千斤顶是一种常见的机械装置，用于提升重物或产生力量，通常由一个可伸缩的柱子和一个活塞组成。它的主要作用是通过施加力量来提升或支撑重物，或者用于调整物体的位置。下面我们使用ABAQUS有限元分析软件对千斤顶进行模拟仿真和结构力学进行分析。

使用Abaqus/Standard的非线性功能，我们对某螺杆式千斤顶的结构进行了分析，采用了初始过盈配合技术进行求解。我们研究了该结构的变形和应力分布情况。

螺旋千斤顶，特别适合于小型和轻型起重任务，是一种常见的起重设备，广泛用于提升、运输、装卸、安装及某些特殊工艺操作。其最简单的形式是直接用手柄驱动螺杆，这种千斤顶已成为一般小型轿车的标准配件之一，主要用来顶举汽车，方便更换轮胎。

图 1 螺杆式螺纹千斤顶结构

（A 为上啮合齿；B 为下啮合齿；C 为螺杆齿销；D 为手动柄安装部位）

如图1所示，典型的螺旋式螺纹千斤顶利用螺杆和啮合齿的配合实现顶举功能。在工作时，载荷从上部通过啮合齿和支撑杆向下传递，而手柄端并不承担载荷。螺杆主要起横向固定作用，并将载荷通过下支撑杆传递到下啮合齿及底座上。

接触算法

Abaqus/Standard采用迭代法处理接触问题，在每个加载步骤开始时，它会检查所有接触相互作用的状态。如果从属节点处于闭合状态，它会进一步判断是处于滑动还是粘结，然后对接触状态进行相应的处理。对于从闭合状态变为开放的节点，Abaqus/Standard会解除对其的约束。然后，它会对模型进行迭代，并利用修正值进行更新，以获得更精确的结果。

模型

为重点关注啮合齿与螺杆螺纹配合部位的接触，我们建立了实体网格单元，主要采用六面体网格单元C3D8I。使用Connector单元模拟转动轴，以准确处理其运动和受力情况。在啮合齿和螺杆螺纹部位建立了接触关系Contact，以模拟实际接触行为。同时，其他部位使用Tie连接，以保证结构整体性。

图 3 千斤顶结构有限元模型

（A1 为千斤顶；A2 为螺杆及销；A3 为啮合齿）

在螺纹配合和啮合齿接触部位，存在少量过盈量。为了实现接触配合，我们可以使用CONTACT INTERFERENCE和SHRINK关键字。更多相关信息可以在ABAQUS帮助文件中找到。

材料

螺杆及销材料为 45 号钢，钣金件为 ST12。

边界条件

我们考虑千斤顶的工作状况，因此主要考虑下端支撑面的边界条件，这里约束了所有的自由度。加载的载荷主要是上端顶举部件的重量。针对轿车，我们以一定比例的整备质量作为施加的载荷，作用在千斤顶的上端面。

结果分析

图 4 千斤顶整体以及螺杆变形

图 5 千斤顶整体应力分布及螺杆和啮合齿的应力分布

根据变形云图，千斤顶的整体变形量约为0.86mm，螺杆的变形量约为0.65mm，这个变形量相对较小。从结构上看，整体的应力分布均匀，没有超过材料的屈服极限。对于螺杆的应力，主要集中在接触齿和齿根处，而啮合齿的应力主要分布在齿上。

Abaqus/Standard依靠其强大的非线性分析功能和卓越的接触算法收敛性，能够出色地解决各种复杂的接触问题。此外，通过利用SHRINK功能，它可以自动计算过盈配合，从而有效分析螺纹配合、啮齿配合等接触问题。该软件能够合理地分布应力，进一步提高了接触问题分析的准确性和效率。