2026-07-06 17:29:44

滑动螺旋传动计算

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滑动螺旋传动计算

参考资料

查询资料:

滑动螺旋传动计算说明

滑动螺旋传动计算

输入设计参数(初始条件)

轴向载荷F

N

螺母形式

整体式

剖分式

滑动速度范围

低速

<0.04

<0.05

0.1~0.2

>0.25

m/s

螺杆材料

45号钢

50号钢

Y40Mn

40Cr

40CrMn

65Mn

T10

T12

20CrMnTi

CrWMn

9Mn2V

38CrMoAl

35号钢

20CrMo

42CrMo

50Mn

60Mn

55号钢

GCr15

GCr15SiMn

9Cr18

螺母材料

青铜

淬火钢

螺纹形式

梯形螺纹

锯齿形螺纹

螺杆最大工作长度

mm

螺杆端部结构

两端固定

两端铰支

一端固定,一端不完全固定

一端固定,一端铰支

一端固定,一端自由

螺杆工作方位

垂直

水平

倾斜

螺杆两支撑间最大距离

mm

螺杆(或螺母)转速

rpm

切换为移动速度(mm/s)

显示说明

设计参数输入

1. 输入"轴向载荷"F 数值;

2. 选择"螺母形式"、 "螺杆材料"、"螺母材料";ψ值为螺母高径比,由螺母形式决定。

3. 选择不同"滑动速度范围"时,螺母材料会不同;

4. 选择螺纹形式:梯形螺纹或锯齿形螺纹。

耐磨性计算

计算螺纹中径d2

ψ值

(1.2~2.5)

许用压强[p]

MPa

(18~25 MPa)

螺纹中径d2

mm

计算结果

确定螺杆中径d2及螺距

trThread

公称直径d

大于

等于

小于

mm

中径d2

大于

等于

小于

mm

螺距P

大于

等于

小于

mm

查找

--选择查询结果--

显示说明

螺纹中径与螺距的选择与查询

选择与上面计算所得中径值相近的标准中径,从而选定其他参数。用户可根据输入的三个查询条件对螺纹列表进行筛选,选中螺纹尺寸后,左边文本框中将显示对应的螺纹尺寸信息。

非标螺纹:选择标准螺纹后,点击“非标螺纹输入”按钮可直接修改螺纹各参数值作为非标螺纹参数。

耐磨性计算校核

螺母高度H

mm

旋合圈数n

基本牙型高度H1

mm

工作压强p

MPa

计算结果

自锁条件、螺杆强度、螺纹强度计算

自锁条件计算 校核

螺纹线数

1

2

3

4

导程S

mm

摩擦因数f

(0.08~0.10)

表 14-1-6 摩擦因数 f 值(定期润滑条件下)

螺杆和螺母材料

f 值

淬火钢-青铜

0.06~0.08

钢-青铜

0.08~0.10

钢-耐磨铸铁

0.10~0.12

钢-铸铁

0.12~0.15

钢-钢

0.15~0.17

注:启动时取大值,运转中取小值。

螺纹升角λ

°

当量摩擦角ρ'

°

计算结果

螺杆强度计算 校核

支承环面的外径D0

mm

支承环面的内径d0

mm

轴向支承面间摩擦因数fs

螺纹摩擦力矩Mt1

N·mm

轴承摩擦力矩Mt2

N·mm

轴承摩擦力矩Mt3

N·mm

驱动转矩Mq

N·mm

当量应力σca

MPa

螺杆许用应力σp

MPa

(71~118.333) MPa

计算结果

螺纹强度计算 校核

螺纹牙根部的宽度b

mm

螺杆剪切强度τ

MPa X

螺杆弯曲强度σb

MPa X

螺杆与螺母的许用应力

表 14-1-9 螺杆与螺母的许用应力(MPa)

材料

许用拉应力 σp

许用弯曲应力 σbp

许用切应力 τp

螺杆

ReL / 3~5

(1~1.2)σp

0.6σp

螺母

青铜

40~60

30~40

耐磨铸铁

50~60

40

铸铁

45~55

40

ReL / 3~5

(1~1.2)σp

0.6σp

注:σs 为屈服极限。

螺母剪切强度τ

MPa X

螺母弯曲强度σb

MPa X

外螺纹牙许用切应力τp

MPa

(0.6[σ])

外螺纹牙许用弯曲强度σbp

MPa

(1.0~1.2)[σ]

