梯形丝杠设计计算

A-841 梯形丝杠梯形丝杠 综合产品目录综合产品目录 A 产品技术说明A 产品技术说明 特长 .特长 . 梯形丝杠的特长 . 结构与特长结构与特长. 专用滚轧轴的特长专用滚轧轴的特长. 高强度锌合金高强度锌合金. 选择的要点 .选择的要点 . 梯形丝杠的选择 . 效率、 推力与扭矩 . 精度规格 . 设计的要点 .设计的要点 . 配合 . 安装步骤与维护 .安装步骤与维护 . 安装 . 润滑 . A-842 A-842 A-842 A-843 A-843 A-845 A-845 A-849 A-849 A-850 A-850 A-851 A-851 A-852 B 产品尺寸规格(别册)B 产品尺寸规格(别册) 尺寸图、 尺寸表.尺寸图、 尺寸表. DCMA、 DCMB型. B-787 B-788 请参见别册 B 产品尺寸规格 A-842 特长特长梯形丝杠梯形丝杠 梯形丝杠的特长梯形丝杠的特长 结构与特长结构与特长 梯形丝杠DCMA型和DCMB型具有不易通过机械加工得到的45导程角。 每种型号均能很容易地将直线运动 转换为旋转运动,反之亦然,转换效率为70%。 由于导程比较大,它们对于在低速转动时提供较快的进给 速度是较佳的选择。 与这种梯形丝杠组合使用的多头丝杠轴是采用冷滚轧加工成型的。 其齿面加工硬 化后硬度超过250HV,并经过镜面抛光。 因此,这些轴具有很高的耐磨损性,在与梯形丝杠组合使用时可 实现极为平稳的运动。 而对于梯形丝杠DCMA40型、 DCMB40型或更新型号,是设计用于与切削丝杠轴配合 使用的。 微型梯形丝杠是用含油塑料制造的 , 具有较好的耐磨损性 , 尤其在无润滑工作条件下具有优异的润滑 性。 并且,由于其优良性能能够长时间维持,因此可以有较长的免维护使用周期。 DCMA型 无润滑微型梯形丝杠 DCMB8T、DCMB12T型 DCMB型 A-843 特长 梯形丝杠的特长 梯形丝杠 专用滚轧轴的特长专用滚轧轴的特长 对于梯型丝杠， 提供有标准长度的专用滚轧轴。 【提高耐磨损性】【提高耐磨损性】 轴齿由冷轧加工成型,齿面加工硬化后硬度超过250HV,然后实施镜面抛光。 因此,轴具有高度耐磨损性, 当与梯型丝杠配合使用时,可以获得极其平滑的运动效果。 【改善机械性能】【改善机械性能】 在滚轧轴齿面的内部结构中,沿着齿面轮廓出现纤维流线,从而使得齿根周围的结构变得很紧密,因此 可以增加疲劳强度。 【轴端支撑座的额外加工】【轴端支撑座的额外加工】 由于每一根轴都是滚轧成形的 , 因此轴端的支撑座轴承部等的额外加工可以很容易地通过车削或铣削 来完成。 高强度锌合金高强度锌合金 梯型丝杠中使用的高强度锌合金是一种具有高度耐焦化性、 耐磨损性以及耐负荷性的材料,其成分、 机 械性能、 物理性质和耐磨损性如下表所示。 【成分】【成分】 表1 高强度锌合金的成分单位% 项目内容 Al34 Cu34 Mg0.030.06 Be0.020.06 Ti0.040.12 Zn剩余部分 A-844 【机械性能】 【物理性质】 【耐磨损性】 【机械性能】 【物理性质】 【耐磨损性】 图1 高强度锌合金的耐磨损性 试验条件阿姆斯勒磨损试验机 项目内容 抗拉强度275314N/mm2 抗拉耐力(0.2%)216245N/mm2 抗压强度539686N/mm2 压缩耐力(0.2%)294343N/mm2 疲劳强度132N/mm2107（申克挠曲试验） 却贝冲击值0.0980.49N m/mm2 伸长15 硬度120145HV 项目内容 比重6.8 比热460J/(kg K) 熔点390 热膨张系数2410-6 距离 （km） 2级磷青铜 3级青铜 THK高强度锌合金 3级黄铜 磨损量 （mg） 80 60 40 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 项目内容 测试零件转速185min-1 负荷392N 润滑剂电动机润滑油 A-845 选择的要点选择的要点梯形丝杠梯形丝杠 梯形丝杠 梯形丝杠的选择梯形丝杠的选择 0 0 【动态容许扭矩T和动态容许推力F】【动态容许扭矩T和动态容许推力F】 动态容许扭矩(T)和动态容许推力(F)表示为轴承齿面上接触面压为9.8N/mm2时的扭矩和推力。 