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螺杆螺母传动机构设计心得

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螺杆 螺母 传动 机构 设计 心得
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88 科技资讯 012 业 技 术在机械中 ,有时需要将转动变成移动。螺旋传动是实现这种转变经常采用的一种机构。例如机床进给机构中采用的螺旋传动实现刀具或工作台的直线进给 ,又如自动售卖机中螺旋运动能实现物品直线送出。螺纹传动由螺杆、螺母组成。按其用途可分为 :传力螺旋 ,传导螺旋 ,调整螺旋。螺旋传动按摩擦性质可分为 :滑动螺旋 ,滚动螺旋 ,静压螺旋 [1]。本篇展示的设计为传导性滑动螺旋 (如图 1)。其优点是 :结构简单 ,工作平稳。但同时也具有一些固有缺点 :螺纹之间的摩擦力大、磨损大、效率低 ,不适用于高速及大功率传动。针对这些缺点 ,在设计与制作时需要重点考虑 :(1)提高配合精度及降低运动噪音; (2)保证螺杆的直线度及减小其变形; (3)考虑螺母与螺杆之间的润滑及耐磨性。1 需求及规格设计(1)螺杆的转速 2500(2)螺杆承受500(3)螺母需要提供大余 10(4)寿命要求 :螺母在螺杆上需要做8万次来回的运动 ,即 ,顶出 8万个以上物品。通过计算 ,螺杆尺寸设计为 :大径 距 纹长度 1300度梯形螺杆 ,直线度要求 :+/母的螺纹配合长度设计在 12杆螺母的运动方式设计为 :螺杆左右端面分别固定于两轴承之间 ,螺母限位在导轨中 ,通过螺杆传入旋转运动 ,转化为螺母向前或向后运动的直线往复运动。2 计原理评估阶段螺杆材料选用标准金属螺杆 ,然后加工两头;螺母用塑料 通过 验时 ,在螺杆与螺母之间加上润滑脂 ,经测试验证 ,此方案可行。但核算成本发现 ,如此加工螺杆 ,成本在 50元 /支 ,结合年需求量 ,金属螺杆成本太高 ,考虑改为塑料螺杆 ,开模制造而成。构设计阶段当螺杆材料选用塑料件开模而成后 ,在结构设计时需要结合使用环境、使用要求 ,考虑如下两点 :(1)工程塑料是否能满足强度要求 ,模具成型是否能满足直线度及螺纹精度要求 ,如何解决缩水问题? (2)螺母与螺杆的配合精密与耐磨性是否能得到保证。结合以上问题 ,具体结构设计如下。杆的材料选定及结构设计。此组件运动耐磨的要求高 ,但由于其装配于内部 ,并不方便做日常润滑维护 ,从成本出发不考虑做油槽。因此 ,需要选用既耐磨又能承受径向压力的材料。结合此要求 ,螺杆材料选定为 具结构设计考虑 ,由于此件细长 ,如何保证强度与成型直线度是首要考虑的问题。由于产品外径不大且细长 ,模具上设计嵌件的方式不太现实;还有一种方式是气辅成型 ,可减小缩水 ,保证直线度 ,但由于此件需要同时受径向与轴向力 ,气辅成型在批量生产时 ,不易控制 ,可能造成强度不一致;因此 ,最终定为模具一体成型 ,端面进胶 ,保证直线度 ,材料中加入玻璃纤维增加强度 ,减小缩水。为消除因成型造成的分型面毛边 ,切除分型面材料 ,(如图 2)有两种方式 ,图 2(a)方式 ,使得螺纹被切除太多;图2(b)方式 ,不用切除太多螺纹面 ,同时便于开模 ,防止分型面毛边及表面缩水。模具加工方面 ,由于需要保证螺纹面精度 ,模仁表面不能在电火花加工后再采用手动抛光 ,因此 ,模仁采用镜面火花机加工螺纹面。母的模具设计及材料选定模具旋转抽芯 ,材料选用从自润滑及运动耐磨方面考虑 ,选 计验证阶段由于 ,在以前的工作中没有使用过用塑料做如此高精度的螺杆 ,并与塑料螺母配合运动的组件 ,因此 ,没有实际经验。为降低风险 ,决定先做试验模具验证可行性。成本及时间核算 :试验模具成本 时 间 15天~ 18天 ,验证时间 30天。开正式模30天 ,模具费 6万。验证结构 :当螺杆材料选用 :030发现当运动 2万个~ 4万个周期持后 ,螺母被螺杆磨损。原因是 :(1)螺母被磨损的机会是螺杆的 10倍;(2)由于螺杆材料中加入了玻璃纤维 ,虽然增加了螺杆的强度 ,但同时也在运动中 ,由于被磨出来的纤维端部 ,对螺母造成了较大的磨损。经过分析并得到塑料专家推荐 ,决定从变更螺母及螺杆材料方面入手解决此问题 :(1)选用一种既有强度又耐磨损材料制作螺杆 —— 尼龙+碳纤+ 龙+碳纤塑胶材料 ,可用于制造高强度、耐冲击性结构部件或承力件;尼龙中加入 15% 改善表面光洁度 [2]。 (2)螺母材料选用 ,需要考虑高硬度 ,高耐磨性 ,以螺杆螺母传动机构设计心得李伟( 依利好 ( 广州 ) 开关元件有限公司 广州 510663)摘 要 :在产品设计中 ,经常会碰到用塑料材料设计的螺杆螺母机构。如何选择材料 ,如何设计结构 ,如何解决磨损问题 ,常常是一个比较头痛的问题。在这里 ,笔者就实际工作中遇到的问题与读者分享 ,供各相关后来研究者参考。关键词 :塑料材料 螺杆螺母 设计结构 磨损问题中图分类号 :献标识码 :A 文章编号 :1672012)05(a)is to be in s a to be 螺杆螺母配合图图 2 两种分型面对比(a) 分型面切平面 (b) 分型面切凹槽89 科技资讯 业 技 术计施工参数为 :防砂方式 :混层防砂 。注入方式 :采用φ 89管脚深度 2330m。施工排量 :砂液 :改性 10壁砂 :φ 均砂比 :10%。施工限压 :40 施工工艺(1)管串组配采用φ 89511管脚深度 座验封合格后 ,做地面泵注准备。 (2)关井凝固 7d,求吸水正打压 100打压 12水指数良好。 (3)探塞面钻塞 :下入 115至人工井底 ,返出少量造壁砂和地层砂。 (4)下泵完井下入 38下泵试抽 ,地层仍出砂 ,造成深井泵泵卡。识与不足该井地层坍塌和出砂较为严重 ,在施工过程中压力曲线未出现突增现象 ,凝固后探砂面均证实加砂量未达到填充地层要求 ,砂面距油层顶部仍有 是造成该井防砂效果甚微的根本原因。另外涂层陶粒固结强度差 ,无法满足生产压差也是导致出砂的一个原因。砂管冲砂不动防砂管 ,用ф 采用正冲反洗的冲砂方式冲洗防砂管内积砂 ,可以减少对套管和防砂管损伤 ,延长防砂管的使用寿命。在某油田作业 11井次 ,某作业 4井次 ,取得较好效果。洗防砂管在某 6对延长防砂管的防砂寿命和防砂效果均有较好作用。3 防砂效果分析(1)金属烧结油砂分离筛管防砂技术处理稀油井共 38口 ,据统计 ,经该技术处理 ,单井平均防砂周期达到 208d。 (2)6井次 ,防砂效果达到 100%。检泵周期增达145d。 (3)由于人工井壁防砂设计以及施工本身均未达到实际要求 ,目前放砂效果不明显 ,证实化学防砂工艺仍需进行可行性研究和试验 ,以便获取更多认识。4 结语与建议(1)对于一般出砂井 ,从生产情况来看 ,管内防砂与φ 38可有效满足开采需求和进行防砂作业 ,提高检泵周期。 (2)对于出砂严重井进行化学防砂 ,制造人工井壁可彻底解决地层出砂和井底沉砂问题。目前虽然进行的 1口井试验效果甚微 ,但仍需加大设计开发研究和试验力度。 (3)对于稠油出砂井可引进螺杆泵冷采工艺技术。 (4)建议使用技术成熟的绕丝筛管砾石充填防砂技术。 (5)建议引进管式防砂泵 ,以提高防砂周期。参考文献[1] 蒋宝云 ,邓雄 ,梁政 ,等 J]2010,39(5):39~ 42.[2] 吴志勇 J]2011,40(1):32~ 家推荐选用 B(玻璃珠 )。运行验证 :在不加入任何润滑的情况下 ,装机运行 ,结果发现螺杆依然没有明显磨损 ,而螺母的磨损情况也大大改善。通过持续跟踪磨损状况发现 ,在前 2万个周期内 ,螺母直径方向大约被磨损了 以后也每 2万次检查一下磨损状况 ,发现螺母的磨损速度在逐渐减慢 ,当运行了 10万次时径向磨损大约在 运行至 20万次磨损大约为 音加大 ,超过了设计要求。测试结束。3 经验总结螺杆分型面的合理设计对降低模具加工难度及成本 ,提高产品成型质量是十分重要的。对风险高的零件采用设计验证的是十分必要的 ,其可大大降低风险并缩短开发周期。材料的选择对降低成本十分有效 ,特殊材料的妙用对提高产品寿命非常重要。此设计的优点 :敢于创新 ,成本低 ,功能可靠 ,结构简单;缺点 :丝杆螺距太小 ,在控制失效时会出现自锁现象。4 类似结构对比优点如下。(1)直线导轨与驱动螺母为一体化设计 ,简化了装配 ,保证了装配精度。(2)由于螺母运动精度靠导轨和传感器来控制 ,因此 ,不再需要高精度螺纹配合。(3)径向压力由外圆导轨承受 ,螺纹之间的受力及运动得以改善 ,从而寿命得到大大提高 ,因此 ,不需要对螺杆的强度做特别要求 ,材料可改为普通的 点 :由于外圆尺寸需要相对较大 ,因此 ,此件只能在机构外形尺寸空间允许的情况下才能使用。参考文献[1] 黄平 ,朱文坚 M]华南理工大学出版社 ,2008[2] 张玉龙 ,蔡志勇 M] 化学工业出版社 ,材料科学与工程出版中心 ,卡环 2. 轴承端盖 3. 轴承 4. 螺杆 5. 管导轨 6. 螺母 7. 衬套端盖图 3 螺杆导轨一体设计图(a) 爆炸图 (b) 组装图( 上接 87 页 )
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