内螺纹牙许用切应力τ'p

MPa

(30~40) MPa

内螺纹牙许用弯曲强度σ'bp

MPa

(40~60) MPa

计算结果

显示说明

自锁条件、螺杆强度、螺纹强度计算

1. 自锁条件:输入螺纹线数,选择摩擦因数,系统自动计算螺纹升角和当量摩擦角,校核是否满足自锁条件。

2. 螺杆强度:输入支承面摩擦参数,计算驱动转矩和当量应力,校核螺杆强度是否满足许用应力要求。

3. 螺纹强度:输入内外螺纹许用应力,校核螺纹牙根部的剪切强度和弯曲强度。

螺杆稳定性计算

计算方式:

简化法

手册法

弹性模量E

MPa

材料类别

Q235

优质碳钢

硅钢

铬钼钢

系数a

MPa

系数b

MPa

λ1

λ2

表 1-1-134 直线公式系数 a、b 及 λ 范围

(σb、σs 单位为 N/cm²,a、b 单位为 /N·cm-2)

材料

σb、σs

a

b

λ1

λ2

Q235

σb≥37200σs=23500

30400

112

105

61

优质碳钢

σb≥47100σs=30600

46100

256.8

100

60

硅钢

σb≥51000σs=35300

57800

374.4

100

60

铬钼钢

98070

529.6

≥55

≥55

铸铁

33220

145.4

硬铝

37300

215

≥50

松木

3870

19

≥59

长度系数μ

惯性半径i

mm

柔度λ

轴惯性矩Ia

mm4

临界载荷Fc

N

Fc/F

(≥2.5)

计算结果

显示说明

螺杆稳定性计算

长度系数μ根据第一节选择的"螺杆端部结构"自动确定。

根据螺杆两支承间距离和惯性半径计算柔度λ,进而计算临界载荷Fc。

校核稳定性安全系数Fc/F是否满足要求(≥2.5)。

螺杆刚度计算

精度等级

5级

6级

7级

8级

9级

切变模量G

MPa

极惯性矩Ip

mm4

危险截面面积A

mm2

弹性模量E

MPa

载荷方向

与运动方向相反

与运动方向一致

转矩变形ΔSM

μm

轴向载荷变形ΔSF

μm

总轴向变形ΔS

μm

ΔS/S

(≤30 μm/m)

计算结果

显示说明

螺杆刚度计算

计算螺杆在转矩和轴向载荷作用下的螺距变形量,校核是否满足精度要求。

转矩Mt取螺杆强度计算中的驱动转矩Mq。

轴向载荷F(轴向力Fa)直接取自输入设计参数。

轴向载荷与运动方向相反时取+号,一致时取-号。

切变模量G取8.5×104 MPa,弹性模量E取2.1×105 MPa(钢)。

允许螺距变形量根据精度等级查表确定。

横向振动

振动系数μ1

临界转速nc

rpm

实际转速n

rpm

0.8nc

rpm

计算结果

显示说明

横向振动

振动系数μ1根据螺杆端部结构自动确定。

根据支承间距离和惯性半径计算临界转速nc,校核实际工作转速n是否满足n < 0.8nc的要求。

效率

系数(0.95~0.99)

(0.95~0.99)

效率η

计算结果

显示说明

效率

输入效率系数(0.95~0.99),系统自动计算螺旋传动的总效率η,考虑了螺纹副摩擦、支承面摩擦等因素。

表 14-1-8 滑动螺旋传动许用压强[p]p

螺杆-螺母材料

滑动速度 / m·s−1

许用压强[p]p / MPa

钢-青铜

低速

18~25

<0.05

11~18

0.1~0.2

7~10

>0.25

1~2

钢-耐磨铸铁

0.1~0.2

6~8

钢-铸铁

<0.04

13~18

0.1~0.2

4~7

钢-钢

低速

7.5~13

淬火钢-青铜

0.1~0.2

10~13

注:1. 当ψ<2.5或人力驱动时,[p]p可提高20%。

2. 当螺母为剖分式时,[p]p应降低15%~20%。

表 14-1-4 系数 μ 和 μ1

螺杆端部结构

μ

μ1

两端固定

0.5

4.730

一端固定,一端铰支

0.7

3.927

两端铰支

1

3.142

一端固定,一端不完全固定

0.6

4.730

一端固定,一端自由

2

1.875

① 采用滑动支承时,若令l0为支承长度,d0为支承孔直径,则当/d0<1.5时,认为是铰支;l0/d0=1.5~3时,是不完全固定;l0/d>3时,是固定端。采用滚动支承时,当只有径向约束时,是铰支;当径向和轴向都有约束时,是固定端。

