電動(dòng)螺旋千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

題目電動(dòng)螺旋千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)院智能工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師二〇二三年三月五日原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的科研成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名：_____日期：_______關(guān)于畢業(yè)論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解煙臺(tái)科技學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留或向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱或借閱；本人授權(quán)煙臺(tái)科技學(xué)院可以將畢業(yè)論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文和匯編本畢業(yè)論文。（保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）論文作者簽名：___導(dǎo)師簽名：_______日期:____

摘要經(jīng)過(guò)深入研究電動(dòng)螺旋千斤頂?shù)闹饕Y(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)有的千斤頂重新設(shè)計(jì)了一種新型的電動(dòng)螺旋千斤頂。采用了蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿，并使用蝸桿蝸輪傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)。這種新型的千斤頂不僅能夠提高工作效率，還能夠提高工作環(huán)境。通過(guò)改進(jìn)產(chǎn)品和服務(wù)，大大增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。為了滿足負(fù)載要求，重新設(shè)計(jì)了一種新的絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)?？紤]了它的運(yùn)轉(zhuǎn)速率以及螺母的扭矩，從而確定了它的最佳性能。同時(shí)還利用SolidWorks和AutoCAD的三維建模技術(shù)，通過(guò)對(duì)各種結(jié)構(gòu)的分析最終畫(huà)出三維圖，以便更好地滿足負(fù)載要求。關(guān)鍵詞：蝸輪蝸桿；絲杠傳動(dòng)；SolidWorksAbstractAfterin-depthresearch,wehavedesignedanewtypeofelectricscrewjack.Itusesawormgearandwormmechanism,whichdrivesthewormthroughamotor,anduseswormgeartransmissiontodrivetheleadscrewtomove.Thisnewtypeofjackcannotonlyimproveworkefficiency,butalsoimprovetheworkingenvironment.Byimprovingourproductsandservices,wehavegreatlyenhancedourmarketcompetitiveness.Inordertomeettheloadrequirements,weredesignedanewleadscrewtransmissionstructure.Weconsidereditsoperatingspeedandthetorqueofthenuttodetermineitsoptimalperformance.Wealsousedthe3DmodelingtechniquesofsolidworksandAutoCADtoaccuratelydesignvariouspartsofthisstructuretobettermeettheloadrequirements.Throughfiniteelementtechnology,wecanaccuratelyconstructthewormstructure,therebyachievingeffectivedesign.Keywords：Wormgearandworm;Finiteelementanalysis;Leadscrewdrive目錄TOC\o"1-3"\u第1章引言 第1章引言1.1千斤頂簡(jiǎn)介起重機(jī)械是一種高效、精確的機(jī)械設(shè)備，它可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)，包括起動(dòng)、制動(dòng)、正向和反向運(yùn)動(dòng)，從而使物料得到有效的提升，并且在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。起重機(jī)的運(yùn)行依賴于電能或人工勞作。