一、緒論1.1千斤頂的概述千斤頂是一種用途廣泛的起重設備，其自身體積小，方便運輸，常在蓋樓、修車等地進行使用，按照原理分離，可以分為機械式千斤頂和液壓式千斤頂，機械式千斤頂又有兩種主要形式，螺旋式和齒條式，機械式千斤頂的重量輕，操作為全手動操作，通常用于機械修理方面的起重上，對于大型施工現場，其功能和特性并不適用；相對而言，液壓千斤頂是通過液體壓強的一致性來進行工作的，壓強大的一側的液體逐漸流向小的一側，在這個流動平衡的過程中達到起升的目的，工作中抬起的速度較慢，但是操作不需要人工一直進行，運行穩定，應用范圍很廣，不足之處是無法到達過高的高度，垂直升降速度慢。液壓干斤頂分為通用和專用兩類REF_Toc12977\r\h[1]。在進行預應力鋼筋混凝土主體構件施工過程中，液壓千斤頂可以通過一個專用的張拉裝置對預應力鋼筋進行強度張拉。通常分為兩類，整體式和分體式。千斤頂在工業中應用非常廣泛，如：工廠和交通運輸等單位車輛維護工作。本實用新型專利技術結構堅固、靈活、簡便，一個人就可以操作完成。千斤頂是一種占地小、使用方便的起重裝置，它以具有剛性的起重零部件為主要工作部位，通過頂部支架或底部支撐在短時間內將重物托起。千斤頂出口需要有產品質量許可證，沒有質量許可證的產品不允許出口。千斤頂可以根據其工作原理劃分為:1、螺旋千斤頂：由螺桿帶動剛性起重千斤頂或者螺桿帶動成剛性的起重托杯。2、齒條千斤頂：以增加齒條長度為主要支撐剛性并可提升支撐構件的齒條千斤頂。3、液壓千斤頂：是一種利用圓柱活塞作為頂舉的千斤頂，用途廣泛，操作方便。1.2意義在現實生活中，經常會遇到一些需要更換或修理的汽車，有的部分是在沒有起重設備的狀況下被起吊的。手工完成是非常困難的。此時千斤頂的重要之處就體現出來了。千斤頂也逐漸成為生活的一部分。例如，千斤頂用于提升重物，如鐵路車輛維修、橋梁架設、采礦、建筑工程和車輛設備。所以千斤頂技術的進步將或多或少的影響這些行業或部門的正常運行和以后的發展REF_Toc31035\r\h[2]。1.3國內外千斤頂行業的發展趨勢國外發展情況,在1940年左右，臥式千斤頂被用于汽車維修行業，但是由于技術不是很發達，千斤頂在設計上體積大，但工作能力不突出，使用操作復雜，往往需要多人同時操作，后來，隨著社會生活中使用的人員增加和技術的飛快進步；直到20世紀90年代末期，經過人們經驗的不斷總結和發明，才制作出了新式的千斤頂，充氣式千斤頂和便攜式千斤頂。便攜式液壓千斤頂使用最廣泛的地方是在鐵路中。另外它還有一種操作方式也就是被廣泛稱為TeuckJack的便攜式電動液壓千斤頂，用在現場快速方便地修復已經損壞的重型貨車電動轉向架的彈簧。國內發展情況,截止到目前，我國新型千斤頂制造技術研究起步比較遲，與國外先進科技的相互交流合作較少，在1980年左右開始正式接觸臥式千斤頂等，加之我國自己對其系列產品本身進行了優化設計和翻新更換，使其具備了比國外同類產品更加美觀、操作簡單、工作能力強大且使用壽命更長的優點，并迅速流入國外市場中；后經過我們使用場所的變更，設計思路的獨特創新，研發出了新型的液壓折疊千斤頂、剪式千斤頂等多種新型液壓式千斤頂，并被廣泛的研制投入使用；隨著工業現代化和汽車機械制造業及工業的不斷迅猛發展，對于小型千斤頂的應用需求增大，以及伴隨著市場競爭的日趨激烈和客戶的需求，千斤頂的設計和創新被不斷向前推進，以此來滿足各大行業中客戶對于千斤頂器械的需求。