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螺母螺纹牙的强度计算
2025-09-28 00:18:24 责编:小OO
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螺母螺纹牙的强度计算 

    螺纹牙多发生剪切和挤压破坏,一般螺母的材料强度低于螺杆,故只需校核螺母螺纹牙的强度。

  如图5-47所示,如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开,则可看作宽度为πD的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为Q/u,并作用在以螺纹中径D2为直径的圆周上,则螺纹牙危险截面a-a的剪切强度条件为 

      【5-50】

  

    螺纹牙危险截面a-a的弯曲强度条件为

        【5-51】

式中:

b——螺纹牙根部的厚度, mm,对于矩形螺纹,b=0.5P对于梯形螺纹,b一0.65P,对于30o锯齿形螺纹,b=0.75P,P为螺纹螺距;

l——弯曲力臂;mm参看图 ,  l=(D-D2)/2;

[τ]——螺母材料的许用切应力,MPa,见表;

[σ]b——螺母材料的许用弯曲应力,MPa,见表。

当螺杆和螺母的材料相同时,由于螺杆的小径dl小于螺母螺纹的大径D,故应校核杆螺纹牙的强度。此时,上式中的D应改为d1 。

螺母外径与凸缘的强度计算。 

    在螺旋起重器螺母的设计计算中,除了进行耐磨性计算与螺纹牙的强度计算外,还要进行螺母下段与螺母凸缘的强度计算。如下图所示的螺母结构形式,工作时,在螺母凸缘与底座的接触面上产生挤压应力,凸缘根部受到弯曲及剪切作用。螺母下段悬置,承受拉力和螺纹牙上的摩擦力矩作用。 

    设悬置部分承受全部外载荷Q,并将Q增加20~30%来代替螺纹牙上摩擦力矩的作用。则螺母悬置部分危险截面b-b内的最大拉伸应力为

式中[σ]为螺母材料的许用拉伸应力,[σ]=0.83[σ]b,[σ]b为螺母材料的许用弯曲应力,见表5-15。 

螺母凸缘的强度计算包括: 

凸缘与底座接触表面的挤压强度计算

式中[σ]p为螺母材料的许用挤压应力,可取[σ]p=(1.5~1.7)[σ]b 

 凸缘根部的弯曲强度计算

式中各尺寸符号的意义见下图。 

  

  凸缘根部被剪断的情况极少发生,故强度计算从略。 

    螺杆的稳定性计算 :

对于长径比大的受压螺杆,当轴向压力Q大于某一临界值时,螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此,在正常情况下,螺杆承受的轴向力Q必须小于临界载荷Q。则螺杆的稳定性条件为 

 Ssc=Qc/Q≥Ss 

式中:Ssc——螺杆稳定性的计算安全系数; 

      Ss——螺杆稳定性安全系数,对于传力螺旋(如起重螺杆等),Ss=3.5~5.0对于传导 

            螺旋,Ss=2.5~4.0;对于精密螺杆或水平螺杆,Ss>4。 

     Qc——螺杆的临界载荷,N,根据螺杆的柔度λS值的大小选用不同的公式计算。λS=μl/i,此处,μ为螺杆的长度系数,见表;l为螺杆的工作长度,mm,若螺杆两端支承时,取两支点间的距离作为工作长度l;若螺杆一端以螺母支承时,则以螺母中部到另一端支点的距离,作为工作长度 l; i为螺杆危险截面的惯性半径, mm,若螺杆 危险截面面积

    当λS≥100时,临界载荷Qc可按欧拉公式计算,即

式中:E——螺杆材料的拉压弹性模量,E=2.06X105MPa; 

      I——螺杆危险截面的惯性矩,

    当λS< 100时,对于强度极限σB≥380MPa的普通碳素钢,如 Q235、Q275等,取 

                    Qc=(304- 1.12λS)π/4d12 

    对于强度极限σB>480MPa的优质碳素钢,如35~50号钢等,取 

                    Qc=(461-2.57λS)π/4d12 

  当λS <40时,可以不必进行稳定性核核。若上述计算结果不满足稳定性条件时,应适当增加螺杆的小径d1。 

表:   螺杆的长度系数μ :

端  部  支  撑  情  况 

长度系数μ 

      两端固定 

0.50 
      一端固定,一端不完全固定 

0.60 
      一端铰支,一端不完全固定 

0.70 
      两端不完全固定 

0.75 
      两端铰支 

1.00 
      一端固定,一端自由 

2.00 
注:判断螺杆端部交承情况的方法:

l)若采用滑动支承时则以轴承长度l0与直径d0的比值来确定。l0/d0<1.5时,为铰支;

 l0/d0=1.5~3.0时,为不完全固定;l0/d0>3.0时,为固定支承。

2)若以整体螺母作为支承时,仍按上述方法确定。此时取l0=H(H为螺母高度)。

3)若以剖分螺母作为支承时,叫作为不完全固定支承。

4)若采用滚动支承已有径向约束时,可作为铰支;有径向和轴向约束时,可作为固定支承。

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