在大多數(shù)情況下，電能是最常見(jiàn)的運(yùn)行方式，而在少數(shù)情況下，人工勞作則是最常見(jiàn)的運(yùn)行方式。螺旋千斤頂是一種輕巧的起重設(shè)備，它的起吊高度通常不超過(guò)1m，具有結(jié)構(gòu)緊湊、材質(zhì)牢固、使用方便的特點(diǎn)。它的工作范圍通常是500mm，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速范圍是20-60mm/min，并且具有500t[1]的最大起吊力。千斤頂是一個(gè)很常見(jiàn)的機(jī)械起重裝置[2],它的結(jié)構(gòu)類型很多,分為電機(jī)式、液壓式、摩擦式、齒輪式、油壓式等。它的使用對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活都至關(guān)重要。此外，千斤頂?shù)募夹g(shù)進(jìn)步也會(huì)對(duì)各行各業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。1.2國(guó)內(nèi)外千斤頂發(fā)展情況從20世紀(jì)40年代開(kāi)始，國(guó)外的千斤頂技術(shù)已經(jīng)較為成熟，開(kāi)始廣泛地運(yùn)用到汽車制造領(lǐng)域，但當(dāng)時(shí)的千斤頂仍是臥式的，較為笨拙。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以及社會(huì)的進(jìn)步，90年代初，立式千斤頂逐漸成為主流。隨著90后期的到來(lái)，各種先進(jìn)的千斤頂產(chǎn)品如充氣式、便攜式以及其他類似的產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，推動(dòng)著千斤頂技術(shù)的飛速進(jìn)步[3]。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷推動(dòng)，我國(guó)的千斤頂技術(shù)已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，從80年代后期的初期，逐漸向世界市場(chǎng)推廣。為滿足不斷變化的市場(chǎng)需求[4]，多年來(lái)，不斷的探索、創(chuàng)新，使得千斤頂?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從而使得它的性能更加優(yōu)越。隨著技術(shù)的進(jìn)步，中國(guó)的千斤頂正在變得更加便捷、節(jié)約、高效。1.3千斤頂原理隨著科技的發(fā)展，千斤頂已經(jīng)成為一種重要的家具，它能夠幫助我們更好地完成各種復(fù)雜的任務(wù)，比如說(shuō)，當(dāng)需要搬運(yùn)、安裝、維護(hù)等，而這些任務(wù)都需要千斤頂?shù)膸椭?，因此，千斤頂已?jīng)成為我們的必備物品。然而，由于傳統(tǒng)的手工勞動(dòng)方式，這種方式既耗時(shí)又危險(xiǎn)。為了解決這一難題，我們必須開(kāi)發(fā)一種新的、基于電能的千斤頂技術(shù)，以便更好的解決目前的困境。經(jīng)過(guò)深入的研究與分析，設(shè)計(jì)出了一種新型的電動(dòng)螺旋千斤頂，它采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，可以以較低的負(fù)荷，輕松地把重物頂起。此外，該千斤頂還采用了一種特殊的絲杠傳動(dòng)副，它由梯形螺桿與螺母組成，可以滿足傳動(dòng)的需求。經(jīng)過(guò)深入的研究，發(fā)現(xiàn)千斤頂?shù)闹饕δ苤槐闶悄軌驅(qū)崿F(xiàn)螺旋旋轉(zhuǎn)或者直線移動(dòng)，從而把重物頂升。為了更好地利用這一功能，對(duì)千斤頂?shù)墓ぷ髟磉M(jìn)行了全面的研究，并結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)，開(kāi)發(fā)出一種新型的電動(dòng)螺旋千斤頂，以減少人工、物質(zhì)及金錢的投入。重新構(gòu)建了千斤頂蝸輪蝸桿的部分，包括它的組成部分。本設(shè)計(jì)螺旋千斤頂技術(shù)規(guī)格為：起頂重量達(dá)到20T，頂部高度達(dá)到180mm，螺桿落地最低點(diǎn)達(dá)到325mm，自身重量18Kg。電動(dòng)螺旋千斤頂是一種新型工具，它采用了先進(jìn)的技術(shù)，可以將手動(dòng)螺旋千斤頂?shù)膭?dòng)力和精確的操作相結(jié)合。它的工作原理是：利用微型直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，將螺旋千斤頂?shù)穆菽负吐菽钢g的螺紋連接起來(lái)，并利用螺母的旋轉(zhuǎn)和螺紋的方位，實(shí)現(xiàn)對(duì)千斤頂?shù)木_控制。通過(guò)利用螺旋副具有良好的自我保護(hù)能力，能夠顯著提高工作環(huán)境。在使用新型電動(dòng)螺旋千斤頂時(shí),應(yīng)該注意以下幾個(gè)問(wèn)題：1）在使用電動(dòng)螺旋千斤頂之前，請(qǐng)確保所有部件都已經(jīng)檢查過(guò)，以確保它們能夠靈活地運(yùn)動(dòng)并且保持潤(rùn)滑。