如今，在工地上，很多機械設備代替了人工參與工作，所以工人們也更愿意操作機器來完成任務，因此對于千斤頂的發展方向，應該為體積小巧的，便于運輸的，操作過程簡單的，最好由兩到三人可以順利完成的這樣一種目標為前進方向REF_Toc29222\r\h[3]。1.4操作方法機械起重千斤頂采用的設備是一臺手動式機械起重機。它的結構緊湊，合理地充分利用了齒輪搖桿式的擺動功能來實現驅動一個小齒輪的高速轉移。通過一對園錐式齒輪傳動回轉齒輪帶動回轉螺桿快速回轉，推動提升機的套筒，使得承載重物在高空快速上升或下降REF_Toc16496\r\h[4]。使用前，必須要認真檢查千斤頂的位置是否正常靈活，添加一定量的車輪油，對待起重的設備或者場合進行重量的估算，選擇型號和其中噸位合適的機器來進行工作，防止工作時超載造成無法逆轉的損失。調整搖桿上支撐齒，首先順時針方向旋轉一下振動升降搖桿，使得升降套筒可以快速地上下提高振動，進而對重物進行升降操作，將轉動手柄前段插入搖桿的孔中，上下反復移動，向上移動物體，在工作過程中當看到升降套筒上的紅色警告線時，停止移動升降器手柄；需要向下下降的時候，反方向調整支撐齒，物體就開始向下下降。

二、千斤頂的設計及工作原理2.2螺旋傳動的應用及類型螺旋傳動是通過利用螺桿和螺母兩種部件組合而成的螺旋副來進行傳動實現的，其目標就在于把螺旋式運動改為一條直線式運動，進而傳遞動力，其具備結構緊湊、精度高、穩定性強、容易快速啟動和電機自鎖等特殊的功能，在如今的千斤頂中的應用十分廣泛。1、根據螺桿和螺母的相對運動中動力傳動的關系，螺旋傳動主要可以分為四種相對運動形式REF_Toc28931\r\h[5]：①螺母固定，如圖3-1(a)所示，螺桿軸在轉動前后均可移動。這種設置結構簡單，但是所需工作空間要大；常見的設備如螺旋壓力機、螺旋千斤頂等。②當螺母旋轉時，如圖3-1(b)所示，當螺桿做出一條直線的運動時，螺桿上應配備一個預先安裝好的防止旋轉機構。螺母轉動時要設置軸承，結構復雜，螺桿行程占據尺寸，所以很少使用。③螺母在水平面上高速旋轉并沿著直線方向移動，如圖3.1（c）所示，由于兩端螺桿被固定，所以其運動結構相對簡單，缺點在于工作精度不高。例如一些小型鉆機使用了這種方式。④如圖3-1(d)所示，其中螺桿旋轉，螺母直線運動，所需工作空間小，適合于長行程螺桿；常見的有刀架移動機構。圖2.1螺桿螺母傳動關系通過四種方式的對比，我們設計的螺旋千斤頂中選用圖（a）的模式，即螺母固定式。2、根據傳動形式的用途可以將螺旋傳動分為三種類型。①傳動螺旋。它以傳遞動力為主，需要較小的軸向扭矩從而能夠產生較大的軸向傳遞推動力，以有效的克服其工作時的軸向阻力，例如各類升降或壓緊裝置的螺旋。這種不同類型的傳力螺旋主要的特點是能夠承受較大的軸向傳動力，通常都主要是在間歇狀態下工作，工作持續時間短，工作運行速度低，通常都是因為需要它有一定的自鎖能力。②傳導螺旋。以傳遞動力為主，其要在一段時間內持續工作，工作中速度較高，有較高的傳動精度，例如：機床上進給機構的螺旋。③調整螺旋。用于調整零件之間的相對位置，要求必須能夠自鎖，例如：帶傳動的張緊固定裝置。