卧式千斤顶的力学原理

剪式千斤顶的力学原理 作 者：陈 浩 13010134任学晶 13010135马海军 13010137 学 院：北京工业大学机电学院 指导教师：叶红玲【摘要】千斤顶作为一种传统顶举重物的工具，在建筑、铁路、医疗、汽车维修等各领域均得到广泛的应用。本文研究的剪式螺旋千斤顶，结构简单、质量轻、操作方便，升程高，上升速度快。通过对其的运动情况、受力分析，进一步说明它的工作原理。【关键词】剪式千斤顶；力学分析； 引 言 千斤顶对于人们来说并不陌生，在日常生产生活中实践中经常会遇到这样一些情况：例如需要将车辆、大型设备、井下轨道等在没有起吊设备的情况下移动或是抬起它们，而仅靠人工操作是非常困难甚至根本无法实现的，这就需要用到千斤顶。 我国千斤顶产业发展起步较晚，建国以来到改革开放前，我国千斤顶的需求主要是以工业和国防尖端使用为主；改革开放后，随着国民经济的快速发展，人们生活水平的显著提高，拉动了千斤顶的需求；进入20世纪90年代后，随着中国汽车化进程的不断加快，剪式千斤顶产业进入快速发展期，其需求增速远高于全球水平。由于它和一般的千斤顶相比没有油路 系统，因此它有结构简单、携带方便及操作容易等特点受到小型汽车用户的喜爱 一、剪式千斤顶结构和原理1. 原理： 剪式千斤顶（又叫支架千斤顶）是基于等腰三角形其两腰不变，缩短底边提升高线的几何原理制作而来的。它通过丝杆和螺母来调节上下两个等腰三角形的底边来进行提升和下降高度的，就像平常生活中的工具梯，当梯子的两臂的夹角越小梯子就越高，同理梯子的两臂的夹角越大，梯子就越低。2. 结构： 由底座、一对下支撑臂、一对上支撑臂、鞍座、平面轴承、螺母、摇座、销轴和丝 杆组成。其机构简图和实物分别如图1、图2所示： 图 1 图 23. 剪式千斤顶和液压千斤顶的区别及其用途; 区别：剪式千斤顶是机械千斤顶，液压千斤顶是油压千斤顶。 用途：基于剪式千斤顶的特殊构造顶起的重量不会太大，一般主要用于小吨位的汽车顶起， 比如小轿车等，常见的规格有1T、1.5T、2T、3T等。 二、剪式千斤顶的运动分析和受力分析1. 运动分析螺杆连续转动过程中，滑块不仅相对螺杆做水平运动，同时还带动上、下支撑臂作升降运动；螺杆本身也存在着水平、垂直两个方向的运动，顶板作垂直升降运动，底座始终保持不动，剪式千斤顶运动模型如图3所示 图 3由图3可知，假设底座的为坐标原点，螺杆与下支撑臂的夹角为()，剪式千斤顶在实际运动过程中，螺杆随着点位置会有一个沿着水平方向向右的运动，同时点相对于螺杆存在相反方向运动。当螺杆转动一圈时, 两点的运动速度各为螺杆速度一半，得到数学关系式： (1) (2)式中：点的绝对速度，点的绝对速度，点的合成速度，螺杆转速，螺距，螺杆与下支撑臂夹角。在螺杆转速为，螺距为，螺杆与下支撑臂夹角为的情况下，千斤顶顶起重物上升的速度为点速度。由此可以得出，在千斤顶上升过程中，千斤顶顶举重物的速度随增大而减小，到达极限位置时停止运动。2. 受力分析由平面机构的受力分析可知，重物给支撑点施加重力，两个上支撑臂受重物作用产生压力分别为和，同时两个上支撑臂对支撑点的反作用力为和，与重力形成平衡力。当螺杆连续转动时，上支撑臂受滑块作用产生压力为、下支撑臂受滑块作用产生压力，同时上、下支撑臂对滑块的反作用分别为和，与拉力形成平衡力，剪式千斤顶各机构受力如图4所示。 图 4根据机械原理平面机构的受力分析，得到数学关系式： (3) (4) (5)式中:举臂受到的压力，重物重力，螺杆受到的拉力，螺杆与下支撑臂夹角。由式（5）可知拉力与之间的关系，当重力一定时，拉力随增大而减小。 三、剪式千斤顶的自锁原理摩擦自锁：触面的法线与夹角小于或等于摩擦角，无论主动力多大，物体都将处于平衡状态，这种现象叫做摩擦自锁。自锁的原因是，只要保证，主动力沿接触面切线方向的分力就总是等于静摩擦力，而在时，所以物体总能保持平衡。如图5所示，对于静止在斜面上的物体，只要满足，则无论物体多重，都会静止在斜面上不会下滑。 图 5剪式千斤顶中就有斜面自锁的应用如图6所示 图 6工作时螺旋可以看成是一个绕在圆柱体的斜面，将其展开，这个斜面的倾角就是螺纹升角。丝杆相当于放在斜面上的一个物体，千斤顶支撑的重物是加在丝杆上的轴向载荷，这个轴向载荷相当于放在斜面上重为的物体，要使得丝杆螺纹在支撑物的重压下不会自动下旋，相当于要使物体不会沿斜面自动下滑，即要使物体在斜面上达到自锁。由前面可知，只要使螺纹升角小于等于丝杆与螺纹槽之间的摩擦角，即可自锁。 四 、 结 语 千斤顶在实际生产生活中，被广泛的运用，通过对剪式千斤顶的受力分析及运动情况的研究，我们知晓了千斤顶是如何实际工作的，对后续设计有很大的参考意义，使得在进一步的优化中有了依据，在提高产品质量和技术性能方面有据可依，本实验得出的相关公式，可用来进行动力学模型的建立，通过动态观察，对剪式千斤顶有更全面的了解。同时，对千斤顶自锁原理的阐述，在生产过程中，提高安全性。但如何充分利用经济、情报、技术、生产等各类原理知识，使千斤顶的设计工作真正优化，仍需要我们充分利用各种有利因素，不断对产品进行整合创新，使其满足大众的需求。参考文献1 刘平安.锥齿轮螺旋千斤顶设计J.机械设计与研究.1996.2 姜阳;辛世杰;吕明;孟春.双螺纹副伸缩式千斤顶研究J.20133 陈燕;欧阳加强.千斤顶技术的研究现状与展望J.现代机械.20124 韩风卿.卧式千斤顶及其某些设计问题.机电工程.19905 徐网大.千斤顶.国外汽车车艺.1999