請(qǐng)注意，千萬(wàn)不要超載或超程使用。2）請(qǐng)確保您已經(jīng)打開(kāi)了電源，然后通過(guò)操作控制器來(lái)調(diào)整重量。請(qǐng)注意，請(qǐng)勿讓它超出了預(yù)設(shè)的安全限制。當(dāng)您要減少重量的時(shí)候，請(qǐng)打開(kāi)控制器的逆向旋轉(zhuǎn)，以便讓它繼續(xù)減少。3）為了確保電機(jī)和絲杠傳動(dòng)的正常運(yùn)行，應(yīng)定期進(jìn)行保養(yǎng)和潤(rùn)滑，并且應(yīng)避免將其長(zhǎng)期暴露于潮濕環(huán)境中。第2章絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算2.1絲杠傳動(dòng)通過(guò)絲杠和螺母的協(xié)同作用，絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)螺旋副的運(yùn)動(dòng)，從而使重物能夠被有效地抬升，并且可以實(shí)現(xiàn)螺旋運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)方法可以分兩種：一種是通過(guò)使用螺桿來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，另一種是通過(guò)使用螺桿來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)[5]。例如，通過(guò)使用螺桿來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的方法有兩種，如圖2.1所示，這種方法常被應(yīng)用于螺旋千斤頂?shù)墓ぷ?。另一種如圖2.2所示。圖2.1螺旋千斤頂圖2.2機(jī)床托板上的進(jìn)給絲杠根據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)景的不同，絲杠傳動(dòng)可以劃分為三種主要類型：（1）軸向力的傳輸需要使用螺旋副，這種機(jī)械設(shè)備可以進(jìn)行間歇式的操縱，并且需要具備良好的自我調(diào)節(jié)功能。（2）通過(guò)傳導(dǎo)螺旋副的運(yùn)動(dòng)，可以在極端的高速環(huán)境中實(shí)現(xiàn)有效的傳動(dòng)，但同時(shí)也需要極高的軸向載荷，以保證傳動(dòng)的精確性。（3）通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋副的運(yùn)動(dòng)，可以有效地監(jiān)控并精準(zhǔn)地校準(zhǔn)零部件之間的相互關(guān)系，尤其是當(dāng)它處于非負(fù)荷狀態(tài)時(shí)。由于絲杠的摩擦特點(diǎn)，它可以分為三種類型：滑動(dòng)、滾動(dòng)以及液態(tài)[6]。雖然滑動(dòng)具有良好的自鎖能力，但它所帶來(lái)的摩擦?xí)沟盟膫鲃?dòng)效率降低到30%~40%之間。相反，液態(tài)傳遞的摩擦?xí)停沟盟膫鲃?dòng)效率可以提升到90%以上。雖然它的設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)潔，但它的傳動(dòng)性能非?？量?。在這篇文章里，將專注于探究滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行，并且將會(huì)著重講解滾動(dòng)螺旋與靜壓螺旋的特性。2.2絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)及材料2.2.1絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)在這個(gè)設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)關(guān)注了一種特殊的絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，它包括一個(gè)具有花鍵的螺桿，以及一個(gè)固定在其上的螺母。在這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，非常注重工作的剛性和準(zhǔn)確性。在這種系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景中，需要使用一個(gè)能夠滿足我們對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的需求的螺母來(lái)提供支撐。當(dāng)受到外力的影響，螺桿就會(huì)發(fā)生變形，從而實(shí)現(xiàn)螺旋式的抬高，使得重物得以抬高。通過(guò)使用多種類型的螺紋，如矩形、等腰三角形、梯形、不對(duì)稱梯形、鋸齒形，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)絲杠的精確控制，其中，梯形和鋸齒形的螺紋更為普遍，被廣泛地運(yùn)用于各種行業(yè)。梯形螺紋具有優(yōu)異的傳動(dòng)特點(diǎn)，它的牙型角為30°，使得它的齒輪更加靈活，更加穩(wěn)定，更加耐用。相較于矩形螺紋，梯形螺紋的齒輪具有更加靈活，更加耐用，更加穩(wěn)定等特點(diǎn)。