通過上述對比，我們在本次設計中采用的螺旋千斤頂運用的是傳導式螺旋的傳動類型。在螺旋千斤頂工作時，因為螺桿和螺母的配合是通過螺紋進行的，在不斷的工作中，這個部位持續受到不可逆的磨損，因此滑動螺旋的基本尺寸的確定一般都參照耐磨性參數來進行的REF_Ref633\r\h[6]。千斤頂中主要的受力部件為螺桿和與螺桿連接的螺母，因此主要計算螺桿和螺母。表2.1幾種不同型號的千斤頂的相關參數型號額定起重量（t）最低高度（mm）起升高度（mm）手柄作用力（n）手柄長度（mm）自重（kg）0.51101801201502.5131.62002004.83.22001101005006

三、螺桿的設計計算托杯2-手臂3-銷4-手柄5擋環6-螺套7-螺桿8-螺釘9-底座圖3.1千斤頂的剖視圖3.1螺桿的設計螺桿作為千斤頂的主要部件，其材料選用鋼制造，并且要選用梯形螺紋，因為梯形螺紋內外兩條螺紋通常是與錐體表面相貼緊并且不容易松動，承載能力大，方便加工，當螺桿全部旋出升到頂部位置的時侯,它的受力狀況是最為不利的,同時承受壓力及轉距，所以按照抗壓強度進行設計，按壓桿穩定性及自鎖條件進行校核REF_Ref763\r\h[7]。表3.1螺桿和螺母常用的材料螺紋副材料應用場合螺桿Q23545輕載、低速傳動、材料不進行熱處理高載、較高速。材料需經熱處理，以提高耐磨性精密傳導螺旋傳動。材料需要經過熱處理螺母

一般傳動

重載、低速傳動、小型或輕載高速傳動,制造材料通常為鋼2.1千斤頂的分類和相關原理千斤頂類型很多，我們可以根據使用千斤頂的場合或者工作中的位置來將其分類，分為普通螺旋千斤頂，鉤式螺旋干斤頂和剪式螺旋干斤頂。我們在這里主要介紹兩種類型的千斤頂，液壓千斤頂和螺旋千斤頂。螺旋千斤頂,在施工過程中，由人力進行操作控制，人工是通過螺旋副的傳動，螺桿與螺母之間的配合而成為主要的頂舉部件。其優勢在于結構簡單，通過適當的操作和學習即可掌握其使用方法，是一直使用在各個工地和汽車行業中的不可或缺的工作機械，并延續至今，但其抬起效率不高，往往一次升起操作后還需要較長時間的回落，才能完成一次頂起工作，早前工人使用的千斤頂不具備自鎖功能，在工作中需要隨時注意，不可突然松手，經過改進后，現在的螺旋千斤頂內部具備了制動功能，在操作中，可以做到暫停功能，但要注意操作安全；如今螺旋千斤頂能頂起重量可達100t以上，且依然是普通施工現場的常用機械，其成本較低，工作壽命能滿足大多數的使用場合。液壓千斤頂,作為千斤頂進步的典型，其具備了普通螺旋千斤頂沒有的功能，其原理是帕斯卡原理，工作通過對活塞和液體的壓力控制閥進行，其升起和回落過程都非常穩定，而且具備自鎖能力，其操作可以通過人工進行，還可以在安全的情況下通過電力進行驅動，可以分為整體式和分離式兩種，不同的場合使用不同的機型；其結構緊湊，但組裝并不復雜，其最大起重重量為螺旋千斤頂的10倍左右，多應用于橋梁施工的場合，或者高架橋等地段，在使用液壓千斤頂時可以在千斤頂上安裝一個壓力表，在工作中時刻關注壓力的變化，不宜進行大強度工作，工作強度大會使得內部溫度升高，造成起始壓力和工作中的不可控情況，容易發生意外。3.2螺桿直徑的計算根據耐磨性情況確定螺桿的中間直經.求出后，根據準選擇相應的公稱直徑螺距和其他尺寸REF_Ref1109\r\h[8]。對于螺母而言，因工作磨損后，其間隙無法修復，為不可逆損耗，因此可以認為受力相對均勻，螺紋的工作圈數范圍為，本次取，螺桿和螺母分別以鋼材和青銅作材質進行制作，因為滑動速度比較低，許用壓力[P]為。取[P]=20。

