任何螺钉和螺母系统的主要问题是要移动的负载量。在选择合适的螺钉类型和尺寸之前,必须由设计人员确定负载。如果要垂直移动负载,则螺母负载等于要移动的重量加上摩擦负载。如果要水平移动载荷,则必须将重量乘以摩擦系数以确定螺母上的净载荷。也可以使用弹簧秤或测力计测量载荷。对于既不水平也不垂直的负载,这可能是最简单的方法。(参见表39的典型摩擦系数。)负载越高,所需螺钉和螺母的尺寸越大。使用为每个螺钉系列提供的螺钉/螺母工程数据。
物料 摩擦系数 1 钢上钢(干) 0.8 2 钢上钢(润滑) 0.16 3 青铜钢(干) 0.4 4 青铜钢(润滑) 0.15 5 黄铜钢(干) 0.35 6 黄铜上的钢(润滑) 0.19 7 木材上的钢(干) 0.4 8 木材用钢(润滑) 0.2 9 表壳铁(干)钢 0.23 10 铸铁用钢(润滑) 0.15 11 塑料钢(干) 0.15 12 塑料钢(润滑) 0.125
在任何螺钉和螺母系统中始终优选张力加载。在压缩载荷中,螺钉可能因弹性不稳定(屈曲)而失效,必须研究安全的柱载荷。(有关负载对螺钉和螺母系统的影响的更多评论,请参阅柱加载和扭转和轴向偏转部分。)所有螺钉和螺母系统在轴上加载时性能最佳。这称为轴向加载,因为螺钉和螺母与中心轴线对齐。径向(侧面)负载和偏心(力矩)负载是有害的,应该避免或最小化。
螺杆驱动系统的机械效率通常令人困惑。这是因为与大多数动力传动部件,V形皮带,皮带轮,同步皮带,链传动装置和齿轮系统(蜗轮系统除外)不同,螺杆传动系统实际上具有两个效率 - 一个在驱动方向(扭矩)推动转换)和一个在反向驱动方向(推力到扭矩转换)。效率与导程角图(图26)显示了连续的一般螺钉与配合的青铜螺母(摩擦系数.15)的两条效率曲线。对于8°导程角的螺杆,前进效率为45%,反向驱动效率为-13%。负反向驱动效率意味着螺钉是自锁的,即,需要一些驱动扭矩来降低负载。假设领先1英寸/小时。和1000磅的负荷。前进驱动和反向驱动扭矩可以通过使用图表中的效率和驱动扭矩的公式来计算有用的公式部分。注意,当反向驱动效率为负时,反向驱动扭矩值为负。这表明螺钉是自锁的,并且需要在与驱动方向相反的方向上的扭矩来降低负载。再次参考效率与导程角图(图26),随着??导程角的增加,导程角为20°的螺杆的前向效率为65%,反向驱动效率为52%。反向驱动效率现在大于零,表明螺钉不是自锁的,并且需要制动扭矩来维持负载。换句话说,计算出的反向驱动扭矩表示螺母上的线性力在螺杆上产生的扭矩。Hi-lead?和Torqspline?螺钉使用的原则是增加导程角可以显着提高动力螺钉的效率。效率与提前角曲线显示了三种电源螺丝系列效率- Acme的,高新leads?和Torqsplines?。请注意,随着超前角的增加,效率会稳步上升。滚珠丝杠使用滚动摩擦代替其他螺杆系列的滑动摩擦,表现出不随导程角变化的效率。效率与导程角图表显示了在整个导程角范围内90%前向效率和80%反向驱动效率的恒定值下的滚珠螺杆前进和后向驱动效率。在实际的实验室测量中,低导程角滚珠丝杠确实比较大的导程角滚珠丝杠显示出更高的效率,但对于商用滚珠丝杠应用来说不够重要。假设90%的正向驱动和80%的反向驱动效率适用于整个范围的滚珠丝杠和导程角,则不会遇到任何问题。
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