所以決定采用右旋梯形螺紋的千斤頂。2.2.2絲杠傳動(dòng)中常用材料由于螺紋牙、螺桿及其他零件的特殊結(jié)構(gòu)，使得絲杠傳動(dòng)的效果更加優(yōu)異。其中，螺紋牙的彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度必須達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，它們的摩擦系數(shù)也必須極低，此外，它們的接合處也必須具備良好的耐磨性，才能保證其正常運(yùn)行。根據(jù)表2.1，絲桿傳動(dòng)通常使用多種不同的材質(zhì)。表2.1螺桿與螺母常用材料螺紋副材料應(yīng)用范圍螺桿Q235…Q275…45…50不經(jīng)熱加工,更適合于通常操作,承載較小,但扭矩較小的情況傳動(dòng)40Gr…65Mn…20GrMnTi材質(zhì)均需經(jīng)熱加工,以進(jìn)一步提高其耐磨,尤其適合于重載、速度較高的重大傳動(dòng)系統(tǒng)9Mn2V…GrWMn..38GrMoA1產(chǎn)品還需要進(jìn)行熱加工,以增加產(chǎn)品尺寸的安全性,更適合于精密傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)螺母ZcuSn10P1…ZcuSn5Pb5Zn5（鑄錫青銅）材料耐磨性好，適用于一般傳動(dòng)ZcuAL9Fe4Ni4Mn2(鑄鋁青銅)ZcuZn25AL6Fe3Mn(鑄鋁黃銅)材質(zhì)抗耐磨好,硬度高,適合于重載、低速的傳動(dòng)系統(tǒng)。針對(duì)體積較大的或高速傳動(dòng),螺栓可選用鋼或鑄鐵制作,內(nèi)孔澆注以青銅或巴氏合金在本次設(shè)計(jì)中，已經(jīng)知道了絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)中蝸桿的最大軸向負(fù)荷為F=200000N，千斤頂起重高度為h=180mm，但是在螺旋千斤頂?shù)慕z杠傳動(dòng)系統(tǒng)中很容易由于剝肋或損壞而引起失效，所以在螺旋千斤頂?shù)慕z杠傳動(dòng)系統(tǒng)中副的蝸桿與螺母的結(jié)構(gòu)，在抗磨性能、耐歪穩(wěn)定性等方面都要較好。在本次使用中，由于考慮到的負(fù)載較大，所以對(duì)自鎖性都有了較高的要求。本設(shè)計(jì)中螺母的材料和許用應(yīng)力：采用ZCuSn10P1的螺母具有極佳的抗摩擦性能，然而，由于其昂貴的售價(jià)，它們往往被廣泛應(yīng)用于制造具有更高精確性的電動(dòng)螺旋千斤頂。然而，當(dāng)需求量達(dá)到20t時(shí)，微型直流電動(dòng)機(jī)的蝸輪蝸桿的大幅降噪使得其運(yùn)行速率降至60r/min，這時(shí)，就需要采用更加輕巧的青銅和鋁青銅來(lái)代替?？偠灾x用鑄鋁青銅ZcuAL9Fe4Ni4Mn2作為螺母材料，并將其制作成具有內(nèi)螺紋的結(jié)構(gòu)件。許用彎曲應(yīng)力：σb=40~60N/mm2，取55N/mm2；許用剪切應(yīng)力：τ=30~40N/mm2，取35N/mm2。本設(shè)計(jì)電動(dòng)千斤頂螺旋為電動(dòng)低速，由表2.2查得許用壓力：Pp=18~25N/mm2，取25N/mm2。本設(shè)計(jì)中螺桿的選用材料和許用應(yīng)力：由于滑動(dòng)螺桿傳動(dòng)時(shí)的機(jī)械損耗很大,所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中對(duì)鋼材的抗磨性能和抗彎強(qiáng)度需求也很高。因此根據(jù)蝸桿材質(zhì)的選擇原則:常選用四十五鋼材和五十鋼。對(duì)傳動(dòng)的精度有特殊要求的,可以選擇碳素工具鋼。在四十五鋼與五十鋼材中,兩者均是中碳的材料,但與四十五鋼材的結(jié)合性更好。本設(shè)計(jì)中，根據(jù)表2.1，螺桿材料選四十五鋼，帶有外螺紋的桿件，下端軸銑為花鍵。整體不做熱加工，性能等級(jí)為6.8，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表5.8，查閱資料手冊(cè)可得σs=600MPa。根據(jù)表2.4螺桿的許用壓應(yīng)力：σp=EQ\f(σs,3~5)=80~140N/mm2。考慮主要載重要求以及電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，因此σp取140N/mm2。2.3絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算絲杠在傳動(dòng)操作時(shí),主要是承擔(dān)力矩或者軸承力的作用，在原本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，主要是依據(jù)所選用的螺紋嚙合形式、材質(zhì)、所受的軸向載荷能力和所設(shè)置的規(guī)格。來(lái)完成大量的校核和驗(yàn)證工作[7]。2.3.1耐磨性與自鎖性計(jì)算絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)中的磨損程度與主要原因是由絲杠所受的負(fù)載、絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、及其嚙合螺紋面粗糙度等因素直接相關(guān)。