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1、 剪式千斤顶的力学原理 作 者：陈 浩 13010134任学晶 13010135马海军 13010137 学 院：北京工业大学机电学院 指导教师：叶红玲【摘要】千斤顶作为一种传统顶举重物的工具，在建筑、铁路、医疗、汽车维修等各领域均得到广泛的应用。本文研究的剪式螺旋千斤顶，结构简单、质量轻、操作方便，升程高，上升速度快。通过对其的运动情况、受力分析，进一步说明它的工作原理。【关键词】剪式千斤顶；力学分析； 引 言 千斤顶对于人们来说并不陌生，在日常生产生活中实践中经常会遇到这样一些情况：例如需要将车辆、大型设备、井下轨道等在没有起吊设备的情况下移动或是抬起它们，而仅靠人工操作是非常困难甚至根本
2、无法实现的，这就需要用到千斤顶。 我国千斤顶产业发展起步较晚，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，随着国民经济的快速发展，人们生活水平的显著提高，拉动了千斤顶的需求；进入20世纪90年代后，随着中国汽车化进程的不断加快，剪式千斤顶产业进入快速发展期，其需求增速远高于全球水平。由于它和一般的千斤顶相比没有油路 系统，因此它有结构简单、携带方便及操作容易等特点受到小型汽车用户的喜爱 一、剪式千斤顶结构和原理1. 原理： 剪式千斤顶（又叫支架千斤顶）是基于等腰三角形其两腰不变，缩短底边提升高线的几何原理制作而来的。它通过丝杆和螺母来调节上下两个等腰三角形
3、的底边来进行提升和下降高度的，就像平常生活中的工具梯，当梯子的两臂的夹角越小梯子就越高，同理梯子的两臂的夹角越大，梯子就越低。2. 结构： 由底座、一对下支撑臂、一对上支撑臂、鞍座、平面轴承、螺母、摇座、销轴和丝 杆组成。其机构简图和实物分别如图1、图2所示： 图 1 图 23. 剪式千斤顶和液压千斤顶的区别及其用途; 区别：剪式千斤顶是机械千斤顶，液压千斤顶是油压千斤顶。 用途：基于剪式千斤顶的特殊构造顶起的重量不会太大，一般主要用于小吨位的汽车顶起， 比如小轿车等，常见的规格有1T、1.5T、2T、3T等。 二、剪式千斤顶的运动分析和受力分析1. 运动分析螺杆连续转动过程中，滑块不仅相对螺
4、杆做水平运动，同时还带动上、下支撑臂作升降运动；螺杆本身也存在着水平、垂直两个方向的运动，顶板作垂直升降运动，底座始终保持不动，剪式千斤顶运动模型如图3所示 图 3由图3可知，假设底座的为坐标原点，螺杆与下支撑臂的夹角为()，剪式千斤顶在实际运动过程中，螺杆随着点位置会有一个沿着水平方向向右的运动，同时点相对于螺杆存在相反方向运动。当螺杆转动一圈时, 两点的运动速度各为螺杆速度一半，得到数学关系式： (1) (2)式中：点的绝对速度，点的绝对速度，点的合成速度，螺杆转速，螺距，螺杆与下支撑臂夹角。在螺杆转速为，螺距为，螺杆与下支撑臂夹角为的情况下，千斤顶顶起重物上升的速度为点速度。由此可以得出
5、，在千斤顶上升过程中，千斤顶顶举重物的速度随增大而减小，到达极限位置时停止运动。2. 受力分析由平面机构的受力分析可知，重物给支撑点施加重力，两个上支撑臂受重物作用产生压力分别为和，同时两个上支撑臂对支撑点的反作用力为和，与重力形成平衡力。当螺杆连续转动时，上支撑臂受滑块作用产生压力为、下支撑臂受滑块作用产生压力，同时上、下支撑臂对滑块的反作用分别为和，与拉力形成平衡力，剪式千斤顶各机构受力如图4所示。 图 4根据机械原理平面机构的受力分析，得到数学关系式： (3) (4) (5)式中:举臂受到的压力，重物重力，螺杆受到的拉力，螺杆与下支撑臂夹角。由式（5）可知拉力与之间的关系，当重力一定时，
6、拉力随增大而减小。 三、剪式千斤顶的自锁原理摩擦自锁：触面的法线与夹角小于或等于摩擦角，无论主动力多大，物体都将处于平衡状态，这种现象叫做摩擦自锁。自锁的原因是，只要保证，主动力沿接触面切线方向的分力就总是等于静摩擦力，而在时，所以物体总能保持平衡。如图5所示，对于静止在斜面上的物体，只要满足，则无论物体多重，都会静止在斜面上不会下滑。 图 5剪式千斤顶中就有斜面自锁的应用如图6所示 图 6工作时螺旋可以看成是一个绕在圆柱体的斜面，将其展开，这个斜面的倾角就是螺纹升角。丝杆相当于放在斜面上的一个物体，千斤顶支撑的重物是加在丝杆上的轴向载荷，这个轴向载荷相当于放在斜面上重为的物体，要使得丝杆螺纹
7、在支撑物的重压下不会自动下旋，相当于要使物体不会沿斜面自动下滑，即要使物体在斜面上达到自锁。由前面可知，只要使螺纹升角小于等于丝杆与螺纹槽之间的摩擦角，即可自锁。 四 、 结 语 千斤顶在实际生产生活中，被广泛的运用，通过对剪式千斤顶的受力分析及运动情况的研究，我们知晓了千斤顶是如何实际工作的，对后续设计有很大的参考意义，使得在进一步的优化中有了依据，在提高产品质量和技术性能方面有据可依，本实验得出的相关公式，可用来进行动力学模型的建立，通过动态观察，对剪式千斤顶有更全面的了解。同时，对千斤顶自锁原理的阐述，在生产过程中，提高安全性。但如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识，使千斤顶的设计工作真正优化，仍需要我们充分利用各种有利因素，不断对产品进行整合创新，使其满足大众的需求。参考文献1 刘平安.锥齿轮螺旋千斤顶设计J.机械设计与研究.1996.2 姜阳;辛世杰;吕明;孟春.双螺纹副伸缩式千斤顶研究J.20133 陈燕;欧阳加强.千斤顶技术的研究现状与展望J.现代机械.20124 韩风卿.卧式千斤顶及其某些设计问题.机电工程.19905 徐网大.千斤顶.国外汽车车艺.1999
