螺旋千斤顶的设计

Question

设计原始数据：最大起重力40KN，最大行程160MM。
工作要求：总体设计为方便使用，操作方便（可自己设计结构如用侧面手柄上下往复式或液压式等）
设计要求：绘制千斤顶装配图
主要零件图两张
完整的设计说明书
大侠给点参考资料吧，谢谢

Answer 1

千斤顶油压千斤顶 一、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！
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 齿条千斤顶:由人力通过杠杆和齿轮带动齿条顶举重物。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。
② 螺旋千斤顶: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。
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，起重量最大已达750吨，传动效率较高，故应用较广；但易漏油，不宜长期支持重物。
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，可做成多级伸缩式的。
除上述基本型式外，液压千斤顶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。按结构
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！
除上述基本型式外，液压千斤顶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。
千斤顶的工作原理 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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 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。
二、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件，外表面有镀铬和涂漆两种。
规格（mm) 可调高度（mm) 单件承载力(kg)
φ35×60 60 35
φ50×80 80 50
φ70×100 100 70
φ100×150 150 100
φ150×250 250 150
φ200×300 300 200
φ260×400 400 260
φ280×450 450 280
φ300×500 500 300千斤顶
变形金刚之千金顶
博派汽车人，他是学者,他讨厌战争,但是他明白不作战只有死路一条 所以他和擎天柱一起作战.他更多的是用自己的智慧,而不是武力. 千斤顶,一个谨慎冷静的人.他的发明千奇百怪,但是总能帮助汽车人. 他曾挽救过汽车人,和天火他们一起在塞伯特恩.他曾为了伙伴的安全,一个人独限龙王的魔爪.他创造出了汽车人中强大而又出色的战士机器恐龙 尽管他只是一个不起眼的小角色,但是他却为汽车人贡献出了他的一切。

Answer 2

图纸去各种机械设计论坛里找找就有~~

螺旋式千斤顶螺优化设计
摘 要：采用非传统优化设计方法，以螺旋千斤顶螺纹副体积最小为目标函数, 用MATLAB语言优化工具对其进行优化设计，并给出了计算实例。
关键词：优化设计；千斤顶；传动螺纹副

1 数学模型的建立

手动螺旋千斤顶主要包括底座、棘轮、圆锥齿轮副、托杯、传动螺纹副等部分。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。

1.1 目标函数与设计变量

手动螺旋千斤顶在满足设计性能和要求的前提下，从结构紧凑、减轻重量、节省材料和降低成本考虑。在给出千斤顶最大起重量、传动螺纹副材料及其屈服应力、螺纹头数等基本设计要求和圆锥齿轮副等已定的情况下，可从螺纹副设计着手考虑，使螺纹副所用材料最少，即在满足设计性能的情况下，传动螺杆、螺母所占体积最少。

螺杆的体积为：v1=πd22L/2

螺母的体积为：v2=π(D′2-D22)H/4

式中：d2——螺杆中径，mm；
D′——螺母外径（虚拟），mm；
D2——螺母中径，mm；
L——螺杆总长，mm；
H——螺母高度，mm.

考虑到传动效率要求较高和螺纹受力较大等因素，千斤顶一般采用锯齿形螺纹传动，其大径、中径、小径之间有如下关系：

d2=d－0.75P
d1=d－1.736P

且内、外螺纹有如下关系：D＝d;D2=d2;

式中，D2、d2为内、外螺纹中径；P为螺距;D、d为内、外螺纹大径；d1为内螺纹小径。

则目标函数（即传动螺纹副体积之和）为：

V=V1+V2=πL(d-0.75P)2-/4+π〔D′2--(d-0.75P)2-〕H/4

从目标函数表达式中可以看出，L、D′均为常量，而螺距P取值虽为整数，但其取值随螺纹公称直径而变化，这里将其作为变量。故变量有d、H、P 三个，记作：

X=〔x1,x2，x3〕T=〔d,H，P〕T

目标函数表达式为：

V(x)=πL(x1-0.75x3)3/4+π〔D′2-(x1-0.75x3)2〕x2/4

1.2 优化约束条件

1.2.1 约束条件分析

(1)耐磨性条件

锯齿形螺纹工作高度h：h=0.75P

根据手动螺旋千斤顶传动螺纹副滑动速度较低，及螺母和螺杆材料等条件，查取许用比压〔p〕：

计算比压为：p=FP/[(d-0.75P)πhH]＜〔p〕

(2) 螺纹的自锁条件

螺旋升角ψ：ψ=arctanP/πd2=arctanP/[π(d-0.75P)]