通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)可知，在螺紋工作面上的耐磨條件為：(2.1)式中：F為在絲杠上的軸向力（即起重重物的質(zhì)量）絲杠的承壓面積取值為A由上文中2.1式可以校核計(jì)算中的公式，由，代入式（2.1）中可推導(dǎo)出螺紋中徑的計(jì)算公式(2.2)牙型角為矩形、梯形，，則(2.3)牙型角為鋸齒形，，則(2.4)螺母高度H=(2.5)螺紋工作圈數(shù)u=H/P(2.6)螺紋自鎖條件為(2.7)滑動(dòng)螺旋副的摩擦系數(shù)和材質(zhì)許用壓力，見(jiàn)表2.2表2.2滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力[]及摩擦系數(shù)注：表中摩擦系數(shù)起動(dòng)時(shí)取最大值，運(yùn)轉(zhuǎn)中取最小值。首先按照耐磨性，根據(jù)螺紋中徑的設(shè)計(jì)公式：由梯形螺紋，(2.8)F為軸向壓力200000N，取?=2.1，[p]取25N/mm2則可得螺紋中徑d249.377mm由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四篇第1章GB/T5796.3—2005梯形螺紋參數(shù)表，可選擇d=55、P=9、d2=50.5、D4=56、d3=45、D1=46的第二系列梯形螺紋，加工精度選用中等精度。由此得出電動(dòng)螺旋千斤頂?shù)幕瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)各個(gè)尺寸為：牙型角α=30°牙側(cè)角β=α/2=15°外螺紋大徑：dd=55mm螺距:PP=9mm牙頂間隙：acp=6-12時(shí)ac=0.5取ac=0.5mm基本牙型高度：H1H1=0.5P=0.5x9=4.5mm外螺紋牙高:h3h3=H1+ac=0.5P+ac=4.5+0.5=5mm內(nèi)螺紋牙高：H4H4=H1+ac=0.5P+ac=4.5+0.5=5mm牙頂高：ZZ=0.25P=0.25x9=2.25mm外螺紋中徑：d2d2=d-2Z=55-4.5=50.5mm內(nèi)螺紋中徑:D2D2=d-2Z=55-4.5=50.5mm外螺紋小徑：d3d3=d-2h3=55-2x5=45mm內(nèi)螺紋小徑：D1D1=d-2H4=55-2x5=45mm內(nèi)螺紋大徑：D4D4=d+2ac=55+2x0.5=56mm牙根部寬度：bb=0.65P=0.65x9=5.85mm螺母高度H:H=?d2=2.1x50.5=106.05mm,取H=107mm.螺紋圈數(shù)n:n=H/P=107/9=11.89圈對(duì)參數(shù)進(jìn)行列表，見(jiàn)表2.3表2.3螺紋參數(shù)列表名稱表示參數(shù)牙型角α30°牙側(cè)角β15°外螺紋大徑d55mm螺距P9mm牙頂間隙ac0.5mm基本牙型高度H14.5mm外螺紋牙高h(yuǎn)35mm內(nèi)螺紋牙高H45mm牙頂高Z2.25mm外螺紋中徑d250.5mm內(nèi)螺紋中徑D250.5mm外螺紋小徑d345mm內(nèi)螺紋小徑D145mm內(nèi)螺紋大徑D456mm牙根部寬度b5.85mm螺母高度H107mm螺紋圈數(shù)n11.89圈對(duì)自鎖性進(jìn)行校核：螺紋升角：=arctan=arctanEQEQ=3°14′54″(2.9)查詢表格2.2得：鋼和青銅的摩擦因數(shù)?=0.08~0.10,取0.09，根據(jù)公式2.18=arctan=arctan（0.09/cos（15°））=5°19′23″(2.10)由上式可知＜，可以自鎖。2.3.2螺桿的強(qiáng)度計(jì)算絲杠工作時(shí)會(huì)受到軸向負(fù)荷F的影響，因此絲杠的危險(xiǎn)截面的計(jì)算極限可以通過(guò)理論力學(xué)的第四強(qiáng)度理論求出，以及求出所需要的強(qiáng)度條件(2.11)或(2.12)螺桿材料的許用應(yīng)力見(jiàn)表2.4。計(jì)算驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩：螺旋副間的最大摩擦力矩為：由機(jī)械設(shè)計(jì)5.4式知T1=EQ\f(1,2)d2Ftan(+)(2.13)=（3°14′54″+5°19′23″）=744638.42N·mm絲杠強(qiáng)度計(jì)算：（1）由手冊(cè)查的螺桿許用應(yīng)力可取。（2）根據(jù)表2.3可查得：其中為螺紋小徑45。(2.14)根據(jù)計(jì)算得出絲杠強(qiáng)度滿足要求。2.3.3螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算螺紋嚙合與接觸危險(xiǎn)截面的剪切強(qiáng)度校核公式為：(2.15)螺紋牙根部處的彎曲強(qiáng)度條件為：(2.16)其中D表示螺母螺紋大徑，b表示牙根部厚度(mm)；在本設(shè)計(jì)中，可由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，梯形螺紋，。螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa，由表2.4查得。[τ]螺母材料的許用切應(yīng)力，MPa，由表2.4查得。其余符號(hào)的意義和單位和以前一樣。