1、 剪式千斤頂?shù)牧W(xué)原理 作 者：陳 浩 13010134任學(xué)晶 13010135馬海軍 13010137 學(xué) 院：北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 指導(dǎo)教師：葉紅玲【摘要】千斤頂作為一種傳統(tǒng)頂舉重物的工具，在建筑、鐵路、醫(yī)療、汽車維修等各領(lǐng)域均得到廣泛的應(yīng)用。本文研究的剪式螺旋千斤頂，結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、操作方便，升程高，上升速度快。通過對(duì)其的運(yùn)動(dòng)情況、受力分析，進(jìn)一步說明它的工作原理。【關(guān)鍵詞】剪式千斤頂；力學(xué)分析； 引 言 千斤頂對(duì)于人們來說并不陌生，在日常生產(chǎn)生活中實(shí)踐中經(jīng)常會(huì)遇到這樣一些情況：例如需要將車輛、大型設(shè)備、井下軌道等在沒有起吊設(shè)備的情況下移動(dòng)或是抬起它們，而僅靠人工操作是非常困難甚至根本

2、無法實(shí)現(xiàn)的，這就需要用到千斤頂。 我國千斤頂產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚，建國以來到改革開放前，我國千斤頂?shù)男枨笾饕且怨I(yè)和國防尖端使用為主；改革開放后，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的顯著提高，拉動(dòng)了千斤頂?shù)男枨螅贿M(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著中國汽車化進(jìn)程的不斷加快，剪式千斤頂產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期，其需求增速遠(yuǎn)高于全球水平。由于它和一般的千斤頂相比沒有油路 系統(tǒng)，因此它有結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便及操作容易等特點(diǎn)受到小型汽車用戶的喜愛 一、剪式千斤頂結(jié)構(gòu)和原理1. 原理： 剪式千斤頂（又叫支架千斤頂）是基于等腰三角形其兩腰不變，縮短底邊提升高線的幾何原理制作而來的。它通過絲桿和螺母來調(diào)節(jié)上下兩個(gè)等腰三角形

3、的底邊來進(jìn)行提升和下降高度的，就像平常生活中的工具梯，當(dāng)梯子的兩臂的夾角越小梯子就越高，同理梯子的兩臂的夾角越大，梯子就越低。2. 結(jié)構(gòu)： 由底座、一對(duì)下支撐臂、一對(duì)上支撐臂、鞍座、平面軸承、螺母、搖座、銷軸和絲 桿組成。其機(jī)構(gòu)簡圖和實(shí)物分別如圖1、圖2所示： 圖 1 圖 23. 剪式千斤頂和液壓千斤頂?shù)膮^(qū)別及其用途; 區(qū)別：剪式千斤頂是機(jī)械千斤頂，液壓千斤頂是油壓千斤頂。 用途：基于剪式千斤頂?shù)奶厥鈽?gòu)造頂起的重量不會(huì)太大，一般主要用于小噸位的汽車頂起， 比如小轎車等，常見的規(guī)格有1T、1.5T、2T、3T等。 二、剪式千斤頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)分析和受力分析1. 運(yùn)動(dòng)分析螺桿連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，滑塊不僅相對(duì)螺

4、桿做水平運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還帶動(dòng)上、下支撐臂作升降運(yùn)動(dòng)；螺桿本身也存在著水平、垂直兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，頂板作垂直升降運(yùn)動(dòng)，底座始終保持不動(dòng)，剪式千斤頂運(yùn)動(dòng)模型如圖3所示 圖 3由圖3可知，假設(shè)底座的為坐標(biāo)原點(diǎn)，螺桿與下支撐臂的夾角為()，剪式千斤頂在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中，螺桿隨著點(diǎn)位置會(huì)有一個(gè)沿著水平方向向右的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)點(diǎn)相對(duì)于螺桿存在相反方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí), 兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度各為螺桿速度一半，得到數(shù)學(xué)關(guān)系式： (1) (2)式中：點(diǎn)的絕對(duì)速度，點(diǎn)的絕對(duì)速度，點(diǎn)的合成速度，螺桿轉(zhuǎn)速，螺距，螺桿與下支撐臂夾角。在螺桿轉(zhuǎn)速為，螺距為，螺桿與下支撐臂夾角為的情況下，千斤頂頂起重物上升的速度為點(diǎn)速度。由此可以得出