表3.2許用壓強[P]螺紋副材料滑動副速度許用壓強鋼對青銅低速18-2511-186-127-101-2鋼-耐磨鑄鐵6-126-8鋼-鋼低速7.5-13（啟動時取摩擦系數的最大值，校核是為了安全起見，應以開始時為準，由f值，?。┐耄?3.1)得：根據GB/T5796.3-2005，螺紋大經：，由：（3.2）推出：P=6.88mm，則：螺距：螺紋小徑：，螺紋中經：（3.3）螺紋根部厚度：（3.4）螺紋工作高度：（3.5）螺桿膨大部分長度：(3.6)取（3.7）取54mm（3.8）取19mm螺桿長度：（3.9）3.3自鎖性的校核需要自鎖額螺旋傳動的物體，應該先檢查它能否通過自鎖條件，即：，式中為螺紋中經處升角；為當量磨擦角（當量磨擦角，為了保證自鎖，螺紋中經的升角最少要比當量摩擦角小1°）（3.10）式中，為螺紋副的當量摩擦系數表3.3螺旋傳動螺旋副的當量摩擦材料鋼和耐磨鑄鐵鋼和鑄鐵淬火鋼和青銅0.1~0.120.12~0.150.06~0.08，取啟動時計算用的最大值：（3.11）（3.12）因此，，所以自鎖性可以保證REF_Toc17247\r\h[9]。3.4螺桿的的結構圖3.2螺桿簡圖如上圖3.2所示，螺桿的上端是用來支撐托杯的，并且還用來連接手柄，因此對于其直徑的設計應該增大；為了方便切割螺母內部的螺紋，退刀槽的直徑比螺桿的小徑小0.4mm左右，其寬度為；為了讓螺桿更好的進入螺母中，可以在螺桿的下端設置倒角，為了更好的與螺母配合，在工作時，為防止螺桿從螺母脫落，應該在螺桿下端和螺母連接時加裝一個擋圈，材質為鋼材，擋圈的固定可以加裝緊定螺釘，將其固定在螺桿的底部，并在這些滑動表面之間填充潤滑劑，以減少螺桿和螺母的螺紋工作表面之間以及杯托底面和螺桿支撐的端面之間的摩擦和損耗REF_Ref1410\r\h[10]，這里提到的尺寸如下：退刀槽寬度為1.5P=9mm退刀直徑：（3.13）（3.14）螺栓外徑為0.25×32=8mm3.5螺桿強度計算在軸向運動力和轉矩的作相互用下，螺桿在危險截面上運動產生的具有拉(壓)應力和扭轉切應力；根據第四強度理論，螺桿危險面和橫縱向截面的第四強度應力校正操作方法描述如下： （3.15）式中：為螺桿螺紋的小徑，單位為mm，為螺桿的許用應力，單位，T為螺桿所受轉矩，可由公式計算：（3.16）其中扭矩：（3.17）式中：為螺紋中經處升角，為當量摩擦角。通過查GB/T699-1999可知,45鋼的=355，安全系數，取3由上得，，所以（3.18）因此，應該采用較大的螺紋，GB/T5796.3-2005得：P=6mmd=32mm；D=33.00mm；；校核后，得：滿足要求。3.6螺桿穩定性計算要對螺桿的穩定性就行校核驗證，螺桿穩定時的條件為：（3.19）上列式中，使穩定性安全的系數，對于傳導螺旋來說選擇螺桿的柔度大小與臨界載荷的大小有關，，為螺桿長度系數，和螺桿端部機構有聯系，為抬起重物時，杯底到螺母中部的長度，數值為：（3.20）式中：i是螺桿危險截面的慣性半徑，危險截面面積，則（為螺桿危險截面的軸慣性矩）當時，根據歐拉公式計算，即（3.21）當時;對的碳素鋼（如Q235、Q275)（3.22）當時，對的優質碳素鋼（如Q355、45)（3.23）當螺桿的柔度時，無需校核穩定性。