螺母材料選擇ZcuAL9Fe4Ni4Mn2，查表2.4得：螺母許用彎曲應(yīng)力：，根據(jù)設(shè)計(jì)選擇50Mpa表2.4滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力螺母許用剪切應(yīng)力：，根據(jù)設(shè)計(jì)選擇35Mpa校核螺母螺紋的彎曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度：根據(jù)牙寬b=0.65P=5.85mm和牙型高：=4.5mm帶入公式中，得出螺母的彎曲強(qiáng)度(2.17)螺母的剪切強(qiáng)度：(2.18)經(jīng)檢驗(yàn)校核，螺母的彎曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度都滿足要求。2.3.4螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算螺桿的穩(wěn)定性條件為(2.19)計(jì)算柔度絲杠傳動(dòng)中，查表2.5知，可確定千斤頂長(zhǎng)度系數(shù)μ=2，因工作高度mm；螺桿危險(xiǎn)截面慣性半徑mm。螺桿最大工作長(zhǎng)度為180mm，根據(jù)柔度計(jì)算公式γ===54.2C(2.20)計(jì)算臨界載荷201186.91mm(2.21)因?yàn)?，因?2.22)(2.23)所以穩(wěn)定性滿足要求。表2.5螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)μ第3章蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.1蝸輪蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)使用正交設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿傳動(dòng)的方式，其特點(diǎn)在于:以蝸桿軸承作為主元件，以蝸輪結(jié)構(gòu)作為從動(dòng)元件，利用蝸桿軸承的驅(qū)動(dòng)，使蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向變換到某個(gè)特定的部位，進(jìn)而完成交錯(cuò)軸驅(qū)動(dòng)的作用，使其具備良好的可靠性與可操作性；（1）通常，i的傳動(dòng)效率能夠提升至5~80，而且當(dāng)采用分度結(jié)構(gòu)時(shí)，其效率會(huì)進(jìn)一步提升。（2）蝸輪蝸桿傳動(dòng)具有優(yōu)異的低沖擊振動(dòng)性和平穩(wěn)性，并且能夠使噪音得到有效地降低。（3）假如蝸桿的螺旋升角低于它與嚙合表面之間的摩擦力，那么它將具有自我保護(hù)功能，從而大大提高了傳輸?shù)男?。?）通過(guò)優(yōu)化的蝸桿與蝸輪的結(jié)構(gòu)，使其具有出色的耐磨損、耐沖擊、耐振蕩等特點(diǎn)，從而確保其具有良好的抗彎性。3.2蝸桿傳動(dòng)的類型蝸桿傳動(dòng)技術(shù)可以分為圓柱形和環(huán)形兩種，其中圓柱形蝸桿傳動(dòng)具有兩種不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而環(huán)形蝸桿傳動(dòng)則具有更多的優(yōu)勢(shì)。3.2.1普通圓柱蝸桿傳動(dòng)一般來(lái)說(shuō)，圓柱形蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)包括阿基米德蝸桿、漸開(kāi)線蝸桿、法向直廓蝸桿和錐形包絡(luò)圓筒蝸桿[8]，它們各自具有不同的特性，可以滿足不同的應(yīng)用需求。這種設(shè)計(jì)一般采用漸開(kāi)螺旋面的漸開(kāi)線蝸桿，通過(guò)查閱資料可以得出其端面齒廓呈漸開(kāi)形狀，并且在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。3.2.2圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)圓柱體蝸桿傳動(dòng)是一類擁有極高效的嚙合傳動(dòng)系統(tǒng),其線的運(yùn)動(dòng)能夠顯著的提高傳動(dòng)效率，通常超過(guò)百分之八十，同時(shí)能夠承載更高的載荷。3.3蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇3.3.1蝸桿傳動(dòng)選型依據(jù)GB/T10085-1988的規(guī)定，可以選擇漸開(kāi)線蝸桿（ZI）3.3.2選擇蝸輪蝸桿材料為了滿足千斤頂?shù)牡退龠\(yùn)轉(zhuǎn)需求，選用四十五鋼作為蝸桿材料，并對(duì)其與蝸輪螺旋嚙合的齒面進(jìn)行淬火處理，以確保其硬度達(dá)到45~50HRC，以適應(yīng)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。由于需要工具具有良好的耐磨性和強(qiáng)度，選擇鑄錫磷青銅（ZCuSn10P1）作為蝸輪材料。