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机械设计螺旋传动设计(千斤顶) 机械设计中的螺旋传动设计是机械工程中的重要组成部分，螺旋传动主要利用螺旋杆和螺母的相对运动来实现精确的直线运动和转动的传递。
千斤顶作为一种简单的机械装置，能够实现顶起重物的功能，其机械结构中就应用了螺旋传动的设计。
下面将对螺旋传动设计和千斤顶的设计进行详细的介绍。
一、螺旋传动设计1.螺旋传动的结构螺旋传动主要由螺旋杆、螺母、轴承、密封件等组成。
其中，螺旋杆是主要传动元件，它通过与螺母的相对运动来传递动力。
螺母与轴承配合，实现螺旋杆的旋转运动转化为直线运动。
密封件用于防止润滑油的泄漏和灰尘的进入。
2.螺旋传动的特点螺旋传动具有以下特点：（1）可以实现无间隙的传动，传动精度高；（2）传动效率较高，且能够实现准确的直线运动和转动的传递；（3）结构简单，使用维护方便，适用于各种不同的工作环境；（4）能够在恶劣的环境下工作，如高温、低温、强磁等环境。
3.螺旋传动的应用螺旋传动广泛应用于各种机械装置中，如：（1）千斤顶：用于顶起重物，实现重物的提升和支撑；（2）螺旋压力机：用于压制各种材料，如金属、木材、塑料等；（3）螺旋输送机：用于输送物料，如煤炭、粮食、化工原料等；（4）螺旋式搅拌器：用于液体的搅拌和混合。
二、千斤顶的设计千斤顶是一种简单的机械装置，能够实现顶起重物的功能。
其机械结构中应用了螺旋传动的原理。
下面将对千斤顶的设计进行详细的介绍。
1.千斤顶的结构千斤顶主要由底座、螺旋杆、螺母、顶盘、安全阀等组成。
其中，底座是千斤顶的基础，用于支撑整个装置；螺旋杆是主要的传动元件，用于传递动力；螺母与螺旋杆配合，实现旋转运动转化为直线运动；顶盘是千斤顶的顶升部分，用于支撑重物；安全阀用于控制千斤顶的顶升高度和防止过载。
2.千斤顶的工作原理千斤顶的工作原理如下：（1）将重物放置在顶盘上；（2）旋转螺旋杆，带动螺母向上移动，从而将重物顶起；（3）当顶盘到达一定高度时，安全阀自动打开，防止过载；（4）当需要下降重物时，只需旋转螺旋杆，使螺母向下移动即可。
滚珠螺旋传动设计基础
滚珠螺旋传动是一种广泛应用于工业领域的机械传动方式，具有传递大扭矩、高精度、可靠性高等优点。
本文将介绍滚珠螺旋传动的基本概念、结构设计、选型计算方法及应用案例等方面的内容，旨在为工程师们提供滚珠螺旋传动设计的基础知识和技术指导。
涉及的主要内容包括：
1. 滚珠螺旋传动的基本概念，如滚珠丝杠、螺母、导轨等的定义、结构特点及作用等。
2. 滚珠螺旋传动的结构设计，包括传动副的布置形式、滚珠丝杠和螺母的几何参数设计、支撑结构设计等。
3. 滚珠螺旋传动的选型计算方法，包括传动比的计算、扭矩传递计算、动力学分析等。
4. 滚珠螺旋传动应用案例的介绍，包括机器人、数控机床、精密仪器等领域的应用实例。
通过本文的学习，读者将了解滚珠螺旋传动的基本原理和设计方法，能够进行滚珠螺旋传动的结构设计和选型计算，并且能够应用滚珠螺旋传动解决实际工程问题。
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螺旋传动机构课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解螺旋传动机构的基本概念，掌握其分类和工作原理。
2. 学生能掌握螺旋传动机构的几何参数计算，并运用相关公式进行简单计算。
3. 学生了解螺旋传动机构在工程实际中的应用，能分析其在不同工况下的优缺点。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析并解决螺旋传动机构相关的问题。
2. 学生能够设计简单的螺旋传动机构，并进行性能分析和优化。
3. 学生能够熟练使用相关绘图软件，绘制螺旋传动机构的示意图。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械传动领域的兴趣，激发其探索精神和创新意识。
2. 培养学生具备良好的团队协作精神和沟通能力，学会倾听、尊重他人意见。
3. 引导学生关注螺旋传动机构在工程实际中的应用，认识到学习机械知识的实用价值。