当量摩擦角ρv=arctanuv，uv为螺纹副当量摩擦系数。

自锁条件为：ψ＜ρv－(1°～1.5°),即

arctanP/[π(d-0.75P)]＜ρv－(1°～1.5°)

(3)螺杆的强度条件

螺纹危险截面面积A为：A=π(d-1.736P)2/4

螺杆所受转矩T：T=F·tan(ψ+ρv)(d－0.75P)/2

当量应力为：

式中，F为千斤顶最大起重量，单位为N.

查表,确定许用应力〔σ〕.

当量应力应小于许用应力，即：σca＜〔σ〕

(4) 螺纹牙剪切强度条件

按机械性能较弱的螺母材料进行计算：

螺母的外径D等于螺杆外径d：D=d
螺纹牙根厚b：b=0.75P
螺纹旋合圈数z：z=H/P

查表取得许用剪切应力〔τ〕.

按剪切强度进行计算：τ=F/(πDbz)=F/(πd·0.75P·H/P)，τ＜〔τ〕.

(5)螺纹牙弯曲强度条件

同样，取机械性能较弱的螺母材料进行计算。

按弯曲强度进行计算：σb=3F(D-D2)/(πDb2z)=3F(d-d2)/(πDb2z)=3F〔d-(d-0.75P)〕/(πDb2z)

σb＜〔σb〕.

对静载，许用应力应取较大值。

(6)螺杆的稳定性条件

确定螺杆的柔度λ值：λ=μL/i

式中，μ为螺杆的长度系数，L为螺杆的总长度，i为螺杆危险截面惯性半径，i=d1/4.

螺杆的长度系数根据螺纹副固定形式取值。

λ值小于许用值〔λ〕，即：λ＜〔λ〕.

(7)螺杆公称直径取值范围

查《机械设计手册》，取d值范围为：20mm≤d≤650mm.

(8)螺母最大高度（螺纹啮合长度）范围：30 mm≤H≤280 mm.

(9)螺纹螺距取值范围

查《机械设计手册》，得P值范围为2 mm≤P≤24 mm.

1.2.2 约束条件

约束条件表达式如下：

g1(x)=F-〔0.75π(x1-0.75x3)x2〕〔p〕≤0
g2(x)=arctanx3/[π(x1-0.75x3)]-ρv+(1°～1.5°)≤0

g4(x)=F/(0.75πx1x2)-〔τ〕≤0
g5(x)=3F/(0.75πx1x2)-〔σb〕≤0
g6(x)=4μL/(x1-1.736x3)-〔λ〕≤0
g7(x)=30-x2≤0
g8(x)=x2-280≤0
g9(x)=20-x1≤0
g10(x)=x1-650≤0
g11(x)=2-x3≤0
g12(x)=x3-24≤0

2 优化方法

本问题有三个变量12个约束条件，采用MATLAB优化工具对其进行优化设计。

3 优化设计实例

某厂生产一种手动螺旋千斤顶，最大设计起重量为40 kN，螺纹为锯齿形，螺杆材料采用40Cr，热处理HRC45～50，σs=785Mpa，螺母用ZCuAl10Fe3，螺纹副当量摩擦系数为μv=0.13,千斤顶最大起重高度为130 mm,圆锥齿轮厚为30 mm,轴承固定端l0/d0=7/18。试设计传动螺纹副，使其结构紧凑、所用材料最省。

根据前面的数学建模，我们先通过查表或计算，得到约束条件的各个相关参数，然后再将其代入上述建模的约束条件，从而得到螺纹副的最优设计方案。

现将原设计与优化设计结果加以对照（表1），可以看出，优化设计后螺纹副体积比原设计减少12.51%。采用优化设计方法，不仅节省材料，降低工厂生产成本，而且节省设计时间。这有助于改革传统的设计方法，为新产品开发改进提供了有力的依据。