3.3.3蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)根據(jù)蝸輪蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟，先由齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)出蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)，再對(duì)蝸輪的齒根進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算[9]。(3.1)（1）計(jì)算蝸輪轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)蝸桿為雙頭，所以=2，設(shè)計(jì)效率=0.8，(3.2)（2）載荷系數(shù)K根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取載荷分布不均系數(shù)=1，使用系數(shù)=1.15，動(dòng)載荷系數(shù)=1.05則載荷系數(shù)K的計(jì)算為(3.3)（3）彈性影響系數(shù)蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別選用鑄錫磷青銅的蝸輪和四十五鋼蝸桿進(jìn)行嚙合傳動(dòng)，查表可選取=160MPa1/2（4）接觸系數(shù)假定/a=0.35，可以根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖11.18查得=2.9。（5）許用接觸應(yīng)力[]根據(jù)蝸桿軸承傳動(dòng)時(shí)的硬度和蝸輪機(jī)構(gòu)的材質(zhì)，通過(guò)設(shè)計(jì)手冊(cè)表11.7中查得蝸輪的許用接觸應(yīng)力[]′=268MPa。則蝸輪工作的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：(3.3)蝸輪工作的壽命系數(shù)：(3.4)(3.5)（6）蝸輪與蝸桿的中心距：(3.6)從機(jī)械設(shè)計(jì)課本表3.2蝸桿參數(shù)選擇中，取中心距為180mm，表中對(duì)應(yīng)模數(shù)為5，選取蝸桿分度圓直徑為50mm。可計(jì)算出直徑與中心距之比/a等于0.332，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)圖11.18中可知接觸系數(shù)′=2.7，由此可得：′<=2.9。設(shè)計(jì)無(wú)誤。3.3.4蝸桿與蝸輪的參數(shù)計(jì)算（1）蝸桿的參數(shù)計(jì)算分度圓直徑=50mm其直徑系數(shù)確定為q=10；由機(jī)械制造手冊(cè)查得，我國(guó)規(guī)定的齒高系數(shù)：當(dāng)m大于1，=1，；c=。齒頂圓直徑，=60mm；齒根圓直徑，=37.5mm；分度圓導(dǎo)程角γ=11°18′36″；設(shè)計(jì)為右旋；蝸桿軸向的齒厚=mm。（2）蝸輪的參數(shù)計(jì)算蝸輪齒數(shù)=41；變位系數(shù)；驗(yàn)算傳動(dòng)比i=z2/z1=41/2=20.5，這時(shí)傳動(dòng)比誤差為(20.5-20)/20=0.025=2.5%誤差在允許范圍內(nèi)。蝸輪分度圓直徑蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓直徑蝸輪咽喉母圓半徑3.3.5齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核(3.7)當(dāng)量齒數(shù)(3.8)螺旋角系數(shù)(3.9)許用彎曲應(yīng)力(3.10)鑄錫磷青銅材料的蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力′=56MPa.蝸輪的壽命系數(shù)(3.11)(3.12)(3.13)所以,蝸輪計(jì)算的扭轉(zhuǎn)能力已經(jīng)達(dá)到了載荷標(biāo)準(zhǔn)。3.3.6實(shí)際傳動(dòng)效率(3.14)已知=18°11′36″，=arctan；根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度可計(jì)算(3.15)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課本表11.18中用插值法查得=0.0218，=1.1517；代入式中得=0.86，大于預(yù)先設(shè)定效率0.8。滿足要求。3.3.7精度等級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)是由微型直流電機(jī)作為動(dòng)力源的傳動(dòng)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)GB/T10089-1988中漸開(kāi)線蝸桿傳動(dòng)精度可以選擇為八級(jí)精度。