课程性质分析：本课程为机械设计基础课程，旨在帮助学生掌握螺旋传动机构的基本知识和应用技能。
学生特点分析：学生为高中年级学生，具备一定的物理和数学基础，对机械传动有一定了解，但缺乏深入的认识。
教学要求：结合学生特点和课程性质，将课程目标分解为具体的学习成果，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
同时，注重培养学生的创新意识和团队协作精神，为后续学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 螺旋传动机构的基本概念：包括螺旋传动机构的定义、分类及工作原理。
- 教材章节：第二章第二节“螺旋传动机构概述”- 内容列举：螺旋传动机构的类型、特点及应用场景。
2. 螺旋传动机构的几何参数计算：涉及螺旋角、导程、齿面宽度等参数的计算方法。
- 教材章节：第二章第三节“螺旋传动机构的几何参数计算”- 内容列举：螺旋角、导程、齿面宽度计算公式及示例。
3. 螺旋传动机构的应用分析：分析不同工况下螺旋传动机构的优缺点。
- 教材章节：第二章第四节“螺旋传动机构的应用分析”- 内容列举：不同工况下螺旋传动机构的设计要点及性能分析。
4. 螺旋传动机构的设计与优化：介绍设计方法和优化策略。
丝杠滚动螺旋传动设计和选用首先，设计丝杠滚动螺旋传动需要确定一些关键参数。
例如，传动比是指输入转矩与输出转矩的比值，需要根据实际应用需求来确定。
另外，还需要确定传动效率、传动精度和传动刚度等参数。
传动效率是指丝杠滚动螺旋传动中输入功率与输出功率的比值。
传动效率越高，传动损失越小。
一般来说，丝杠滚动螺旋传动的传动效率可以达到90%以上。
传动精度是指丝杠滚动螺旋传动的位置传动误差。
传动精度越高，位置误差越小。
传动精度受到丝杠的导程和滚珠螺旋传动副的精度的影响。
传动刚度是指丝杠滚动螺旋传动的刚性大小。
传动刚度越大，传动系统的抗载能力越强。
传动刚度受到丝杠和导轨的刚度的影响。
选用丝杠滚动螺旋传动时，需要根据实际应用需求综合考虑传动比、传动效率、传动精度和传动刚度等因素。
选择合适的丝杠滚动螺旋传动类型也是很重要的。
常见的丝杠滚动螺旋传动类型有滚珠丝杠传动和滚子丝杠传动。
滚珠丝杠传动由于滚珠与丝杠螺纹之间具有点接触而具有较小的摩擦，摩擦损失小，传动效率高，适用于高速传动。
而滚子丝杠传动由于滚子与丝杠螺纹之间具有线接触而具有更大的传动力和刚性，适用于高负载传动。
因此，在选用丝杠滚动螺旋传动时需要根据传动功率、负载大小以及传动速度等因素来选择合适的传动类型。
除了传动类型外，选用合适的丝杠和导轨也非常重要。
丝杠的导程决定了传动精度和速度。
导轨的刚度决定了传动系统的刚度和抗载能力。
在选用丝杠和导轨时，需要考虑工作环境、负载大小以及传动速度等因素。
同时还需要考虑丝杠和导轨的耐磨性和使用寿命。
总之，丝杠滚动螺旋传动的设计和选用需要根据实际应用需求来确定传动比、传动效率、传动精度和传动刚度等参数。
同时还需要选择合适的传动类型、丝杠和导轨来满足应用需求。
只有在综合考虑了这些因素之后，才能设计出满足要求的丝杠滚动螺旋传动。
滚珠螺旋传动设计滚珠螺旋传动是一种常见的机械传动装置，广泛应用于许多领域。
它的作用是将旋转运动转化为线性运动，并提供高效的传递力和精确的定位功能。
滚珠螺旋传动的基本概念是通过滚珠和螺旋形螺纹之间的接触来传递力量。
当螺旋轴旋转时，滚珠会沿着螺旋形螺纹的槽口运动，从而使工件或装置上的配合部件产生线性运动。
滚珠螺旋传动具有以下几个主要作用：转换运动：滚珠螺旋传动能够将旋转运动转化为线性运动。
通过旋转输入轴，滚珠会通过螺旋形螺纹的槽口移动，从而使输出轴或其它配合部件发生线性位移。
传递力量：滚珠螺旋传动通过滚珠与螺旋形螺纹的接触，能够传递大量的力量。
这使得滚珠螺旋传动在需要承受较大负载的应用中非常有用。
定位精确：滚珠螺旋传动能够提供非常精确的定位功能。
滚珠与螺旋形螺纹的槽口接触能够使传动装置或被传动的部件达到准确定位，从而实现精确的位置控制。
综上所述，滚珠螺旋传动在机械领域中具有重要的作用，它能够将旋转运动转化为线性运动，并提供高效的传递力和精确的定位功能。
