電動螺旋千斤頂?shù)慕Y構設計

題目電動螺旋千斤頂?shù)慕Y構設計學院智能工程學院專業(yè)班級學生學號指導教師二〇二三年三月五日原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人或集體，均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律責任由本人承擔。論文作者簽名：_____日期：_______關于畢業(yè)論文使用授權的聲明本人完全了解煙臺科技學院有關保留、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學校保留或向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱或借閱；本人授權煙臺科技學院可以將畢業(yè)論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復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遵守此規(guī)定）論文作者簽名：___導師簽名：_______日期:____

摘要經(jīng)過深入研究電動螺旋千斤頂?shù)闹饕Y構，根據(jù)現(xiàn)有的千斤頂重新設計了一種新型的電動螺旋千斤頂。采用了蝸輪蝸桿機構，通過電機驅動蝸桿，并使用蝸桿蝸輪傳動帶動絲杠運動。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。通過改進產(chǎn)品和服務，大大增強了市場競爭力。為了滿足負載要求，重新設計了一種新的絲杠傳動結構?？紤]了它的運轉速率以及螺母的扭矩，從而確定了它的最佳性能。同時還利用SolidWorks和AutoCAD的三維建模技術，通過對各種結構的分析最終畫出三維圖，以便更好地滿足負載要求。關鍵詞：蝸輪蝸桿；絲杠傳動；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1.1千斤頂簡介起重機械是一種高效、精確的機械設備，它可以實現(xiàn)多種運動，包括起動、制動、正向和反向運動，從而使物料得到有效的提升，并且在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭等領域得到了廣泛的應用。起重機的運行依賴于電能或人工勞作。在大多數(shù)情況下，電能是最常見的運行方式，而在少數(shù)情況下，人工勞作則是最常見的運行方式。螺旋千斤頂是一種輕巧的起重設備，它的起吊高度通常不超過1m，具有結構緊湊、材質牢固、使用方便的特點。它的工作范圍通常是500mm，旋轉的轉速范圍是20-60mm/min，并且具有500t[1]的最大起吊力。千斤頂是一個很常見的機械起重裝置[2],它的結構類型很多,分為電機式、液壓式、摩擦式、齒輪式、油壓式等。它的使用對于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活都至關重要。此外，千斤頂?shù)募夹g進步也會對各行各業(yè)的基礎設施運行產(chǎn)生重大影響。1.2國內外千斤頂發(fā)展情況從20世紀40年代開始，國外的千斤頂技術已經(jīng)較為成熟，開始廣泛地運用到汽車制造領域，但當時的千斤頂仍是臥式的，較為笨拙。然而，隨著科學技術的進步，以及社會的進步，90年代初，立式千斤頂逐漸成為主流。隨著90后期的到來，各種先進的千斤頂產(chǎn)品如充氣式、便攜式以及其他類似的產(chǎn)品應運而生，推動著千斤頂技術的飛速進步[3]。近年來，隨著科學技術的不斷推動，我國的千斤頂技術已取得長足的進步，從80年代后期的初期，逐漸向世界市場推廣。為滿足不斷變化的市場需求[4]，多年來，不斷的探索、創(chuàng)新，使得千斤頂?shù)膽妙I域不斷擴大，從而使得它的性能更加優(yōu)越。隨著技術的進步，中國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雜的任務，比如說，當需要搬運、安裝、維護等，而這些任務都需要千斤頂?