表3.1漸開(kāi)線蝸桿傳動(dòng)基本尺寸和參數(shù)表3.2使用系數(shù)KA表3.3蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[σF]第4章螺旋千斤頂電機(jī)的選擇4.1電機(jī)類型選擇經(jīng)過(guò)深入研究，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)螺旋千斤頂?shù)乃欧姍C(jī)種類繁多，包含微小直流電器、微小交換發(fā)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)[10]，這幾種分別滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。由于我們選擇了低速運(yùn)行，所以我們選擇了微型直流電機(jī)。微型電動(dòng)機(jī)[11]具有體積小、功率低（輸出功率不超過(guò)三百瓦）的優(yōu)勢(shì)，它們?cè)诠I(yè)應(yīng)用中被廣泛使用，而且對(duì)性能和環(huán)境條件的要求也更加嚴(yán)格。微型直流電機(jī)是一種具有極高效率和緊湊尺寸的電動(dòng)機(jī)，它可以滿足各種復(fù)雜的應(yīng)用需求，尤其是在需要特殊安裝位置的場(chǎng)合[12]，它的優(yōu)勢(shì)更加明顯。微型直流電機(jī)具有靈活的變速能力，可以根據(jù)負(fù)載的變化而調(diào)節(jié)速度，從而實(shí)現(xiàn)最佳的啟動(dòng)扭矩，并能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)以滿足不同的負(fù)載需求。因此，我們決定使用微型直流電動(dòng)機(jī)。4.2蝸桿力矩計(jì)算通過(guò)計(jì)算蝸輪上的轉(zhuǎn)矩已知T2=在蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)中可得：=2，頭數(shù)為兩頭，根據(jù)式（3.14）計(jì)算的效率η=0.86，則由(4.1)(4.2)(4.3)可得：(4.4)(4.5)因此蝸桿所承受力矩4.3電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算因此根據(jù)上式可得：=0.1566取0.16又由于千斤頂工作速度為60rpm，所以蝸輪的工作速度為60rpm根據(jù)蝸桿計(jì)算可知道蝸桿的轉(zhuǎn)速為1200rpm故可知：電機(jī)轉(zhuǎn)速1200r/min根據(jù)式(4.4)可計(jì)算得：則可取=200w故可取200w的電機(jī)。4.4電動(dòng)機(jī)選擇電機(jī)型號(hào)：4GN50K（220GA）微型直流電機(jī)(GA表示中心軸旋轉(zhuǎn))額定電壓：DC220V額定功率：200w空載轉(zhuǎn)速：1500r/min負(fù)載轉(zhuǎn)速：1200r/min額定扭矩：50N·m額定電流：0.1A產(chǎn)品單重：0.2kg外形尺寸：L=90mm第5章結(jié)論本文的研究工作主要是關(guān)于重新設(shè)計(jì)手動(dòng)螺桿千斤頂機(jī)制,在此次產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,通過(guò)充分比較確定千斤頂?shù)挠昧蟍13]，并且采用200W輸出功率,具有力矩的微型直流電機(jī)牽引螺桿運(yùn)轉(zhuǎn),并利用與蝸輪蝸桿以20:1的驅(qū)動(dòng)比得到的力矩,并利用花鍵實(shí)現(xiàn)力矩的傳輸和引導(dǎo),使絲杠經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),同時(shí)進(jìn)行60r/min的水平回轉(zhuǎn)速率和9mm/s的垂直向上速率。來(lái)將重物頂起。當(dāng)我開(kāi)始設(shè)計(jì)的時(shí)候，我就已經(jīng)和老師一起深入地研究了機(jī)構(gòu)的特性，并且最終確定了最佳的結(jié)果。后來(lái)，我又得到了老師的專業(yè)指點(diǎn)，一步步地克服了難關(guān)，最終完成了三維建模和仿真。經(jīng)歷艱辛的努力，我最終成功地克服了對(duì)蝸桿渦輪畫(huà)法的困惑，并在自主學(xué)習(xí)、老師的指點(diǎn)下，掌握了機(jī)構(gòu)仿真的基本知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)了從頭開(kāi)始的夢(mèng)想。但是，在設(shè)計(jì)中還有其他不足的地方需要加以改進(jìn)，比如如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的有限元分析，在以后的學(xué)習(xí)生活中繼續(xù)不斷加以改善，以達(dá)到接近完美的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1]鄭文心,趙海玲.趙國(guó)水螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算[J].中國(guó)科技博覽,2011,(15).[2]陸海濤.基于優(yōu)化設(shè)計(jì)的螺旋千斤頂三維零件庫(kù)的建立[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2007(6).[3]張平,馬榮健.,王冬梅.懸掛式螺旋千斤頂?shù)氖褂门c維護(hù)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2006(9).[4]王奕.摩擦角與螺旋千斤頂[J].