滚珠螺旋传动是一种常用的机械传动方式，其工作原理和设计要点如下：工作原理：滚珠螺旋传动通过螺纹轴和滚珠螺旋嵌套在螺纹槽中的螺母之间的相互作用，将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动。
具体而言，当螺纹轴旋转时，滚珠螺旋滚动在轴与螺纹槽之间，使螺母沿着螺纹轴的轴线方向移动。
工作原理：滚珠螺旋传动通过螺纹轴和滚珠螺旋嵌套在螺纹槽中的螺母之间的相互作用，将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动。
具体而言，当螺纹轴旋转时，滚珠螺旋滚动在轴与螺纹槽之间，使螺母沿着螺纹轴的轴线方向移动。
设计要点：设计要点：螺纹轴和螺纹槽的设计应根据所需的负载、转速和运动精度确定。
滚珠螺纹的选择应考虑其材料、形状和尺寸，以确保传动的可靠性和效率。
螺母的设计应使其能够与螺纹轴和滚珠螺纹良好配合，并具有一定的运动准确性和刚度。
适当的润滑和密封措施是滚珠螺旋传动设计中的关键要点，以保证其运行平稳、寿命长。
第九节 螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用螺旋传动是用螺杆和螺母传递运动和动力的机械传动，主要用于把旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。
按相对运动关系，螺旋传动常用的运动形式有以下三种：1、螺杆原位转动、螺母移动，多用于机床进给机构；2、螺母固定、螺杆转动和移动，多用于螺旋压力机构中；3、螺母原位转动、螺杆移动，用于升降装置。
图a 螺杆转动，螺母移动 图b 螺母固定，螺杆转、移动 图c 螺母转动，螺杆移动按用途不同分为⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧→冰箱的地脚螺旋。
：电之间的相对位置。
例如—用于调整并固定零件—调整螺旋：。
千斤顶、螺旋压力机等得大的轴向力。
例如：，获用螺旋斜面的增力原理—主要以增力为主，利—传力螺旋：作台等进给机构。
刀架、工的直线运动。
例如：机床度，回转的运动精通常要求具有较高—主要用来传递运动，—传导螺旋：1、传动螺旋它以传递动力为主，要求用较小的转矩产生较大的轴向推力。
一般为间歇工作，工作速度不高，而且通常要求自锁，如千斤顶(图c)，搬动手柄对螺杆加一个转矩，则螺杆旋转并产生很大轴向力推力以举起重物。
左右螺旋提升机构也是一个主要的应用。
2、传导螺旋它以传递运动为主，常要求具有高的运动精度。
一般在较长时间内连续工作，工作速度也较高。
例如用于机床进给机构的传导螺旋，螺杆旋转，推动螺母连同滑板和刀架作直线运动。
机床进给螺旋 带传动用调整螺旋 3、调整螺旋它用以调整并固定零件或部件之间的相对位置。
一般不在工作载荷作用下转动，要求能自锁，有时也要求有很高的精度。
例如用于带传动张紧的调整螺旋。
在调整带的张紧力时，先松开螺栓，旋转调整螺旋，把滑轨上的电动机推到所需的位置，然后再将螺栓拧紧。
按摩擦性质不同分⎪⎩⎪⎨⎧↑↑↓。
润滑。
的高压油实现液体静压静压螺旋：靠外界输入便。
，但结构复杂，加工不滚动螺旋：，但摩擦大加工方便，利于自。
锁滑动螺旋：结构简单，ηηη滑动螺旋 滑动螺旋结构简单，便于制造，易于自锁，应用范围较广。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y机械设计大作业说明书方案大作业名称：螺旋传动设计设计题目：设计螺旋起重器（千斤顶）班级：1502402设计者：郑晨阳学号：05指导教师：赵小力设计时间：2017年10月19日哈尔滨工业大学目录一、设计任务书 (1)二、各部分尺寸计算及校核1、选择螺杆、螺母的材料 (2)2、耐磨性计算 (2)3、螺杆各部分尺寸计算 (2)4、螺杆强度校核 (2)5、螺母螺纹牙强度计算 (3)6、螺纹副自锁条件校核 (4)7、手柄设计 (4)8、螺杆的稳定性校核 (5)9、螺母外经及凸缘设计 (6)10、底座设计 (6)11、其他零件相关尺寸 (7)三、参考文献 (8)一、设计任务书设计螺旋起重器，简图如下1、螺旋起重器已知数据： 起重量F Q =40kN ， 最大起重高度H o =200mm （题号）。