这些数 值被用来作为梯型丝杠强度的基准。 【pV值】【pV值】 使用滑动轴承时,用接触面压(p)与滑动速度(V) 的乘积,即pV值作为判断能否使用某种型号的基 准。 使用图1中所示的相应pV值作为选择梯型丝杠 的基准。 pV值还随润滑条件的不同而变化。 ? f? fS S安全系数安全系数 在计算梯型丝杠上承受的负荷时 , 有必要获得随 物体重量和运动速度而变化的惯性力产生效果的 准确资料。 一般来说,对于往复运动或旋转运动的 装置,要准确获得所有的系数是不容易的,例如经 常重复发生的起动停止时的冲击等。 因此,如果不 能获得实际负荷资料,则有必要在选择轴承时,考 虑表1中显示的根据经验得到的安全系数(fS)。 图1 pV值 表1 安全系数(fS) 负荷的种类fS的下限 对于不常使用的静态负荷12 对于普通的单方向负荷23 对于振动冲击伴随而来的负荷4或更多 滑动速度 V(m/min) 面压 p （N/mm2） 10 7 5 3 2 1 0.7 0.5 0.3 0.2 12 35 710 20 30 5070100 A-846 ? f? fT T温度系数温度系数 如果梯型丝杠的温度超过了常温范围 , 梯型丝杠 的耐焦化性和材料的强度将会下降。 因此,有必要 将动态容许扭矩(T)和动态容许推力(F)乘以图2 中显示的相应温度系数。 注)对于微型梯型丝杠,请在60以下环境中使用。 因此,当选择梯型丝杠时,在强度方面需要满足以 下等式 动态容许扭矩(T) 静态容许推力(F) fS安全系数（参照A-845上的表1） fT温度系数（参照图2） T动态容许扭矩(N m) PT承受的扭矩(N m) F动态容许推力(N) PF轴向负荷(N) 图2 温度系数 ? 表面硬度与耐磨损性? 表面硬度与耐磨损性 轴的硬度对梯型丝杠的耐磨损性影响极大,如果硬 度等于或小于250HV,磨损量就会如图3所示增大。 另外，表面粗糙度最好为0.80a或更低。 通过滚轧的加工硬化,滚轧轴的表面硬度可以达到 250HV以上,而表面粗糙度为0.20a或更低。因此,滚 轧轴可以获得很高的耐磨损性。 图3 表面硬度与耐磨损性 fTT PT fS fTF PF fS 使用温度 （） 温度系数 fT 200 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 20406080100120 接触面硬度 （HV） 磨损量 （mm） 1.1 1.0 0.9 0.8 100 200 300 400 500 600 700 0.7 0.6 0.5 A-847 选择的要点 梯形丝杠的选择 梯形丝杠 【计算接触面压p】【计算接触面压p】 p值可按如下计算 ? 承受轴向负荷时? 承受轴向负荷时 p轴向负荷(PF N)情况下齿面的接触面压 (N/mm2) F动态容许推力(N) PF轴向负荷(N) ? 承受扭矩时? 承受扭矩时 p在施加负荷扭矩 （PT N m） 情况下齿面的接触面压 （N/mm2） T动态容许扭矩(N m) PT承受的扭矩(N m) 【计算齿面滑动速度V】【计算齿面滑动速度V】 V值可按如下计算 V滑动速度(m/min) Do有效直径(参照尺寸表)(mm) n每分钟转数(min-1) R导程(mm) PF F p = 9.8 p = 9.8 PT T 2 Don 103 V = A-848 计算例计算例 假设使用梯形丝杠DCMB型,在承受伴随振动的轴向负荷PF1760N的同时,以进给速度S10m/min运动的情况下,选 择梯型丝杠。 对pV值加以探讨。 首先， 试探性地选择DCMB25T型 （动态容许推力F12700N） 。 