1、螺旋传动设计计算螺旋传动设计计算1.由安全系數計算負載重量 2.負載重量計算安全系數 設計計算步驟: 1.耐磨性計算 2.螺杆的強度計算 3.螺母螺紋牙的強度計算 4.螺母外徑與凸緣的強度計算 5.螺杆的穩定性計算 螺旋傳動常用材料見下表: 螺旋副 材料牌號 應用範圍 材料不經熱處理,適用於經常運動,受力不大,轉速較Q235、Q275、45、50 低的傳動 40Cr、65Mn、T12、材料需經熱處理,以提高其耐磨性,適用於重載、轉速40WMn、18CrMnTi 較高的重要傳動 9Mn2V、CrWMn、材料需經熱處理,以提高其尺寸的穩定性,適用於精密螺杆 38CrMoAl 傳導螺旋傳動 ZCu1
2、0P1、ZCu5Pb5Zn5 材料耐磨性好,適用於一般傳動 材料耐磨性好,強度高,適用於重載、低速的傳動。對螺母 ZcuAl9Fe4Ni4Mn2 於尺寸較大或高速傳動,螺母可採用鋼或鑄鐵製造,內ZCuZn25Al6Fe3Mn3 孔澆注青銅或巴氏合金 滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態等因素有關。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力,壓力越大螺旋副間越容易形成過度磨損。因此,滑動螺旋的耐磨性計算,主要是限制螺紋工作面上的壓力p,使其小於材料的許用壓力p。 如圖546所示,假設作用於螺杆的軸向力為Q(N),螺紋的承壓面積(指螺2紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上
3、的面積)為A(mm),螺紋中徑為小(mm),螺 母工作高度為H(mm),螺母螺距為 P(mm),螺母中徑為 D(mm),螺母工件圈數為 uH/P 。則螺紋工作面上的耐磨性條件為 543 2, 則H=d2,代入式(543)引整理後可得 上式可作為校核計算用。為了導出設計計算式,令=H/d【544】 對於矩形和梯形螺紋,h0.5P,則 【546】 對於30o鋸齒形螺紋。h0.75P,則 【547】 螺母高度 H=d2 式中:P為材料的許用壓力,MPa,見表513;值一般取1.23.5。對於整體螺母,由於磨損後不能凋整間隙,為使受力分佈比較均勻,螺紋工作圈數不宜過多,故取1.22.5對於剖分螺母和兼
4、作支承的螺母,可取=2.53.5只有傳動精度較高;載荷較大,要求壽命較長時,才允許取=4。 2後,應按國家標準選取相應的公稱直徑d及螺距P。螺紋工作圈數不宜超過10圈。 根據公式算得螺紋中徑d滑動速度 許用壓力 螺杆螺母的材料 低速 1825 鋼青銅 1118 ?3.0 612 710 15 12 612 1013 淬火鋼青銅 2.4 1318 鋼鑄鐵 612 47 注:表中數值適用於=2.54的情況。當2.5時,p值可提高20;若為剖分螺母時則p值應降低1520。 螺紋幾何參數確定後、對於有自鎖性要求的螺旋副,還應校校螺旋副是否滿足自鎖條件,即 式中;y為螺紋升角;fV為螺旋副的當量摩擦係數
5、;f為摩擦係數見下表。 表: 滑動螺旋副的摩擦係數f 摩擦係數f 螺杆螺母的材料 0.080.10 鋼青銅 0.060.08 淬火鋼青銅 0.110.17 鋼鋼 0.120.15 鋼鑄鐵 注:起動時取大值運轉中取小值。 受力較大的螺杆需進行強度計算。螺杆工作時承受軸向壓力(或拉力)Q和扭矩T的作用。螺杆危險截面上既有壓縮(或拉伸)應力;又有切應力。因此;ca,其強度條核核螺杆強度時,應根據第四強度理論求出危險截面的計算應力件為 或 【549】 式中: A 螺杆螺紋段的危險截面面積。 WT螺杆螺紋段的抗扭截面係數, dl 螺杆螺紋小徑,mm; T螺杆所受的扭矩, 螺杆材料的許用應力,MPa,見下