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)的手工勞動方式，這種方式既耗時又危險。為了解決這一難題，我們必須開發(fā)一種新的、基于電能的千斤頂技術，以便更好的解決目前的困境。經(jīng)過深入的研究與分析，設計出了一種新型的電動螺旋千斤頂，它采用蝸輪蝸桿傳動，可以以較低的負荷，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副，它由梯形螺桿與螺母組成，可以滿足傳動的需求。經(jīng)過深入的研究，發(fā)現(xiàn)千斤頂?shù)闹饕δ苤槐闶悄軌驅崿F(xiàn)螺旋旋轉或者直線移動，從而把重物頂升。為了更好地利用這一功能，對千斤頂?shù)墓ぷ髟磉M行了全面的研究，并結合現(xiàn)有的技術，開發(fā)出一種新型的電動螺旋千斤頂，以減少人工、物質及金錢的投入。重新構建了千斤頂蝸輪蝸桿的部分，包括它的組成部分。本設計螺旋千斤頂技術規(guī)格為：起頂重量達到20T，頂部高度達到180mm，螺桿落地最低點達到325mm，自身重量18Kg。電動螺旋千斤頂是一種新型工具，它采用了先進的技術，可以將手動螺旋千斤頂?shù)膭恿途_的操作相結合。它的工作原理是：利用微型直流電動機的驅動，將螺旋千斤頂?shù)穆菽负吐菽钢g的螺紋連接起來，并利用螺母的旋轉和螺紋的方位，實現(xiàn)對千斤頂?shù)木_控制。通過利用螺旋副具有良好的自我保護能力，能夠顯著提高工作環(huán)境。在使用新型電動螺旋千斤頂時,應該注意以下幾個問題：1）在使用電動螺旋千斤頂之前，請確保所有部件都已經(jīng)檢查過，以確保它們能夠靈活地運動并且保持潤滑。請注意，千萬不要超載或超程使用。2）請確保您已經(jīng)打開了電源，然后通過操作控制器來調整重量。請注意，請勿讓它超出了預設的安全限制。當您要減少重量的時候，請打開控制器的逆向旋轉，以便讓它繼續(xù)減少。3）為了確保電機和絲杠傳動的正常運行，應定期進行保養(yǎng)和潤滑，并且應避免將其長期暴露于潮濕環(huán)境中。第2章絲杠傳動的設計和計算2.1絲杠傳動通過絲杠和螺母的協(xié)同作用，絲杠傳動機構可以實現(xiàn)滑動螺旋副的運動，從而使重物能夠被有效地抬升，并且可以實現(xiàn)螺旋運動和直線運動。傳動方法可以分兩種：一種是通過使用螺桿來實現(xiàn)傳動，另一種是通過使用螺桿來實現(xiàn)傳動[5]。例如，通過使用螺桿來實現(xiàn)傳動的方法有兩種，如圖2.1所示，這種方法常被應用于螺旋千斤頂?shù)墓ぷ鳌Ａ硪环N如圖2.2所示。圖2.1螺旋千斤頂圖2.2機床托板上的進給絲杠根據(jù)其應用場景的不同，絲杠傳動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，這種機械設備可以進行間歇式的操縱，并且需要具備良好的自我調節(jié)功能。（2）通過傳導螺旋副的運動，可以在極端的高速環(huán)境中實現(xiàn)有效的傳動，但同時也需要極高的軸向載荷，以保證傳動的精確性。（3）通過調節(jié)螺旋副的運動，可以有效地監(jiān)控并精準地校準零部件之間的相互關系，尤其是當它處于非負荷狀態(tài)時。由于絲杠的摩擦特點，它可以分為三種類型：滑動、滾動以及液態(tài)[6]。雖然滑動具有良好的自鎖能力，但它所帶來的摩擦會使得它的傳動效率降低到30%~40%之間。相反，液態(tài)傳遞的摩擦會更低，使得它的傳動效率可以提升到90%以上。雖然它的設計很簡潔，但它的傳動性能非?？量獭Ｔ谶@篇文章里，將專注于探究滑動螺旋傳動的設計與運行，并且將會著重講解滾動螺旋與靜壓螺旋的特性。2.2絲杠傳動的結構及材料2.2.1絲杠傳動的結構在這個設計中，重點關注了一種特殊的絲杠傳動系統(tǒng)，它包括一個具有花鍵的螺桿，以及一個固定在其上的螺母。在這種系統(tǒng)的設計過程中，非常注重工作的剛性和準確性。在這種系統(tǒng)的應用場景中，需要使用一個能夠滿足我們對垂直運動的需求的螺母來提供支撐。