(1)选作材料。螺栓材料等选用45号钢σ
s=300MPa。螺母材料选用ZCuA
19Mn
2,查表确定需用压强[P]=15MPa。
(2)确定螺纹牙型。梯形螺纹的工艺性好,牙根强度高,对中性好,本题采用梯形螺纹。
(3)按耐磨性计算初选螺纹的中径。因选用梯形螺纹且螺母兼作支承,故取φ=2.5,得
按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。根据第四强度理论,其强度条件为
但对中小尺寸的螺杆,可认为τ≈0.5σ,所以上式可简化为
式中,A为螺杆螺纹段的危险截面面积,
;S为螺杆稳定性安全系数,对于传力螺旋,S=3.5-5.0;
对于传导螺旋,S=2.5-4.0;对于精密螺杆或水平螺杆,S>4,本题取值为5,故
(5)综合考虑,确定螺杆直径。比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果,可知本题螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准,按国家标准GB/T5796-1986选定螺杆尺寸参数:螺纹外径d=44mm,螺纹内径d
1=36mm,螺纹中径d
2=40.5mm,螺纹线数n=1,螺距P=7mm。
(6)校核螺旋的自锁能力。对传力螺旋传动来说,一般应确保自锁性要求,以避免事故。本题螺杆的材料为钢,螺母的材料为青铜,钢对青铜的摩擦系数f=0.09(查《机械设计手册》)。因梯形螺纹牙型角
注意:若自锁性不足,可增大螺杆直径或减沾上螺距进行调整。
(7)计算螺母高度H,因选φ=2.5,所以,
取为102mm.螺纹圈数计算:z=H/P=14.5, 螺纹圈数最好不要超过10圈,因此宜作调整。
一般手段是在不影响自锁性要求的前提下,可适当增大螺距P,而本题螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准,耐磨性已相当富裕,所以可适当减低螺母高度。现取螺母高度H=70mm,则螺纹圈数z=10,满足要求。 (8)螺纹牙的强度计算。由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度,因此只需校核螺母螺纹的牙根强度。对于青铜螺母
,这里取30MPa,螺纹牙危险截面的剪切应力为
螺母螺纹根部一般不会弯曲折断,通常可以不进行弯曲强度校核。
(9)螺杆的稳定性计算。当轴向压力大于某一临界值时,螺杆会发生侧向弯曲,丧失稳定性。好图所示,取B=70mm,则螺杆的工作长度l=L+B+H/2=305mm
螺杆危险面的惯性半径i=d1/4=9mm
螺杆的长度:按一端自由,一段固定考虑,取u=2
螺杆的柔度:
,因此本题螺杆
,为中柔度压杆。棋失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得
所以满足稳定性要求。