螺旋千斤顶毕业设计论文1(1)(3)

2020-02-21 22:48

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传动螺纹也属于普通滑动螺旋传动,按牙型的不同可分为矩形螺纹,梯形螺纹,锯齿型螺纹。

矩形螺纹牙型为正方形,牙型角

图 ??0其传动效率较其他螺纹高,但牙跟强度弱,螺旋副磨损后,间隙难易修复和补偿,传动精度降低。

梯形螺纹牙型为等腰梯形,牙型角

0矩形螺纹 ??300。内外螺纹以锥面贴紧不易松动。与矩形螺纹相比,传动效率略低,但工艺性好,牙根强度高对中性好。如用剖分螺母,还可以调整间隙。

锯齿型螺纹为不等腰梯形螺纹,工作面的牙侧角为3,非工作面的牙侧角为30。外螺纹旋合后,大径处无间隙,便于对中。这种螺纹兼有矩形螺纹传动

0图纹图 梯形螺纹 0锯齿型螺效率高、梯形螺纹牙型根强度高的特点,但只能用于单向德螺纹连接或螺旋传动中,如螺旋压力机。

此次螺旋千斤顶的设计采用梯形螺纹传动。

3.3螺旋传动的计算

在螺旋传动中,结构最简单应用最广泛的是滑动螺旋,滑动螺旋副工作时,主要承受转矩和轴向拉力(或压力)的作用,由于螺杆和螺母的旋合螺纹间存在着较大的相对滑动,因此,其主要失效形式是螺纹牙破损。滑动螺旋的基本尺寸通常根据耐磨条件确定。对于传力螺旋还应校核螺杆危险截面的强度;对于青铜或铸铁螺母以及承受重载的调整螺旋应校核其自锁性;对于精度传动螺旋应该校核螺杆的刚度;对于受压螺杆,当其长径比很大时,应校核其稳定性;对于高速长螺杆,应校核其临界转速;要求自锁时,多采用单线螺纹,要求高效时,多采用多线螺纹。

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(1)一般螺旋机构的计算

一般螺旋机构当螺杆转Ψ角(rad)时,螺母轴向移动的位移L(mm)为:

L=SΨ/2π(机械原理第七版) (式3.1) 则式中S为螺旋线导程(mm)。

如果螺杆的转速为n(r/min)时,则螺母移动速度v(mm/s)为:

V=Sn/60 (机械原理第七版) (式3.2)

(2)差动螺旋机构与复式螺旋机构的计算

1-机架 2-螺杆 3-螺母 4-导向杆

图3.4 差动螺旋机构

上图的螺旋机构中,螺杆1上有A、B两段螺旋,A段螺旋导程为SA(mm),B段螺旋导程为SB(mm),两者旋向相同,则当螺杆转Ψ角(rad)时,螺母轴向移动的位移L(mm)为:

L=(SA-SB)Ψ/2π (机械原理第七版) (式3.3) 如果螺杆的转速为n(r/min)时,则螺母移动速度v(mm/s)为:

V=(SA-SB)n/60 (机械原理第七版) (式3.4) 由上式可知:当A、B两螺旋的导程SA、SB接近时,螺母可得到微小位移,这种螺旋机构称为差动螺旋机构(又称微动螺旋机构),常用于分度机构、测微机构等。

如果两螺旋的旋向相反,则螺母轴向移动的位移L为:

L=(SA-SB)Ψ/2π (机械原理第七版) (式3.5)

移动速度为: V=(SA-SB)n/60 (机械原理第七版) (式3.6) 这种螺旋机构称为复式螺旋机构,适合于快速靠近或离开的场合。

滑动螺旋传动工作时,螺杆和螺母主要承受转矩和轴向载荷(拉力或压力)的作用,同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动。滑动螺旋传动的主要失效形式是螺纹

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磨损。因此,通常根据螺旋副的耐磨性条件,计算螺杆中径及螺母高度,并参照螺纹标准确定螺旋的主要参数和尺寸,然后再对可能发生的其他失效逐一进行校核。

3.4螺旋传动的设计和选材

滑动螺旋的结构包括螺杆、螺母的结构形式及其固定和支承结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系,当螺杆短而粗且垂直布置时,如起重及加压装置的传力螺旋,可以采用螺母本身作为支承的结构。当螺杆细长且水平布置时,如机床的传导螺旋(丝杠)等,应在螺杆两端或中间附加支承,以提高螺杆工作刚度。

