螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)

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1、 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 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. 螺母外徑和凸緣的強(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) 使用范圍 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、65MnT12、40WMr 18CrM nTi 材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，適用于重載、轉(zhuǎn)速 較咼的重要傳動(dòng) 9Mn 2VCrWMn38CrMoA 材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸的穩(wěn)定性，

2、適用于精密 傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng) 螺母 ZCulOPI ZCu5Pb5Zn5 材料耐磨性好，適用于一般傳動(dòng) ZcuAI9Fe4Ni4Mn2 ZCuZn 25Al6Fe3 Mn3 材料耐磨性好，強(qiáng)度咼，適用于重載、低速的傳動(dòng)。對(duì) 于尺寸較大或咼速傳動(dòng)，螺母可米用鋼或鑄鐵制造，內(nèi) 孔澆注青銅或巴氏合金 耐磨性計(jì)算 滑動(dòng)螺旋的磨損和螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以 及潤(rùn)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5-46所示，

3、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（口冷，螺紋中徑為小（mrh， 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u = H/P。則螺紋工作面上的耐磨性條件為 7id2hu ^[p] MPa 『5— 43』 上式可作為校核計(jì)算用。為了導(dǎo)出設(shè)計(jì)計(jì)算式，令巾=H/d2，則H=（^d2,， 代入式（5— 43）引整理后可得 心込 y rrh^[p] 對(duì)于矩形和梯形螺紋，h = 0.5P，則 d2 > 0-8 【5 — 44】 【5 — 46】 對(duì)于30°鋸齒形螺紋。

4、h = 0.75P，貝U d. > 0.65 螺母高度 【5 — 47】 日=巾d2 式中：[P]為材料的許用壓力，MPa見表5—13;巾值一般取1.2?3.5。對(duì)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，故取巾=1.2?2.5對(duì)于剖分螺母和兼作支承的螺母，可取巾=2.5?3.5 只有傳動(dòng)精度較高；載荷較大，要求壽命較長(zhǎng)時(shí)，才允許取 巾=4。 根據(jù)公式算得螺紋中徑d2后，應(yīng)按國(guó)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。 螺旋別受力 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)

5、速度 許用壓力 鋼一青銅 低速 18 25 < 3.0 11 18 6 12 7 10 >15 1 2 淬火鋼一青銅 6 12 10 13 鋼一鑄鐵 <2.4 13 18 6 12 4 7 注：表中數(shù)值適用于 巾= 2.5?4的情況。當(dāng)巾V 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15?20%。 螺紋幾何參數(shù)確定后、對(duì)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； 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： 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

6、 鋼一青銅 0.08~0.10 淬火鋼一青銅 0.06~0.08 鋼一鋼 0.11~0.17 鋼一鑄鐵 0.12~0.15 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 C ca,其強(qiáng)度條 件為 【5 — 49】 式中: A —螺桿螺紋段的危險(xiǎn)截面面積。 w—螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù), WT 二 16 =ATmm3 di— 螺桿螺紋小徑，mm

7、T—螺桿所受的扭矩, T = 0繪（亶 + X）牛Nmm [c]—螺桿材料的許用應(yīng)力，MPa見下表 滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力 - - - - b U - - - - T - - 鋼 同 青 40 鋼 - - - - ■2) O - - ■6[ 0 注：i)cs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5-47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

8、nD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 a-a的剪切強(qiáng)度條件為 【5— 50】 螺紋牙危險(xiǎn)截面a- a的彎曲強(qiáng)度條件為 ◎ ?￡)b2u 【5— 51】 式中： b――螺紋牙根部的厚度，mm對(duì)于矩形螺紋，b= 0.5P對(duì)于梯形螺紋，b 一 0.65P, 對(duì)于30°鋸齒形螺紋，b=0.75P, P為螺紋螺距； l 彎曲力臂；mn參看圖,l=(D-D 2)/2 ; [t ]――螺母材料的許用切應(yīng)力， MPa見表; [門b――螺母材料的許用彎曲應(yīng)力， MPa見表。

9、 當(dāng)螺桿和螺母的材料相同時(shí)，由于螺桿的小徑d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di 0 螺母外徑和凸緣的強(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)算和螺紋牙的強(qiáng)度 計(jì)算外，還要進(jìn)行螺母下段和螺母凸緣的強(qiáng)度計(jì)算。如下圖所示的螺母結(jié)構(gòu)形式， 工作時(shí)，在螺母凸緣和底座的接觸面上產(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20?30%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 b-b內(nèi)的最大拉伸應(yīng)力為 ”陽T觀心 式中［c ］為螺

10、母材料的許用拉伸應(yīng)力，［(7 ］=0.83［門b,［門b為螺母材料的許 用彎曲應(yīng)力，見表5- 15。 螺母凸緣的強(qiáng)度計(jì)算包括： 凸緣和底座接觸表面的擠壓強(qiáng)度計(jì)算 式中［c］ p為螺母材料的許用擠壓應(yīng)力，可取［c］p= (1.5 1.7 ) ［ c］ 凸緣根部的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 M 0嚴(yán)-2)_[.50(耳一性[6 乍兀D^2 式中各尺寸符號(hào)的意義見下圖。 壤匪唱里器韻SS培結(jié)珂 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(duì)于長(zhǎng)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

11、性。因此，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 Sc=Q/QAS s 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(duì)于傳力螺旋（如起重螺桿等）， Ss=3.5?5.0對(duì)于傳導(dǎo) 螺旋，2.5?4.0 ;對(duì)于精密螺桿或水平螺桿，Ss > 4。 Q——螺桿的臨界載荷，N,根據(jù)螺桿的柔度 入s值的大小選用不同的 公式計(jì)算。入 刊l/i ,此處，卩 為螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)，見表；I為螺桿的工作長(zhǎng) 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(zhǎng)度 I ;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(zhǎng)度

12、I ; 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 |/=JI=7 當(dāng)入S> 100時(shí)，臨界載荷Q可按歐拉公式計(jì)算，即 2 二 E=2.06X1(fMPa 式中：E——螺桿材料的拉壓彈性模量， I――螺桿危險(xiǎn)截面的慣性矩， 試 4 I - —-.mm 64 當(dāng)入sV 100時(shí)，對(duì)于強(qiáng)度極限(T B>380MPa勺普通碳素鋼，女口 Q235、 Q275等，取 Cb=( 304- 1.12 入 s)n /4d i2 對(duì)于強(qiáng)度極限t b> 480MPa勺優(yōu)質(zhì)碳素鋼，女口 35?50號(hào)鋼等，取 Cb=( 461 - 2.57 入 s)n /4d

13、12 當(dāng)入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(zhǎng)度系數(shù)卩: 端部支撐情況 長(zhǎng)度系數(shù)卩 兩端固定 0.50 一端固定，一端不完全固 疋 0.60 一端鉸支，一端不完全固 疋 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(zhǎng)度10和直徑do的比值來確定。lo/doV 1.5時(shí)，為鉸支; 10/do= 1.5 3.0時(shí)，為不完全固定；I。/do>3.0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 lo= H（ 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。