5、，在千斤頂上升過程中，千斤頂頂舉重物的速度隨增大而減小，到達(dá)極限位置時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。2. 受力分析由平面機(jī)構(gòu)的受力分析可知，重物給支撐點(diǎn)施加重力，兩個(gè)上支撐臂受重物作用產(chǎn)生壓力分別為和，同時(shí)兩個(gè)上支撐臂對(duì)支撐點(diǎn)的反作用力為和，與重力形成平衡力。當(dāng)螺桿連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上支撐臂受滑塊作用產(chǎn)生壓力為、下支撐臂受滑塊作用產(chǎn)生壓力，同時(shí)上、下支撐臂對(duì)滑塊的反作用分別為和，與拉力形成平衡力，剪式千斤頂各機(jī)構(gòu)受力如圖4所示。 圖 4根據(jù)機(jī)械原理平面機(jī)構(gòu)的受力分析，得到數(shù)學(xué)關(guān)系式： (3) (4) (5)式中:舉臂受到的壓力，重物重力，螺桿受到的拉力，螺桿與下支撐臂夾角。由式（5）可知拉力與之間的關(guān)系，當(dāng)重力一定時(shí)，

6、拉力隨增大而減小。 三、剪式千斤頂?shù)淖枣i原理摩擦自鎖：觸面的法線與夾角小于或等于摩擦角，無論主動(dòng)力多大，物體都將處于平衡狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫做摩擦自鎖。自鎖的原因是，只要保證，主動(dòng)力沿接觸面切線方向的分力就總是等于靜摩擦力，而在時(shí)，所以物體總能保持平衡。如圖5所示，對(duì)于靜止在斜面上的物體，只要滿足，則無論物體多重，都會(huì)靜止在斜面上不會(huì)下滑。 圖 5剪式千斤頂中就有斜面自鎖的應(yīng)用如圖6所示 圖 6工作時(shí)螺旋可以看成是一個(gè)繞在圓柱體的斜面，將其展開，這個(gè)斜面的傾角就是螺紋升角。絲桿相當(dāng)于放在斜面上的一個(gè)物體，千斤頂支撐的重物是加在絲桿上的軸向載荷，這個(gè)軸向載荷相當(dāng)于放在斜面上重為的物體，要使得絲桿螺紋

7、在支撐物的重壓下不會(huì)自動(dòng)下旋，相當(dāng)于要使物體不會(huì)沿斜面自動(dòng)下滑，即要使物體在斜面上達(dá)到自鎖。由前面可知，只要使螺紋升角小于等于絲桿與螺紋槽之間的摩擦角，即可自鎖。 四 、 結(jié) 語 千斤頂在實(shí)際生產(chǎn)生活中，被廣泛的運(yùn)用，通過對(duì)剪式千斤頂?shù)氖芰Ψ治黾斑\(yùn)動(dòng)情況的研究，我們知曉了千斤頂是如何實(shí)際工作的，對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)有很大的參考意義，使得在進(jìn)一步的優(yōu)化中有了依據(jù)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)性能方面有據(jù)可依，本實(shí)驗(yàn)得出的相關(guān)公式，可用來進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模型的建立，通過動(dòng)態(tài)觀察，對(duì)剪式千斤頂有更全面的了解。同時(shí)，對(duì)千斤頂自鎖原理的闡述，在生產(chǎn)過程中，提高安全性。但如何充分利用經(jīng)濟(jì)、情報(bào)、技術(shù)、生產(chǎn)等各類原理知識(shí)，使千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)工作真正優(yōu)化，仍需要我們充分利用各種有利因素，不斷對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行整合創(chuàng)新，使其滿足大眾的需求。參考文獻(xiàn)1 劉平安.錐齒輪螺旋千斤頂設(shè)計(jì)J.機(jī)械設(shè)計(jì)與研究.1996.2