2、设计要求：(1) 绘制装配图一张，画出起重器的全部结构，按照装配图要求标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏，编写技术要求。
(2) 对起重器各部分尺寸进行计算，对螺杆和螺母螺纹牙强度、螺纹副自锁性、螺杆的稳定性进行校核。
二、各部分尺寸计算及校核1、选择螺杆、螺母的材料螺杆采用45号钢，由参考文献[2]查得抗拉强度MPa 600b =σ，MPa 355s =σ。
螺母材料用铝青铜ZCuAl10Fe3（考虑速度低）。
2、耐磨性计算根据螺纹的耐磨性条件 []p hH d FP p s ≤=2π，引进系数2d H=ψ以消去H ，并且对于梯形螺纹，h =，因此得[]mm 0.27226.110408.08.032=⨯⨯=≥p F d ψ式中2d ——螺杆螺纹中径，mm ；F ——螺杆所受轴向力，即起重量，kN ；ψ——根据螺母结构选定，对于整体式螺母取ψ=~，此处取ψ=；[]p ——滑动螺旋副材料的许用压强，根据参考文献[1]中表，当螺杆和螺母副材料分别是钢和青铜且低速滑动时，许用压强[]p =18~25，此处取[]p =22 。
3、螺杆各部分尺寸计算按照耐磨性计算求出2d =，根据参考文献[3]中表，选取适当的公称直径d =30mm ，以及相应的螺距P =6mm 。
则螺纹牙的工作高度h ==。
再根据参考文献[3]表，当螺距P =6mm 时，外螺纹小径即螺杆小径1d ==；内外螺纹中径2D =2d ==。
因此6.455.256.12=⨯==d H ψmm 。
螺纹旋合圈数106.766.45≤===p H Z 。
4、螺杆强度校核螺杆断面承受轴向力F 和转矩T 的作用，其中F =40kN 。
螺杆所受转矩 2)tan(2dF T ρλ'+=其中 λ——螺纹升角，︒==8338.3arctan2d Pπλ。
ρ'——当量摩擦角，︒='='1427.5arctan f ρ。
将λ与ρ'代入转矩公式得mm N 5.9003925.28)09.0arctan 5.286tan(arctan10402)arctan tan(arctan322⋅=⨯+⨯⨯='+=ππd f d P F T式中 f '——螺纹副的当量摩擦系数，根据参考文献[2]中表，钢与青铜间当量摩擦系数界限为~，此处取f '=。
根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为[]σππσ≤⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2121321634d T d F 式中 []σ——螺杆许用应力。
根据参考文献[1]中表，钢材许用应力[]()5~3s σσ=， 此处取[]s σσ=。
其中屈服极限s σ可由机参考文献[3]中表查得45号钢s σ=355MPa ，则[]=σ。
由已有数据得[]118.3MPa MPa 150.845.265.900391635.2610404118.3MPa 163423223212132=≤=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=σππππσd T d F经验证，螺杆强度合格。
5、螺母螺纹牙强度计算螺母螺纹牙根部的剪切强度为[]τππτ≤=⨯⨯⨯⨯==MPa 32.146.79.33010403dbz F螺纹牙根部的弯曲强度为[]b 232b MPa 04.339.36.7303104033σππσ≤=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==dzb Fh 式中 d ——螺母螺纹大径，mm ；h ——螺纹牙工作高度，mm ；b ——螺纹牙根部厚，梯形螺纹的P b 65.0=，mm ；[]τ、[]b σ——许用切应力，根据参考文献[1]中表，青铜的许用应力范围为[]b σ=40~60，[]τ=30~40。
经验证，螺纹牙强度合格。
6、螺纹副自锁条件校核对于有自锁要求的螺旋，要满足条件ρλ'≤。
在螺杆强度校核过程中，已得︒=⨯==8338.35.285arctan arctan2ππλd P ；︒=='='1427.509.0arctan arctan f ρ；因此螺纹副自锁条件合格。