3.6.1螺桿危險截面的軸慣性矩和i（3.24）（3.25）3.6.2托杯杯底到螺母中間的高度（3.26）（3.27）3.6.3計算柔度由表3.4得取2（一端固定，一端自由）E取200GPa（3.28）所以需要校核表3.4長度系數的選擇螺桿端部結構兩端固定0.5一端固定，一端不完全固定0.6一端固定，一端自由2一端固定，一端鉸支0.7兩端鉸支1注：選用滑動支承時：I是支承長度,d是支承孔的直徑，,<1.5較支；l/d=沒有完全固定；相對固定；選用滾動支承時：僅僅只有徑向約束時為餃支；徑向和軸向都是固定的。3.6.4穩定性計算臨界載荷：(3.29)穩定性計算：(3.30)穩定性滿足要求。3.6.5擋圈參數選擇底端擋圈：根據GB-T892,由d=32，得：頂端擋圈：根據GB-T892,由，得：圖3.3螺桿受力圖

四、螺母的設計與計算4.1螺母的選擇材料一般情況下，螺母由青銅材質制成，對于形狀和尺寸相對大的螺母，我們可以選擇其用鋼或者鑄鐵來制作；在這里我們選擇青銅材質，化學表示為：ZCuSn10Pl螺母有一下的破壞形式：（1）螺紋牙磨損及壓根彎折；（2）螺母懸置部分被拉斷；（3）螺母凸緣支撐表面被擠壞凸緣根部彎折或剪斷所以在計算時，首先要根據螺紋牙的耐磨性和抗彎強度來確定螺母的螺紋工作圈數u和螺母的高度H，之后再進行后部計算REF_Ref1540\r\h[11]。4.2螺母高度H及螺紋工作圈數對于螺母的使用，我們要考慮其在工作后的磨損情況，因為磨損是一種不可逆的損耗，螺母經常用在小載荷情況下，剪切精度低的場合，為了讓螺母在工作中受力均勻，其自身的螺紋的工作環數不能過多。值根據螺母的結構取得，為使螺母上受力情況分布均勻，可取；在螺母承受較大的力時，其取值發生變化，?。划攤鲃泳雀呋蛘咝枰m當延長使用壽命時，允許為最大值情況，這里我們選取2。則計算螺母高度：(4.1)螺紋工作的圈數：(4.2)P為螺距，在車工加工時由于退刀槽的影響，螺紋的實際圈數應該：（應是整數）。因此，螺紋真實工作的圈數應為圈數應取整，取10當螺桿和螺母受載荷作用時，每圈的受力情況是從上到下依次遞減的，為了防止過度的應力集中，螺紋圈數越多，載荷分布越不均勻，所以u不宜大于10，而計算出來的結果為10圈，明顯不符合要求。因此，必須重新設計分析，為了減少工作圈數，就要增加螺紋的受力面積，只要增加螺釘和螺母的直徑即可，因此，將螺母的參數從重新調整如下：，圓整圈，符合要求。得：螺母實際高度應為:(4.3)4.3校核螺紋牙強度一般情況下螺母的材料強度要比螺桿低，所以只要校核螺母螺紋牙的強度就行REF_Toc4696\r\h[12]。4.3.1螺紋牙受到的剪切力和彎曲強度計算螺紋牙彎曲強度的和剪切強度應該滿足的條件如下：螺紋牙危險截面的剪切強度條件為；(4.4)螺紋牙危險截面的彎曲強度條件為(4.5)（表示螺紋牙根的厚度，且；D為螺母的螺紋大徑；為彎曲力，）

