螺杆许用扭矩有多种估算方式,且形状不是规整圆柱,所以取值不一。有限元分析可以处理这类复杂形状受力计算问题。
取螺杆材料为38CrMoAl,其抗拉强度1000MPA,屈服强度835MPa。
螺杆直径20mm,螺槽分别为4.5和3.5mm两种进行比较。
根据计算螺杆扭矩负载分别取值100NM和150NM。
扭矩作用在螺杆上,产生应力最大处必然在螺杆最小直径的位置,故针对螺杆根部进行精确分析,其余地方粗略计算并不影响结果精度。
如图所示,对螺杆根部网格细化,确保计算精度。
1)螺槽深度4.5mm,扭矩负载100NM
此时根部应力782MPa,接近屈服。安全系数1左右。
2)螺槽深度4.5mm,扭矩负载100NM,螺棱斜侧面
螺棱前端面从直面改为斜侧面,角度15°。此时螺杆根部应力略有下降。
3)螺槽深度3.5mm,扭矩负载150NM,螺棱斜侧面
加大螺杆根部直径,可有效降低应力,提高螺杆负载能力。
4)螺槽深度3.5mm,扭矩负载100NM,螺棱斜侧面,安全系数取值1.5
此时安全了,但负载能力只有100NM,大多数时候螺杆无法正常工作。
总结:考虑螺杆进料和负载能力,取螺槽深度3.5mm,负载能力150NM,安全系数1左右。或螺槽3.2mm以提供更多的安全冗余。