7、手柄设计加在手柄上的力分为螺纹副之间相对转动的阻力矩1T 和托杯支承面间的摩擦力矩2T 。
设加在手柄上的力N 300=手F ，手柄长度为L ，则21T T FL +=。
有m m N 5.900391⋅=T()()()()()()()()N 9197822424.5022424.50104012.031222231223332123132≈+--+--⨯⨯⨯⨯=+--+--=D D D D fF T Q其中4.508.1==d D mm ，0.248.01==d D mm ；摩擦因数取 f =。
mm 72.606300919785.9003921=+=+=F T T L ，取mm 200=L ，加套筒长500mm 。
选择45号钢为手柄材 料，其受弯曲应力为[]b zb σσ≤=W M式中 323z D W π=；M =T =mm N ⋅；[]MPa 7.2365.13555.1s b ===σσ。
因此 ()[]()mm 86.197.236919785.90039323233b21=⨯+⨯=+≥πσπT T D 。
则选取手柄d =20mm 。
8、螺杆的稳定性校核对于细长的受压螺杆，当轴向压力F 大于某一临界值时，螺杆会发生横向弯曲而失去稳定。
受压螺杆的稳定性条件式为5.2≥F F c式中c F 为螺杆稳定的临界载荷。
临界载荷与螺杆材料及长径比（柔度）14d lilμμλ==有关。
l 为螺杆最大工作长度，对于起重器来说，mm 3.2455.63626.4518022=+++=+++=退刀槽手柄螺母l d H H l o其中退刀槽l 可由参考文献[3]中表根据螺距P =6查得退刀槽l =；手柄d =18mm ，则固定手柄的孔的最外部直径mm 3621==手柄d h 。
由以上结果可求得 05.745.263.2450.2441=⨯⨯===d l ilμμλ 式中 μ——长度系数，端部支承情况可视为一端固定，一端自由。
根据参考文献[2]中表查得，0.2=μ。
i ——螺杆危险面的惯性半径，41d A I i ==，其中A 为危险截面的面积，mm 。
对于45#钢，当90≤λ时，临界载荷()()kN 479.2053.2450.269.242071007.225222=⨯⨯⨯⨯==πμπl EI F c 则有5.285.6kN3005.479kN2≥==F F c ，因此螺杆稳定性合格。
式中I ——螺杆危险截面的轴惯性矩，4441m m 69.24207645.2664=⨯==ππd I ；E ——螺杆材料的弹性模量，对于钢MPa 1007.25⨯=E 。
9、螺母外经及凸缘设计螺纹外径45305.15.12=⨯=≈d D mm 螺纹凸缘外径63454.14.123=⨯=≈D D mm 螺纹凸缘厚m m 4.116.4525.025.0=⨯==H b 母10、底座设计螺杆下落到底面，再留20~30mm 空间，底座铸造起模斜度1:10。
厚度mm 10=δ，mm 202==δS 。
5D 由结构设计确定，5D =110mm 。
m m 1541104.14.154=⨯==D D 。
校核底面挤压应力：()()MPa 39.41101544400004222524QP =-=-=ππσD D F底面材料选择铸铁HT100，查参考文献[3]中表得MPa 100b =σ，[]()MPa 50~405.0~4.0bp==σσ。
显然p σ<[]p σ，满足设计要求。
11、其他零件相关尺寸螺杆：548.1==d D mm 248.01==d D mm m m 2.198.012==D h 托杯：755.2==d D T mm m m 101=δ mm 54==D H 杯 mm 8==t a螺栓：m m 625.013==D d三、参考文献[1] 张锋, 宋宝玉. 机械设计大作业指导书[M]. 北京: 高等教育出版社, 2009. [2] 宋宝玉, 王黎钦. 机械设计[M]. 北京: 高等教育出版社, 2010.[3] 宋宝玉. 机械设计课程设计指导书[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.。