表4.1許用應力項目許用應力/鋼制螺桿為材料的屈服極限/螺母材料許用彎曲應力許用切應力青銅耐磨鑄鐵40鑄鐵40鋼通過查閱國家標準可知，（梯形螺紋），h=0.5p根據上表取30-40Mpa，取40-60Mpa，故：(4.6)(4.7)皆滿足要求。4.4安裝要求螺母在底座安裝完成后要直接伸入底座上預留的一個小孔中，圓柱與底座孔之間的連接和配合通常由或制成，為了在安裝螺母時更加方便，在制作螺母時將其下端和底座孔相互接觸的部分做成倒角，相互配合，安裝完成后加裝一個緊定螺釘，為了實現更好的固定，其直徑的大小在6-12mm范圍內選擇，具體數值根據起重的質量選定。螺母的相關尺寸：內螺紋小徑：=26mm螺母外徑：，螺母凸緣厚度：，，；螺母凸緣厚度：，取a=13mm。圖4.1螺母簡圖

五、其他部件的計算5.1托杯的設計計算5.1.1托杯的尺寸計算托杯是用來支撐重物的，其材質可選擇Q235鋼來制成，其圖示如下5.1，為了讓托杯與重物接觸后不發生相對滑動的情況，在其表面加工一個有切口的溝紋，并在螺桿的上端添加一個擋板，起到雙重保護作用，當然，在工作前還有對接觸面進行適當潤滑，防止工作中的過度磨損REF_Toc1500\r\h[13]。根據公式:(5.1)式中：[P]表示許用壓強，采用托杯與螺桿材料的較小者。；45鋼：取(5.2)(5.3)(5.4)故:(5.5)(5.6)托杯厚度，此處取杯底厚度為；溝紋寬度為；溝紋深度為；托杯高度為；為了使在工作中托杯能正常運轉，在螺桿頂端的墊片要與托杯的底部保留出一點縫隙，因為這里的承載能力較低，間隙值的大小約為3mm。圖5.1托杯5.2手柄的設計計算5.2.1手柄的材料選擇材料：常用型號為Q235和Q215的鋼材，這里我們選擇Q235鋼。5.2.2手柄的長度Lp扳動手柄的力矩：(5.7)則：(5.8)式中：K表示工作間歇工人的臂力，約為200N，隨著工作時間的變長，約為150N，通常間歇工作，工時長機會少，所以這里一般取200N。-螺旋副間的摩擦阻力矩，(5.9)-托杯與軸端支承面的摩擦力矩，f取0.06(5.10)則：(5.11)手柄的長度Lp：螺桿中心到工人工作時手柄的長度，其次還要將螺桿頭部的尺寸長度計算在內，因此手柄的真實長度應該是：由于手柄的長度不會超過千斤頂，因此在實際進行設計時應該在手柄上加裝一個結構簡單的套筒。則手柄的實際長度為：(5.12)5.2.3手柄的直徑dp將手柄的形狀看做懸臂梁，通過彎曲強度來計算手柄的直徑dp，應滿足如下條件(5.13)故：我們這里的直徑dp取26mm。式中：表示手柄材料許用彎曲應力，當手柄材料為Q235時，圖5.2手柄5.3擋圈將手柄都安裝在螺桿上端留下的孔當中，為保證手柄不會滑出孔外，能在手柄兩端的位置上都添加擋圈，并且使用螺釘將其固定??；通過上文的計算，手柄的直徑是，根據GB891-86可知：M6×165.4底座設計通過查閱機械設計手冊可知，底座的成型材料要根據其功能和性質決定REF_Toc10603\r\h[14]，我們選用HT150-HT200的灰鑄鐵做原材料進行制作，其中型號為HT150的材質較適合在低速重載荷的情況下使用，其抗彎曲強度為240MPa，抗拉強度達到190MPa。鑄件的厚度記為：，其值一般大于13mm，在這里我們取；為了增加底座的穩定性，我們可以選擇增大底座的周長尺寸，它應該做成1：10的斜度的形狀。底座形狀大小如圖：(5.14)(5.15)(5.16)(5.17)