计算接触面压(p)。 求出滑动速度(V)。 以进给速度S10m/min运动时,所需的丝杠轴每分钟转数(n)按下式计算 从pV值图 （参照 A-845上的 图1） 中可以判断,在p值为1.36N/mm2的情况下,如果滑动速度(V)为16m/min或更低,则 不会有异常的磨损。 其次,求出相对于动态容许推力(F)的安全系数(fS)。 使用条件为 温度系数fT1, 外加负荷PF1760N,安全系数则如下计算。 按照负荷种类,fS在4或更大值时能满足强度的要求,因此选择DCMB25T型。 1760 12700 PF F p = 9.8 = 9.8 1.36 N/mm2 n = = 136min1 S R 10 3 3 73.310 3 V = = 14.0 m/min 2Don 103 2 23.1136 103 fS = = 7.2 fTF PF 1 12700 1760 A-849 选择的要点 效率、 推力与扭矩 梯形丝杠 效率、 推力与扭矩效率、 推力与扭矩 梯形丝杠的效率()与摩擦系数()的关系如表2所示。 表2 摩擦系数与效率 当施加扭矩时,所发生的推力可用下式计算。 Fa产生的推力(N) T扭矩(输入)(N m) R导程(mm) 当施加推力时,所发生的扭矩可用下式计算。 T产生的扭矩(N m) Fa推力(输入)(N) R导程(mm) 计算例1 计算例2 计算例1 计算例2 精度规格精度规格 表3 用于DCMA、 DCMB型的多头滚轧丝杠轴的精度单位mm 注)标记T表示丝杠轴的加工方法。 摩擦系数() 0.1 0.15 0.2 效率() 0.82 0.74 0.67 Fa=2T/R 10 3 假设使用梯型丝杠DCMB20T型,当扭矩T19.6N m时,计算产生的推力。 如果为0.2,则效率为0.67 （参照表2） ,发生的推力(Fa)如下计算。 假设使用梯形丝杠DCMB20T型,当推力Fa980N时,计算产生的扭矩。 如果为0.2,则效率为0.67 （参照表2） ,发生的扭矩(T)如下计算。 轴标记滚轧轴 精度T注） 单一节距误差 （最大）0.025 累积节距误差 （最大）0.2/300 T =FaR 10 3/2 20.6719.6 60 10 -3 Fa = 2T/R10 -3 = 1370 N T = = = 6.27 Nm 2 FaR10 -3 2 0.679806010 -3 A-850 设计的要点设计的要点梯形丝杠梯形丝杠 配合配合 建议梯形丝杠圆周和支撑座之间的配合采用间隙配合或过渡配合。 支撑座内径公差H8或J8 A-851 安装步骤与维护安装步骤与维护梯形丝杠梯形丝杠 梯形丝杠 安装安装 0 【有关支撑座嘴的倒角】【有关支撑座嘴的倒角】 为了增加梯型丝杠法兰根部的强度 , 需要将角落 处加工为R形。 因此有必要对支撑座嘴的内角进行 倒角。 图1 表1 支撑座嘴的倒角尺寸 单位mm 【推荐安装方向】【推荐安装方向】 当在竖直方向上使用丝杠轴输送重物时,应如图2 所示安装丝杠才是安全的 , 应在安装孔上提供支 撑以防止移动的物体掉落 , 即使梯型丝杠由于过 载或受到冲击而破裂也没有问题。 图2 推荐安装方向 倒角C 公称型号 嘴的倒角 C （最小） DCMA DCMB 81.2 121.5 15 217 20 25 2.5 30 35 3 40 45 50 运行 梯形丝杠 丝杠轴 轴旋转 （轴向固定） A-852 润滑润滑 请根据梯型丝杠的使用条件选择润滑方法。 【油润滑】【油润滑】 建议对梯型丝杠采用油润滑,特别是油池润滑或滴油润滑法更有效。 油池润滑是最适当的方法,因为这 种方法可以满足苛刻的条件 ,例如高速、 重负荷或外部热传递 ,并且使梯型丝杠冷却。 滴油润滑适合于 中低速度和中轻负荷的情况。 请根据表2中显示的条件选择润滑油。 表2 选择润滑油 【油脂润滑】【油脂润滑】 在较少使用的低速进给情况下 , 用户可以定期用手向轴内涂抹油脂或者利用梯型丝杠上的油脂孔进行 润滑。 