6、表 許用應力(MPa) 螺旋副材料 b 螺杆 鋼 s/(35) 青銅 4060 3040 螺母 鑄鐵 4055 40 鋼 (1.01.2) 0.6 注:1)s為材料屈服極限。 2)載荷穩定時,許用應力取大值。 螺紋牙多發生剪切和擠壓破壞,一般螺母的材料強度低於螺杆,故只需校核螺母螺紋牙的強度。 如圖547所示,如果將一圈螺紋沿螺母的螺紋大徑D處展開,則可看作寬度2為直徑的圓周上,則螺紋牙危險截面aa的剪切強度條件為 為D的懸臂梁。假設螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為Q/u,並作用在以螺紋中徑D【550】 螺紋牙危險截面aa的彎曲強度條件為 【551】 式中: b螺紋牙根部的厚度, mm,對於矩形
7、螺紋,b0.5P對於梯形螺紋,b一0.65P,o鋸齒形螺紋,b=0.75P,P為螺紋螺距; 對於30l彎曲力臂;mm參看圖 , l=(D-D2)/2; 螺母材料的許用切應力,MPa,見表; b螺母材料的許用彎曲應力,MPa,見表。 當螺杆和螺母的材料相同時,由於螺杆的小徑dl小於螺母螺紋的大徑D,故應校核杆螺紋牙的強度。此時,上式中的D應改為d1 。 在螺旋起重器螺母的設計計算中,除了進行耐磨性計算與螺紋牙的強度計算外,還要進行螺母下段與螺母凸緣的強度計算。如下圖所示的螺母結構形式,工作時,在螺母凸緣與底座的接觸面上產生擠壓應力,凸緣根部受到彎曲及剪切作用。螺母下段懸置,承受拉力和螺紋牙上的摩
8、擦力矩作用。 設懸置部分承受全部外載荷Q,並將Q增加2030來代替螺紋牙上摩擦力矩的作用。則螺母懸置部分危險截面bb內的最大拉伸應力為 b,b為螺母材料的許用彎曲應式中為螺母材料的許用拉伸應力,=0.83力,見表515。 螺母凸緣的強度計算包括: 凸緣與底座接觸表面的擠壓強度計算 式中p為螺母材料的許用擠壓應力,可取p=(1.51.7)b 凸緣根部的彎曲強度計算 式中各尺寸符號的意義見下圖。 凸緣根部被剪斷的情況極少發生,故強度計算從略。 對於長徑比大的受壓螺杆,當軸向壓力Q大於某一臨界值時,螺杆就會突然發生側向彎曲而喪失其穩定性。因此,在正常情況下,螺杆承受的軸向力Q必須小於臨界載荷Q。則螺
9、杆的穩定性條件為 式中:Ssc螺杆穩定性的計算安全係數; Ss螺杆穩定性安全係數,對於傳力螺旋(如起重螺杆等),Ss=3.55.0對於傳導 螺旋,Ss2.54.0;對於精密螺杆或水平螺杆,Ss4。 c螺杆的臨界載荷,N,根據螺杆的柔度S值的大小選用不同的公式計算。S=l/i,此處,為螺杆的長度係數,見表;l為螺杆的工作長度,mm,若Q螺杆兩端支承時,取兩支點間的距離作為工作長度l;若螺杆一端以螺母支承時,則以螺母中部到另一端支點的距離,作為工作長度 l; i為螺杆危險截面的慣性半徑, mm,若螺杆 危險截面面積 則 當S?100時,臨界載荷Qc可按歐拉公式計算,即 式中:E螺杆材料的拉壓彈性模
10、量,E=2.06X105MPa; I螺杆危險截面的慣性矩, 當S 100時,對於強度極限B?380MPa的普通碳素鋼,如 Q235、Q275等,取 2Qc(304 1.12S)/4d1 對於強度極限B480MPa的優質碳素鋼,如3550號鋼等,取 2 Qc(4612.57S)/4d1 當S 40時,可以不必進行穩定性核核。若上述計算結果不滿足穩定性條件時,應適當增加螺杆的小徑d1。 端 部 支 撐 情 況 長度係數 0.50 兩端固定 0.60 一端固定,一端不完全固定 0.70 一端鉸支,一端不完全固定 0.75 兩端不完全固定 1.00 兩端鉸支 2.00 一端固定,一端自由 注:判斷螺杆端部交承情況的方法: l)若採用滑動支承時則以軸承長度l0與直徑d0的比值來確定。l0/d01.5時,為鉸支; l0d01.53.0時,為不完全固定;l0d03.0時,為固定支承。 2)若以整體螺母作為支承時,仍按上述方法確定。此時取l0H(H為螺母高度)。 3)若以剖分螺母作為支承時,叫作為不完全固定支承。 4)若採用滾動支承已有徑向約束時,可作為鉸支;有徑向和軸向約束時,可作為固定支承。
copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有
经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1