[ ]-螺母材料的许用切应力MPa
[ ]-螺母材料的许用弯曲应力MPa
当螺杆和螺母的材料相同的,由于螺杆的小径d1小于螺母螺纹的大径D 故应校核螺杆螺纹牙的的强度.此时,上式中的D应改为d1
螺纹牙多发生剪切和挤压破坏,一般螺母材料强度低于螺杆,故只需校核螺纹牙的强度,在例图中,如将一螺纹沿螺母大径D处展开,则可看作宽度为 D 的悬臂梁.假设螺母每周螺纹螺纹所承受的平均压力为 ,并作用在以螺纹中径D2为直径的圆周上,则螺纹牙危险,截面的剪切强度条件为:
螺母外径与凸缘的强度计算
右旋丝杠螺母的设计计算中,除了进行耐磨性计算与螺纹牙的强度计算外,还要进行螺母凸缘的强度计算.如下图所示的结构形式,在螺母凸缘与无座的接触面上产生挤压应力,凸缘根部产生弯曲及剪切应力的作用.螺母下端悬置承受拉力和螺纹牙上的摩擦力矩的作用,该悬置部分承受全部,外部载荷Q,并将Q增加20% -30%来代替螺纹牙上的摩擦力矩的作用.
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第三章 蜗轮蜗杆的设计
轮蜗杆传动是在空间交错的 两轴间传递运动和动力的一种传动机构,两轴线
交错的夹角可为任意值,常用的为90°.这种传动由于具有结构紧凑,传动比大,传动平稳以及在一定的条件下具有自锁性等优点,应用颇为广泛;其不足之处是传动效率低,常需耗用有色金属等.
3.1 蜗轮蜗杆材料的选用
考虑到蜗杆传动难于保证高的接触精度,滑动速度又较大,以及蜗杆变形等原因,故蜗杆蜗轮不能都用硬材料制造,其中之一(通常为蜗轮)应该用减摩性良好的软 材料来制造.
蜗轮材料:通常是指蜗轮齿冠部分的材料.主要有以下几种:
(1) 铸锡青铜 适用于 ≥12～26m/s和持续运转的工况,离心铸造可得到致密的细晶粒组织,可取大值,砂型铸造的取小值.
(2) 铸铝青铜 适用于 ≤10m/s的工况,抗胶合能力差,蜗杆硬度应不低于45HRC.
(3) 铸铝黄铜 点蚀强度高,但耐磨损性能差,宜用于低滑动速度场合. (4) 灰铸铁和球墨铸铁 适用于 ≤2m/s的工况,前者表面经硫化处理有利于减轻磨损,后者若与淬火蜗杆配对能用于重载场合.直径较大的蜗轮常用铸铁.
蜗杆材料:按材料分有碳钢和合金钢.蜗轮直径很大时,也可用青铜蜗杆,蜗轮则用铸铁.按热处理不同分有硬面蜗杆和调质蜗杆.首先应考虑选用硬面蜗杆.在要求持久性高的动力传动中,可选用渗碳钢淬火,也可选用中碳钢表面或整体淬火以得到必要的硬度,制造时必须磨削.用氮化钢渗氮处理的蜗杆可以不进行磨削,但需要抛光只有在缺乏磨削设备时才选用调质蜗杆.受短时冲击载荷的蜗杆,不应用渗碳钢淬火,最好用调质钢.铸铁蜗轮与镀铬蜗杆配对时,有利于提高传动的承载能力和滑动速度.
根据题目采用渐开线蜗轮.考虑到是低速中载的蜗杆,蜗杆采用45,蜗杆螺旋
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齿面要求淬火,硬度为45～55HRC,蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造.
确定计算系数,有表1-4查得KA=0.8,取Kβ=1,KV=1.1,则载荷系数: K=KAKβKV=0.8×1×1.1=0.88
蜗轮为铸锡磷青铜,取ZE=160 ,假设d1/a =0.35,从图查得Zp =2.9 确定许用接触应力,根据蜗轮材料为ZCuSn10P1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度 >45HRC,根据表1-5查得蜗轮的基本许用接触应力[ ]=268MPa,蜗杆传动的工作寿命为12000h,蜗轮轮齿应力循环次数为:
N = 60jn2Lh = 60×1×48×12000/25=1.382×10 寿命系数为:
蜗轮的齿面许用接触应力为: 计算中心矩:
取中心距a=125mm,因i12=20,故取模数为5mm(见表1-6).蜗杆分度圆直径d1=50mm,这时d1/a=0.4,根据相关设计手册得出Zp`=2.74,因此Zp`< Zp,因此以上结果可取用.
3.2蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸.
蜗杆,由表1-7查得蜗杆头数Z1=2,直径系数q=10,分度圆导程角γ=11°18`36``,则:
轴向齿距: 齿顶圆直径: 齿根圆直径: 蜗杆轴向齿厚: 蜗杆齿宽:
蜗轮齿数Z2=40,由于变位系数X2=+/-0.5,所以选蜗轮齿数Z2=41, 验算传动比i=Z2/Z1=41/2=20.5,这时传动比误差为(20.5-20)/20=1/40是允许的.
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蜗轮分度圆直径d2=
蜗轮喉直径: 蜗轮齿根圆直径: 蜗轮咽喉的圆半径: 蜗杆长度:
3.3校核齿根弯曲疲劳强度.
确定当量齿数:
根据X2=-0.5和Zv2=54.09,由相关手册得齿形系数YF0.2=3.12,螺旋角影响系数:
确定许用弯曲应力,由表查得蜗轮许用应力为[ ]=56MPa 寿命系数: 许用弯曲应力:
所以满足弯曲强度.
3.4蜗轮蜗杆热平衡计算
蜗杆传动由于效率低,所以工作时发热量大.在闭式传动中,如果产生的热量不能及时散逸,将使油温不断升高而使润滑油稀释,从而增大摩擦损失,甚至发生胶合.所以,必须根据单位时间内的发热量Φ1等于同时间内的散热量Φ2的条件进行热平衡计算;以保证油温处于规定的范围内.
取润滑油的最高最高工作油温V0=80℃,周围空气温度取ta=20℃,箱体表面传热系数取αd=15W/(m2·C),滑动速度设为30r/min.
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由相关资料查得当量摩擦角ψv=2.42,蜗杆传动的总效率为:
蜗杆传递功率为: 所需散热面积:
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