主模型，SolidWorks 虚拟装配、工程制图、机构运动分析、有限元分析、编制加工程序等均须直接应用已建立的主模型。如在 SolidWorks 机构运动分析模块中，直接应用主模型进行二维或三维机械系统
14、的复杂运动分析和设计仿真，并可完成大量的装配分析工作，如最小距离、干涉检查、反作用力、图解合成位移、速度和加速度、绘制运动轨迹包络等。SolidWorks三维设计直接从三维模型入手，省去三维与二维之间的转化。设计者可以方便的通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列、钻孔等操作不断改变其结构，最终完成全部零部件的设计，直观易学，操作方便，实现了设计方法的变革。建立模型时，SolidWoks对每个特征尺寸自动赋值，这些数值可随时更改。由于SolidWorks的参数设计功能，实体模型将随特征尺寸数值的变化重新生成，因此修改非常方便。北京农业职业学院毕业论文 基于 SolidWorks 伸缩式螺旋
15、千斤顶造型设计7螺杆的三维造型（图 2）图图 2 螺杆三螺杆三维实维实型型SolidWorks 实体建模模块提供了能满足多种设计需求的建模工具：(1) 可进行实体、特征、曲面、线框和参数化建模等；(2) 支持和建立编辑孔、槽、型腔、圆柱、体、块、球体、管、杆、倒圆和倒角等各种标准的设计特征；(3) 既可以先画草图，根据特定要求生成参数化的实体模型，又可根据产品的特征直接进行实体建模；1.1. 螺杆实体造型与设计参数螺杆实体造型与设计参数 螺杆是伸缩式螺旋千斤顶的力传动件，主要通过螺杆把旋转运动变为直线运动，同时进行能量和力的传递，从而达到升降的效果。螺杆螺纹部分采用梯形牙型的螺纹，属于滑动螺旋，这样的结构简单，加工方便，成本低廉；当螺纹升角小于摩擦角时，能自锁