當受到外力的影響，螺桿就會發(fā)生變形，從而實現(xiàn)螺旋式的抬高，使得重物得以抬高。通過使用多種類型的螺紋，如矩形、等腰三角形、梯形、不對稱梯形、鋸齒形，可以實現(xiàn)對絲杠的精確控制，其中，梯形和鋸齒形的螺紋更為普遍，被廣泛地運用于各種行業(yè)。梯形螺紋具有優(yōu)異的傳動特點，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。所以決定采用右旋梯形螺紋的千斤頂。2.2.2絲杠傳動中常用材料由于螺紋牙、螺桿及其他零件的特殊結構，使得絲杠傳動的效果更加優(yōu)異。其中，螺紋牙的彎曲強度、剪切強度必須達到規(guī)定的標準，同時，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，才能保證其正常運行。根據(jù)表2.1，絲桿傳動通常使用多種不同的材質。表2.1螺桿與螺母常用材料螺紋副材料應用范圍螺桿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40Gr…65Mn…20GrMnTi材質均需經(jīng)熱加工,以進一步提高其耐磨,尤其適合于重載、速度較高的重大傳動系統(tǒng)9Mn2V…GrWMn..38GrMoA1產(chǎn)品還需要進行熱加工,以增加產(chǎn)品尺寸的安全性,更適合于精密傳導螺旋傳動螺母ZcuSn10P1…ZcuSn5Pb5Zn5（鑄錫青銅）材料耐磨性好，適用于一般傳動ZcuAL9Fe4Ni4Mn2(鑄鋁青銅)ZcuZn25AL6Fe3Mn(鑄鋁黃銅)材質抗耐磨好,硬度高,適合于重載、低速的傳動系統(tǒng)。針對體積較大的或高速傳動,螺栓可選用鋼或鑄鐵制作,內孔澆注以青銅或巴氏合金在本次設計中，已經(jīng)知道了絲杠傳動系統(tǒng)中蝸桿的最大軸向負荷為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杠傳動系統(tǒng)中副的蝸桿與螺母的結構，在抗磨性能、耐歪穩(wěn)定性等方面都要較好。在本次使用中，由于考慮到的負載較大，所以對自鎖性都有了較高的要求。本設計中螺母的材料和許用應力：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，它們往往被廣泛應用于制造具有更高精確性的電動螺旋千斤頂。然而，當需求量達到20t時，微型直流電動機的蝸輪蝸桿的大幅降噪使得其運行速率降至60r/min，這時，就需要采用更加輕巧的青銅和鋁青銅來代替?？偠灾?，選用鑄鋁青銅ZcuAL9Fe4Ni4Mn2作為螺母材料，并將其制作成具有內螺紋的結構件。許用彎曲應力：σb=40~60N/mm2，取55N/mm2；許用剪切應力：τ=30~40N/mm2，取35N/mm2。本設計電動千斤頂螺旋為電動低速，由表2.2查得許用壓力：Pp=18~25N/mm2，取25N/mm2。本設計中螺桿的選用材料和許用應力：由于滑動螺桿傳動時的機械損耗很大,所以在產(chǎn)品設計中對鋼材的抗磨性能和抗彎強度需求也很高。因此根據(jù)蝸桿材質的選擇原則:常選用四十五鋼材和五十鋼。對傳動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合性更好。本設計中，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，性能等級為6.8，根據(jù)機械設計表5.8，查閱資料手冊可得σs=600MPa。根據(jù)表2.4螺桿的許用壓應力：σp=EQ\f(σs,3~5)=80~140N/mm2?？紤]主要載重要求以及電動驅動，因此σp取140N/mm2。2.3絲杠傳動的設計計算絲杠在傳動操作時,主要是承擔力矩或者軸承力的作用，在原本產(chǎn)品設計中，主要是依據(jù)所選用的螺紋嚙合形式、材質、所受的軸向載荷能力和所設置的規(guī)格。來完成大量的校核和驗證工作[7]。2.3.1耐磨性與自鎖性計算絲杠傳動系統(tǒng)中的磨損程度與主要原因是由絲杠所受的負載、絲杠傳動系統(tǒng)轉速、及其嚙合螺紋面粗糙度等因素直接相關。