② μ:长度系数,用于螺杆稳定性计算;μ1:系数,用于横向振动临界转速计算。

表 14-1-5 螺杆每米长的允许螺距变形量

精度等级

5

6

7

8

9

ΔS/S (μm/m)

10

15

30

55

110

注:ΔS为螺距变形量(μm),S为螺距(mm)。允许值根据螺杆精度等级选取。

计算螺纹中径d2梯形螺纹:d2 = 0.8√(F/ψ/[p])锯齿形螺纹:d2 = 0.65√(F/ψ/[p])F: 轴向载荷(N),ψ: 螺母高度系数,整体式螺母:1.2~2.5,剖分式螺母:2.5~3.5;[p]: 许用压强(MPa)

耐磨性计算校核螺母高度:H = ψ × d2旋合圈数:n = H/P牙型高度:梯形 H1=0.5P,锯齿 H1=0.75P工作压强:p = F/(π·d2·H1·n)校核条件:p ≤ [p]

自锁条件计算螺纹升角:λ = arctan(S/(π·d2))当量摩擦角:ρ' = arctan(f/cos(α/2))梯形螺纹 α=30°,锯齿形螺纹 α=33°自锁条件:λ ≤ ρ'

螺杆强度计算螺纹摩擦力矩:Mt1 = 1/2·d2·F·tan(λ+ρ')驱动转矩:Mq = Mt1 + Mt2 + Mt3当量应力:σca = √[(4F/πd3²)² + 3(Mq/0.2d3³)²]校核条件:σca ≤ σp

螺纹强度计算校核螺杆剪切强度:τ = F/(π·d3·b·n) ≤ τp螺杆弯曲强度:σb = 3F·H1/(π·d3·b²·n) ≤ σbp螺母剪切强度:τ = F/(π·d4·b·n) ≤ τ'p螺母弯曲强度:σb = 3F·H1/(π·d4·b²·n) ≤ σ'bp

螺杆稳定性计算长度系数μ根据"螺杆端部结构"自动确定惯性半径:i = d3/4柔度:λ = μ·l/i轴惯性矩:Ia = π·d34/64【简化法】临界载荷Fc:① 当 λ > 90(未淬火钢)或 λ > 85(淬火钢): Fc = π²·E·Ia / (μl)²② 当 λ ≤ 90(未淬火钢): Fc = 340 / (1 + 0.00013·λ²) · πd3²/4③ 当 λ ≤ 85(淬火钢): Fc = 490 / (1 + 0.0002·λ²) · πd3²/4【手册法】临界载荷Fc:材料常数 a, b, λ1, λ2 根据材料类别查表确定① 当 λ > λ1(大柔度杆,欧拉公式): Fc = π²·E·Ia / (μl)²② 当 λ2 ≤ λ ≤ λ1(中柔度杆,经验公式): Fc = (a − b·λ) · πd3²/4③ 当 λ < λ2(小柔度杆): 不需验算稳定性,应增大 d3校核:Fc/F ≥ 安全系数(垂直≥2.5,倾斜≥3.25,水平≥4.0)

螺杆刚度计算极惯性矩:Ip = π·d34/32 (mm4)危险截面面积:A = π·d32/4 (mm2)切变模量:G = 8.5×104 MPa(钢)弹性模量:E = 2.1×105 MPa(钢)转矩变形:ΔSM = 16·Mt·S²/(π²·G·d34) × 1000 (μm)轴向载荷变形:ΔSF = 4·F·S/(π·E·d32) × 1000 (μm)总轴向变形:ΔS = ΔSM ± ΔSF (μm)轴向载荷与运动方向相反时取+,一致时取-螺距变形比:ΔS/S = ΔS(μm)/S(mm) × 1000 (μm/m)校核条件:|ΔS/S| ≤ 允许值(μm/m)允许值根据精度等级查表(5级=10, 6级=15, 7级=30, 8级=55, 9级=110)

横向振动计算振动系数μ1根据螺杆端部结构自动确定临界转速:nc = 12×106·μ1²·d3/lc²校核条件:n < 0.8·nc

效率计算η = K × tan(λ) / tan(λ+ρ')K: 效率系数(0.95~0.99),考虑轴承、支承面等附加损耗λ: 螺纹升角ρ': 当量摩擦角

工具介绍及使用说明

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