2.2 丝杠的设计
2.2.1 丝杠牙型的选择
转台的俯仰运动的主要部件是螺杆即丝杠。丝杠的牙型常采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或矩形螺纹等传动螺纹。螺纹的三种牙型如图2.2所示。
图2.2螺纹的三种牙型
三种牙型的比较:
(a)梯形螺纹:牙型为等腰梯形,牙型角 。内、外螺纹以锥面贴紧不易松动,与矩形螺纹相比,传动效率低,但工艺性好,牙根强度高,对中性好。
(b)矩形螺纹:牙型为正方形,牙型角 。其传动效率较其它螺纹高,但牙根强度弱,螺旋副磨损后,间隙难以修复和补偿,传动精度降低。为了便于铣、磨削加工,可制成10 的牙型角。
(c)锯齿形螺纹 :牙型为不等腰梯形,工作面的牙侧角为3 ,非工作面的牙侧角为 。外螺纹牙根有较大的圆角,以减小应力集中。内、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效率高、梯形螺纹牙型强度高的特点。
本文中采用的即 牙行的锯齿形螺纹,此处采用锯齿形螺纹,主要是因为锯齿形螺纹具有较好的自锁性能,螺纹之间的摩擦力及支承面之间的摩擦力都能阻止螺母的松脱。所以即使在振动及交变载荷作用下,也不需要防松[16]。
滑动螺旋副的失效主要是螺纹磨损,因此螺杆的直径和螺母高度通常是根据耐磨性计算确定的。传力螺旋应校核螺杆的危险界面的强度,要求自锁的螺杆应校核其自锁性。本文中采用单线螺纹。
2.2.2 丝杠和螺母的参数计算
查机械工程师电子手册:
丝杆的中径 (2.1)
为轴向力, 为螺纹螺距, 为螺纹工作高度。
对于30 锯齿形螺纹, =0.75 ,则:
为螺母厚度系数,对整体螺母 =1.2-2.5,为保证丝杠有更高的强度此处取 =1.2。
为轴向载荷,根据指标,且保证丝杠有足够的可靠性取 =2000 。
丝杠和螺母所选的材料为45钢,则许用压强 =8 。
带入数据计算得:
0.65 =0.65 =9.38
由锯齿形螺纹的参数关系 = -0.5 ,其中 为螺纹公称直径即外径
查阅机械工程师电子手册,选取 =14 , =3
则有: = -0.5 =14-0.75×3=11.75
螺杆小径: =8.793 (直接查表)。
螺母的高度: =1.2×11.75=14.1
取整得: =15
旋合圈数: = = =6.25>3.75,满足要求。
螺纹的工作高度: =0.75 =0.75×3=2.25
螺纹工作面上的耐磨性条件为: = =3.07 ≤ =8
所以丝杠螺母传动满足强度要求。
上面是根据耐磨性而计算的。
2.2.3 丝杠的自锁性验证
(2.2)
为螺纹牙型斜角;
为摩擦系数;
为螺旋副当量摩擦角;
= (2.3)
为导程;
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