通過機械設計可知，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（即起重重物的質量）絲杠的承壓面積取值為A由上文中2.1式可以校核計算中的公式，由，代入式（2.1）中可推導出螺紋中徑的計算公式(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)滑動螺旋副的摩擦系數(shù)和材質許用壓力，見表2.2表2.2滑動螺旋副材料的許用壓力[]及摩擦系數(shù)注：表中摩擦系數(shù)起動時取最大值，運轉中取最小值。首先按照耐磨性，根據(jù)螺紋中徑的設計公式：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由機械設計手冊第四篇第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。由此得出電動螺旋千斤頂?shù)幕瑒勇菪齻鲃痈鱾€尺寸為：牙型角α=30°牙側角β=α/2=15°外螺紋大徑：dd=55mm螺距:PP=9mm牙頂間隙：acp=6-12時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內螺紋中徑:D2D2=d-2Z=55-4.5=50.5mm外螺紋小徑：d3d3=d-2h3=55-2x5=45mm內螺紋小徑：D1D1=d-2H4=55-2x5=45mm內螺紋大徑：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圈對參數(shù)進行列表，見表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h35mm內螺紋牙高H45mm牙頂高Z2.25mm外螺紋中徑d250.5mm內螺紋中徑D250.5mm外螺紋小徑d345mm內螺紋小徑D145mm內螺紋大徑D456mm牙根部寬度b5.85mm螺母高度H107mm螺紋圈數(shù)n11.89圈對自鎖性進行校核：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螺桿的強度計算絲杠工作時會受到軸向負荷F的影響，因此絲杠的危險截面的計算極限可以通過理論力學的第四強度理論求出，以及求出所需要的強度條件(2.11)或(2.12)螺桿材料的許用應力見表2.4。計算驅動轉矩：螺旋副間的最大摩擦力矩為：由機械設計5.4式知T1=EQ\f(1,2)d2Ftan(+)(2.13)=（3°14′54″+5°19′23″）=744638.42N·mm絲杠強度計算：（1）由手冊查的螺桿許用應力可取。（2）根據(jù)表2.3可查得：其中為螺紋小徑45。(2.14)根據(jù)計算得出絲杠強度滿足要求。2.3.3螺母螺紋牙的強度計算螺紋嚙合與接觸危險截面的剪切強度校核公式為：(2.15)螺紋牙根部處的彎曲強度條件為：(2.16)其中D表示螺母螺紋大徑，b表示牙根部厚度(mm)；在本設計中，可由機械設計手冊查得，梯形螺紋，。螺母材料的許用彎曲應力，MPa，由表2.4查得。[τ]螺母材料的許用切應力，MPa，由表2.4查得。其余符號的意義和單位和以前一樣。螺母材料選擇ZcuAL9Fe4Ni4Mn2，查表2.4得：螺母許用彎曲應力：，根據(jù)設計選擇50Mpa表2.4滑動螺旋副材料的許用應力螺母許用剪切應力：，根據(jù)設計選擇35Mpa校核螺母螺紋的彎曲強度和剪切強度：根據(jù)牙寬b=0.65P=5.85mm和牙型高：=4.5mm帶入公式中，得出螺母的彎曲強度(2.17)螺母的剪切強度：(2.18)經(jīng)檢驗校核，螺母的彎曲強度和剪切強度都滿足要求。2.3.4螺桿的穩(wěn)定性計算螺桿的穩(wěn)定性條件為(2.19)計算柔度絲杠傳動中，查表2.5知，可確定千斤頂長度系數(shù)μ=2，因工作高度mm；螺桿危險截面慣性半徑mm。螺桿最大工作長度為180mm，根據(jù)柔度計算公式γ===54.2C(2.20)計算臨界載荷201186.91mm(2.21)因為，因此(2.22)(2.23)所以穩(wěn)定性滿足要求。