螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)

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1、螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) F 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟: 1.耐磨性計(jì)算 2.螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 3.螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算 4.螺母外徑與凸緣的強(qiáng)度計(jì)算 5.螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算 螺旋傳動(dòng)常用材料見下表： 表： 螺旋傳動(dòng)常用的材料螺旋副材料牌號(hào)應(yīng)用范圍螺桿Q235、Q275、45、50材料不經(jīng)熱處理，適用于經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動(dòng)40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，適用于重載、轉(zhuǎn)速較高的重要傳動(dòng)9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸的穩(wěn)定性，適用于精密傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)螺母ZCu10P1、ZCu5Pb5Zn5材料耐磨

2、性好，適用于一般傳動(dòng)ZcuAl9Fe4Ni4Mn2ZCuZn25Al6Fe3Mn3材料耐磨性好，強(qiáng)度高，適用于重載、低速的傳動(dòng)。對于尺寸較大或高速傳動(dòng)，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金 耐磨性計(jì)算 滑動(dòng)螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關(guān)。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(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p，使其小于材料的許用壓力p。 如圖546所示，假設(shè)作用于螺桿的軸向力為Q（N），螺紋的承壓面積（指螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積）為A（mm2），螺紋中徑為小（m

3、m），螺紋工作高度為H（mm），螺紋螺距為 P（mm），螺母高度為 D（mm），螺紋工件圈數(shù)為 uH/P 。則螺紋工作面上的耐磨性條件為543 上式可作為校核計(jì)算用。為了導(dǎo)出設(shè)計(jì)計(jì)算式，令=H/d2， 則H=d2，代入式（543）引整理后可得【544】對于矩形和梯形螺紋，h0.5P，則【546】對于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。對于整體螺母，由于磨損后不能凋整間隙，為使受力分布比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，故取1.22.5對于剖分螺母和兼作支承的螺母，可取=2.53.5只有傳動(dòng)精度較高；載荷

4、較大，要求壽命較長時(shí)，才允許取=4。 根據(jù)公式算得螺紋中徑d2后，應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)的公稱直徑d及螺距P。螺紋工作圈數(shù)不宜超過10圈。 表：滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力 P螺桿螺母的材料 滑動(dòng)速度 許用壓力 鋼青銅 低速 1825 3.0 1118 612 710 15 12 淬火鋼青銅 612 1013 鋼鑄鐵 2.4 1318 612 47 注：表中數(shù)值適用于=2.54的情況。當(dāng)2.5時(shí)，p值可提高20；若為剖分螺母時(shí)則p值應(yīng)降低1520。 螺紋幾何參數(shù)確定后、對于有自鎖性要求的螺旋副，還應(yīng)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(dāng)量摩擦系數(shù)；f為摩擦系數(shù)見下表。 表

5、： 滑動(dòng)螺旋副的摩擦系數(shù)f 螺桿螺母的材料 摩擦系數(shù)f 鋼青銅 0.080.10 淬火鋼青銅 0.060.08 鋼鋼 0.110.17 鋼鑄鐵 0.120.15 注：起動(dòng)時(shí)取大值運(yùn)轉(zhuǎn)中取小值。 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 受力較大的螺桿需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。螺桿工作時(shí)承受軸向壓力（或拉力）Q和扭矩T的作用。螺桿危險(xiǎn)截面上既有壓縮（或拉伸）應(yīng)力；又有切應(yīng)力。因此；核核螺桿強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力ca，其強(qiáng)度條件為或 【549】式中：A 螺桿螺紋段的危險(xiǎn)截面面積。WT螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù)，dl 螺桿螺紋小徑，mm；T螺桿所受的扭矩， 螺桿材料的許用應(yīng)力，MPa，見下表 滑動(dòng)螺旋副材料的許

6、用應(yīng)力螺旋副材料 許用應(yīng)力(MPa) b 螺桿 鋼 s/(35) 螺母 青銅 4060 3040 鑄鐵 4055 40 鋼 (1.01.2) 0.6 注：1）s為材料屈服極限。 2）載荷穩(wěn)定時(shí)，許用應(yīng)力取大值。 螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算 螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強(qiáng)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，則可看作寬度為D的懸臂梁。假設(shè)螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為Q/u，并作用在以螺紋中徑D2為直徑的圓周上，則螺紋牙危險(xiǎn)截面aa的剪切強(qiáng)度條件為 【550】 螺紋牙危險(xiǎn)截面aa的彎曲強(qiáng)度條件為【551】式中：b螺紋牙根部的厚度