建议使用锂皂基润滑脂2号。 【微型梯型丝杠的初期润滑】【微型梯型丝杠的初期润滑】 微型梯型丝杠是用含油塑料制造的,可在无润滑下使用。 进行初期润滑时使用油或油脂,但是注意含大 量耐极高压添加剂的润滑剂不适合使用。 使用条件滑润油的种类 低速、 高负荷、 高温高粘度滑动面用油或涡轮油 高速、 低负荷、 低温低粘度滑动面用油或涡轮油 B-787 梯形丝杠梯形丝杠 综合产品目录综合产品目录 尺寸图、 尺寸表尺寸图、 尺寸表 DCMA、 DCMB型 . B-788 B 产品尺寸规格B 产品尺寸规格 特长 .特长 . 梯形丝杠的特长 . 结构与特长结构与特长. 专用滚轧轴的特长专用滚轧轴的特长. 高强度锌合金高强度锌合金. 选择的要点 .选择的要点 . 梯形丝杠的选择 . 效率、 推力与扭矩. 精度规格 . 设计的要点 .设计的要点 . 配合 . 安装步骤与维护 .安装步骤与维护 . 安装 . 润滑 . A-842 A-842 A-842 A-843 A-843 A-845 A-845 A-849 A-849 A-850 A-850 A-851 A-851 A-852 A 产品技术说明(别册)A 产品技术说明(别册) 请参见别册 A 产品技术说明 B-788 DCMA、 DCMB型DCMA、 DCMB型 注)标记T表示有滚轧轴被组合使用。 动态容许扭矩(T)和动态容许推力(F)表示的是丝杠的齿面接触面压为9.8N/mm2时的数值。 微型梯形丝杠DCMB8T型和DCMB12T型 使用含油塑料。 （外径容许尺寸公差特殊） 。 标记的丝杠轴需根据订单制作。 法兰的静态容许负荷(P),如右图所示,表示对负荷的法兰强度。 公称型号的构成例 梯形丝杠外形尺寸梯形丝杠的尺寸丝杠轴 公称型号注） 外径 公称型号注） D 公差长度法兰直径 HBPCDrFd h9LD1 DCMB 8T注）150 -0.1 162843.4210.8CT 8T DCMB 12T注）20253654.5271CT 12T DCMA 15T 22 0 -0.052 15 4465.4311.54.51.5CT 15T DCMB 15T30 DCMA 17T 28 15 5176.6381.54.51.5CT 17T DCMB 17T35 DCMA 20T 32 0 -0.062 20 5676.6421.56.52CT 20T DCMB 20T40 DCMA 25T 36 25 6186.64728.52CT 25T DCMB 25T50 DCMA 30T 44 28 7610958292CT 30T DCMB 30T56 DCMA 35T 52 0 -0.074 30 84109662.5103CT 35T DCMB 35T60 DCMA 40 58 35 981211762.511.53CT 40 DCMB 4070 DCMA 45 64 37 1041211802.512.53CT 45 DCMB 4575 DCMA 50 68 40 1091211852.5143CT 50 DCMB 5080 同一丝杠轴上 组合使用的螺母个数 梯形丝杠 的公称型号 丝杠轴总长度 （单位mm） 丝杠轴加工方法的区别 （T滚轧轴） 梯形丝杠与 丝杠轴的组合 2 DCMA20 +1500L T B-789 梯形丝杠 单位mm 公称型号的构成例 多头丝杠轴的详细情况标准轴长度最大轴长度动态容许 动态容许法兰的质量 扭矩推力静态容许负荷梯型丝杠 外径有效直径 沟槽谷径导程导程角条数T注）F注）P注）螺母轴 DkD0DrRZN mNNgkg/m 97.66.224（45）650010003.24863180050.36 13.311.59.736（45）7500,1000150012.713702800100.82 15.813.711.644.4 （45）8500,10001500 16.72300 13800 60 1