表2.5螺桿的長度系數(shù)μ第3章蝸輪蝸桿傳動的設計和計算3.1蝸輪蝸桿傳動的特點使用正交設計蝸輪蝸桿傳動的方式，其特點在于:以蝸桿軸承作為主元件，以蝸輪結構作為從動元件，利用蝸桿軸承的驅動，使蝸輪的旋轉方向變換到某個特定的部位，進而完成交錯軸驅動的作用，使其具備良好的可靠性與可操作性；（1）通常，i的傳動效率能夠提升至5~80，而且當采用分度結構時，其效率會進一步提升。（2）蝸輪蝸桿傳動具有優(yōu)異的低沖擊振動性和平穩(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功能，從而大大提高了傳輸?shù)男?。?）通過優(yōu)化的蝸桿與蝸輪的結構，使其具有出色的耐磨損、耐沖擊、耐振蕩等特點，從而確保其具有良好的抗彎性。3.2蝸桿傳動的類型蝸桿傳動技術可以分為圓柱形和環(huán)形兩種，其中圓柱形蝸桿傳動具有兩種不同的傳動機構，而環(huán)形蝸桿傳動則具有更多的優(yōu)勢。3.2.1普通圓柱蝸桿傳動一般來說，圓柱形蝸桿傳動系統(tǒng)包括阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿和錐形包絡圓筒蝸桿[8]，它們各自具有不同的特性，可以滿足不同的應用需求。這種設計一般采用漸開螺旋面的漸開線蝸桿，通過查閱資料可以得出其端面齒廓呈漸開形狀，并且在工業(yè)領域得到了廣泛的應用。3.2.2圓弧圓柱蝸桿傳動圓柱體蝸桿傳動是一類擁有極高效的嚙合傳動系統(tǒng),其線的運動能夠顯著的提高傳動效率，通常超過百分之八十，同時能夠承載更高的載荷。3.3蝸輪蝸桿傳動的設計參數(shù)選擇3.3.1蝸桿傳動選型依據(jù)GB/T10085-1988的規(guī)定，可以選擇漸開線蝸桿（ZI）3.3.2選擇蝸輪蝸桿材料為了滿足千斤頂?shù)牡退龠\轉需求，選用四十五鋼作為蝸桿材料，并對其與蝸輪螺旋嚙合的齒面進行淬火處理，以確保其硬度達到45~50HRC，以適應低速運轉的要求。由于需要工具具有良好的耐磨性和強度，選擇鑄錫磷青銅（ZCuSn10P1）作為蝸輪材料。3.3.3蝸桿傳動設計根據(jù)蝸輪蝸桿傳動結構設計步驟，先由齒面接觸疲勞強度設計出蝸桿傳動機構的參數(shù)，再對蝸輪的齒根進行彎曲疲勞強度的校核計算[9]。(3.1)（1）計算蝸輪轉矩設計蝸桿為雙頭，所以=2，設計效率=0.8，(3.2)（2）載荷系數(shù)K根據(jù)機械設計手冊取載荷分布不均系數(shù)=1，使用系數(shù)=1.15，動載荷系數(shù)=1.05則載荷系數(shù)K的計算為(3.3)（3）彈性影響系數(shù)蝸輪蝸桿傳動機構，分別選用鑄錫磷青銅的蝸輪和四十五鋼蝸桿進行嚙合傳動，查表可選取=160MPa1/2（4）接觸系數(shù)假定/a=0.35，可以根據(jù)機械設計圖11.18查得=2.9。（5）許用接觸應力[]根據(jù)蝸桿軸承傳動時的硬度和蝸輪機構的材質，通過設計手冊表11.7中查得蝸輪的許用接觸應力[]′=268MPa。則蝸輪工作的應力循環(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)從機械設計課本表3.2蝸桿參數(shù)選擇中，取中心距為180mm，表中對應模數(shù)為5，選取蝸桿分度圓直徑為50mm。可計算出直徑與中心距之比/a等于0.332，從機械設計手冊圖11.18中可知接觸系數(shù)′=2.7，由此可得：′<=2.9。設計無誤。3.3.4蝸桿與蝸輪的參數(shù)計算（1）蝸桿的參數(shù)計算分度圓直徑=50mm其直徑系數(shù)確定為q=10；由機械制造手冊查得，我國規(guī)定的齒高系數(shù)：當m大于1，=1，；c=。齒頂圓直徑，=60mm；齒根圓直徑，=37.5mm；分度圓導程角γ=11°18′36″；設計為右旋；蝸桿軸向的齒厚=mm。（2）蝸輪的參數(shù)計算蝸輪齒數(shù)=41；變位系數(shù)；驗算傳動比i=z2/z1=41/2=20.5，這時傳動比誤差為(20.5-20)/20=0.025=2.5%誤差在允許范圍內。