7、， mm，對于矩形螺紋，b0.5P對于梯形螺紋，b一0.65P,對于30o鋸齒形螺紋，b=0.75P，P為螺紋螺距； l彎曲力臂；mm參看圖 , l=(D-D2)/2； 螺母材料的許用切應(yīng)力，MPa，見表； b螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa，見表。 當(dāng)螺桿和螺母的材料相同時(shí)，由于螺桿的小徑dl小于螺母螺紋的大徑D，故應(yīng)校核桿螺紋牙的強(qiáng)度。此時(shí)，上式中的D應(yīng)改為d1 。螺母外徑與凸緣的強(qiáng)度計(jì)算。 在螺旋起重器螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算中，除了進(jìn)行耐磨性計(jì)算與螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算外，還要進(jìn)行螺母下段與螺母凸緣的強(qiáng)度計(jì)算。如下圖所示的螺母結(jié)構(gòu)形式，工作時(shí)，在螺母凸緣與底座的接觸面上產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，凸緣根部受到彎曲及剪

8、切作用。螺母下段懸置，承受拉力和螺紋牙上的摩擦力矩作用。 設(shè)懸置部分承受全部外載荷Q，并將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(xiǎn)截面bb內(nèi)的最大拉伸應(yīng)力為式中為螺母材料的許用拉伸應(yīng)力，=0.83b，b為螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，見表515。 螺母凸緣的強(qiáng)度計(jì)算包括： 凸緣與底座接觸表面的擠壓強(qiáng)度計(jì)算式中p為螺母材料的許用擠壓應(yīng)力，可取p=（1.51.7）b 凸緣根部的彎曲強(qiáng)度計(jì)算式中各尺寸符號(hào)的意義見下圖。 凸緣根部被剪斷的情況極少發(fā)生，故強(qiáng)度計(jì)算從略。 螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算 ：對于長徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向壓力Q大于某一臨界值時(shí)，螺桿就會(huì)突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此

9、，在正常情況下，螺桿承受的軸向力Q必須小于臨界載荷Q。則螺桿的穩(wěn)定性條件為 Ssc=Qc/QSs 式中：Ssc螺桿穩(wěn)定性的計(jì)算安全系數(shù)； Ss螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，對于傳力螺旋（如起重螺桿等），Ss=3.55.0對于傳導(dǎo) 螺旋，Ss2.54.0；對于精密螺桿或水平螺桿，Ss4。 Qc螺桿的臨界載荷，N，根據(jù)螺桿的柔度S值的大小選用不同的公式計(jì)算。S=l/i，此處，為螺桿的長度系數(shù)，見表；l為螺桿的工作長度，mm，若螺桿兩端支承時(shí)，取兩支點(diǎn)間的距離作為工作長度l；若螺桿一端以螺母支承時(shí)，則以螺母中部到另一端支點(diǎn)的距離，作為工作長度 l； i為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑， mm，若螺桿 危險(xiǎn)截面面積則

10、當(dāng)S100時(shí)，臨界載荷Qc可按歐拉公式計(jì)算，即式中：E螺桿材料的拉壓彈性模量，E=2.06X105MPa； I螺桿危險(xiǎn)截面的慣性矩， 當(dāng)S 100時(shí)，對于強(qiáng)度極限B380MPa的普通碳素鋼，如 Q235、Q275等，取 Qc（304 1.12S）/4d12 對于強(qiáng)度極限B480MPa的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，如3550號(hào)鋼等，取 Qc（4612.57S）/4d12 當(dāng)S 40時(shí)，可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性核核。若上述計(jì)算結(jié)果不滿足穩(wěn)定性條件時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加螺桿的小徑d1。 表: 螺桿的長度系數(shù) ：端 部 支 撐 情 況 長度系數(shù) 兩端固定 0.50 一端固定，一端不完全固定 0.60 一端鉸支，一端不完全固定 0.70 兩端不完全固定 0.75 兩端鉸支 1.00 一端固定，一端自由 2.00 注：判斷螺桿端部交承情況的方法：l）若采用滑動(dòng)支承時(shí)則以軸承長度l0與直徑d0的比值來確定。l0/d01.5時(shí)，為鉸支;l0d01.53.0時(shí)，為不完全固定；l0d03.0時(shí)，為固定支承。2）若以整體螺母作為支承時(shí)，仍按上述方法確定。此時(shí)取l0H（H為螺母高度）。3）若以剖分螺母作為支承時(shí)，叫作為不完全固定支承。4）若采用滾動(dòng)支承已有徑向約束時(shí)，可作為鉸支；有徑向和軸向約束時(shí)，可作為固定支承。