螺母结构有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。整体螺母结构简单,但由磨损而产生的轴向间隙不能补偿,只适合在精度要求较低的场合中使用。对于经常双向传动的传导螺旋,为了消除轴向间隙并补偿旋合螺纹的磨损,通常采用组合螺母或剖分螺母结构。利用螺钉可使斜块将其两侧的螺母挤紧,减小螺纹副的间隙,提高传动精度。

传动用螺杆的螺纹一般采用右旋结构,只有在特殊情况下采用左旋螺纹。 螺杆和螺母材料应具有较高的耐磨性、足够的强度和良好的工艺性。

表3.1 螺杆与螺母常用的材料

螺纹副 螺杆 9Mn2V GrWMn 38GrMoAl 螺母 ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5 40Gr 65Mn 20GrMnTi 材料 Q235 Q275 45 50 应用场合 轻载、低速传动。材料不热处理 重载、较高速。材料需经热处理,以提高耐磨性 精密传导螺旋传动。材料需经热处理 一般传动 重载、低速传动。尺寸较小或轻载高速传动,螺母可采用钢或铸铁制造,内空浇铸巴士合金或青铜 毕业设计说明书

3.5螺旋机构耐磨性的计算

磨损多发生在螺母,把螺纹牙展直后相当于一根悬臂梁。耐磨性的计算在于限制螺纹副的压强P,其校核公式为:

P=F/A?F/?d2hz=Fp/πd2hH≤[P] (机械设计第四版) (式3.7)

式中,F为轴向工作载荷(N);A为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积(mm2);d2为螺纹中径(mm);p为螺距(mm);h为螺纹工作高度(mm),矩形与梯形螺纹的工作高度h=0.5p,锯齿形螺纹高度h=0.75p;z=H/p为螺纹工作圈数,H为螺纹高度(mm),[p]为许用压强(MPa)。

为便于推导设计公式,令? =H/d2,代入整理后得螺纹中径的设计公式为:

d2≥FP/??h[P] (机械设计第四版) (式3.8)

对矩形、梯形螺纹,h=0.5p,则:

d2≥0.8F/?[p] (机械设计第四版) (式3.9)

对锯齿形螺纹,h=0.75p,则

d2≥0.65F/???? (机械设计第四版) (式3.10)

表3.2 滑动螺旋传动的许用压强

螺纹副材料 滑动副速度/(m·min-1) 低速 钢对青铜 <3.0 6~12 >15 钢-耐磨铸铁 钢-灰铸铁 钢-钢 6~12 <2.4 6~12 低速 许用压强/MPa 18~25 11~18 7~10 1~2 6~8 13~18 4~7 7.5~13 毕业设计说明书

淬火钢-青铜 6~12 10~13 注:?<2.5或人力驱动时,[p]可提高20%;螺母为剖分式时,[p]应降低15%-20%。 ?值根据螺母的结构选取。对于整体式螺母,磨损后间隙不能调整,通常用于轻载或精度要求低的场合,为使受力分布均匀,螺纹工作圈数不宜过多,宜取?=1.2~2.5;对于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力较大,可取?=2.5~3.5;传动精度高或要求寿命长时,允许?=4。

根据公式计算出螺纹中径d2后,按国家标准选取螺纹的公称直径d和螺距p。由于旋合各圈螺纹牙受力不均,故z不宜大于10。

3.6螺母螺纹牙强度的计算

螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于一般情况下螺母材料的强度比螺杆低,因此只需校核螺母螺纹牙的强度。假设载荷集中作用在螺纹中径上,可将螺母螺纹牙视为大径D处展开的悬臂梁,螺纹牙根部的弯曲强度校核公式为:

?b= 3Fh/πDb2z≤[?b] (机械设计第四版) (式3.11) 剪切强度校核公式为:

τ=F/πDbz≤[τ] (机械设计第四版) (式3.12) 式中D为螺母螺纹的大径(mm);b为螺母螺纹牙底宽度(mm);可由国家标准查得,也可取矩形螺纹b=0.5P,梯形螺纹b=0.634P,锯齿形螺纹b=0.74P;[?b] 、[τ]分别为螺母螺纹牙的许用弯曲应力和许用切应力(MPa)。

表3.3 滑动螺旋副材料的许用应力

项 目 钢制螺杆 许用应力/ MPa [σ]=σS/3~5 σS为材料的屈服极限/ MPa 材料 螺 母 青铜 耐磨铸铁 铸铁 许用弯曲应力[σb] 40~60 50~60 45~55 许用切应力[τ] 30~40 40 40


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