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齒根彎曲疲勞強度校核(3.7)當量齒數(shù)(3.8)螺旋角系數(shù)(3.9)許用彎曲應力(3.10)鑄錫磷青銅材料的蝸輪基本許用彎曲應力′=56MPa.蝸輪的壽命系數(shù)(3.11)(3.12)(3.13)所以,蝸輪計算的扭轉能力已經(jīng)達到了載荷標準。3.3.6實際傳動效率(3.14)已知=18°11′36″，=arctan；根據(jù)相對滑動速度可計算(3.15)根據(jù)機械設計課本表11.18中用插值法查得=0.0218，=1.1517；代入式中得=0.86，大于預先設定效率0.8。滿足要求。3.3.7精度等級蝸輪蝸桿傳動是由微型直流電機作為動力源的傳動，根據(jù)機械設計手冊GB/T10089-1988中漸開線蝸桿傳動精度可以選擇為八級精度。表3.1漸開線蝸桿傳動基本尺寸和參數(shù)表3.2使用系數(shù)KA表3.3蝸輪的基本許用彎曲應力[σF]第4章螺旋千斤頂電機的選擇4.1電機類型選擇經(jīng)過深入研究，發(fā)現(xiàn)電動螺旋千斤頂?shù)乃欧姍C種類繁多，包含微小直流電器、微小交換發(fā)電機和步進電機[10]，這幾種分別滿足不同應用場景的需求。由于我們選擇了低速運行，所以我們選擇了微型直流電機。微型電動機[11]具有體積小、功率低（輸出功率不超過三百瓦）的優(yōu)勢，它們在工業(yè)應用中被廣泛使用，而且對性能和環(huán)境條件的要求也更加嚴格。微型直流電機是一種具有極高效率和緊湊尺寸的電動機，它可以滿足各種復雜的應用需求，尤其是在需要特殊安裝位置的場合[12]，它的優(yōu)勢更加明顯。微型直流電機具有靈活的變速能力，可以根據(jù)負載的變化而調節(jié)速度，從而實現(xiàn)最佳的啟動扭矩，并能夠自動調節(jié)以滿足不同的負載需求。因此，我們決定使用微型直流電動機。4.2蝸桿力矩計算通過計算蝸輪上的轉矩已知T2=在蝸輪蝸桿設計中可得：=2，頭數(shù)為兩頭，根據(jù)式（3.14）計算的效率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電動機功率計算因此根據(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)蝸桿計算可知道蝸桿的轉速為1200rpm故可知：電機轉速1200r/min根據(jù)式(4.4)可計算得：則可取=200w故可取200w的電機。4.4電動機選擇電機型號：4GN50K（220GA）微型直流電機(GA表示中心軸旋轉)額定電壓：DC220V額定功率：200w空載轉速：1500r/min負載轉速：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章結論本文的研究工作主要是關于重新設計手動螺桿千斤頂機制,在此次產(chǎn)品設計中,通過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牽引螺桿運轉,并利用與蝸輪蝸桿以20:1的驅動比得到的力矩,并利用花鍵實現(xiàn)力矩的傳輸和引導,使絲杠經(jīng)過驅動機構,同時進行60r/min的水平回轉速率和9mm/s的垂直向上速率。來將重物頂起。當我開始設計的時候，我就已經(jīng)和老師一起深入地研究了機構的特性，并且最終確定了最佳的結果。后來，我又得到了老師的專業(yè)指點，一步步地克服了難關，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蝸桿渦輪畫法的困惑，并在自主學習、老師的指點下，掌握了機構仿真的基本知識，從而實現(xiàn)了從頭開始的夢想。但是，在設計中還有其他不足的地方需要加以改進，比如如何進行數(shù)據(jù)的有限元分析，在以后的學習生活中繼續(xù)不斷加以改善，以達到接近完美的結構設計。參考文獻[1]鄭文心,趙海玲.趙國水螺旋千斤頂?shù)脑O計計算[J].中國科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