CN1301812C - 锻压机变径螺纹副连接装置及其设计方法 - Google Patents

Abstract

锻压机变径螺纹副联接装置及其设计方法，该装置包括中间立柱、上横梁、底座、变径螺母、联接螺柱，中间立柱设置在上横梁和底座之间，通过联接螺柱和变径螺母固定联接，变径螺纹副的内螺纹是齿根增高、齿根径为圆弧錐形的螺母，和外螺纹为圆弧齿根、齿面硬化处理的螺柱，变径螺纹副的设计方法是：(1)根据普通螺纹在使用中的受力分析，计算变经螺纹轴向螺纹齿的受力变形，并校对每个齿的变形值；(2)根据螺纹齿的受力变形状况分析，设定每个齿的螺旋线公差；(3)计算变径螺纹每个齿的齿根高；(4)计算变径螺纹的齿根径；(5)计算外螺纹齿根圆弧结构，对螺纹齿进行表面滚压硬化加工，本发明具有结构简单、成本低、机械联接强度高和自锁性能效果显著等优点，承受交变载荷能力提高2倍多。

Description

锻压机变径螺纹副连接装置及其设计方法

技术领域

本发明属于锻压机连接机构技术，特别涉及一种下拉式锻压机用于连接固定上横梁的变径螺纹副装置及其设计方法。

背景技术

目前，通常采用的螺纹副作为机械连接部件，但是这种螺纹连接结构，由于加工时的累积误差，使轴向的有效旋合长度短，各个齿的受力不均，降低了机械连接强度，并且锁紧性能差，容易松动。如果采用高强度合金材料对螺纹副进行高精度加工，不但增加工成本高，有的机械连接也满足不了要求。例如，新型锻压机械3000T下拉式锻压机的中间立柱，在工作时承受较大的交变冲击载荷，采用普通结构的螺纹副连接不能满足使用要求，而且受压机结构空间的限制，因此需要设计结构紧凑、连接强度高、锁紧性能好的螺纹副，满足下拉式锻压机上横梁与底座高强度连接的需要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有下拉式锻压机螺纹副连接存在的技术问题，提供一种结构简单、加工成本低、连接强度高和锁紧性能好的变经螺纹副连接装置及其设计方法。

本发明包括中间立柱、上横梁、底座、连接螺柱和螺母，上横梁上设置有上锤头，下锤头固定在底座上面，中间立柱设置在上横梁和底座之间，所述螺母是变径螺母，用变径螺母带替普通螺母，通过连接螺柱、变径螺母将上横梁和中间立柱固定在底座上，所述变径螺纹副的内螺纹是齿根增高、齿根径为圆弧錐形的变径螺母，和外螺纹为圆弧齿根、齿面硬化处理的螺柱，当螺纹副承受较大的交变冲击载荷时，由于增高齿根的变形，使螺纹副自锁性能好，机械连接强度高，避免连接松动，增加了螺纹副有效旋合长度。

本发明变径螺纹副的设计方法是：

(1)根据螺纹副的受力情况分析，计算变径螺纹轴向螺纹齿的受力变本发明变径螺纹副的设计方法是：

(1)根据螺纹副的受力情况分析，计算变径螺纹轴向螺纹齿的受力变形，并校对每个齿的变形值，其数学模型是：

$y=\frac{-3P\·\cos {\mathrm{\α}}_1}{\mathrm{\πDE}}\{\frac{\ln (2k_1{l}_1+2a_1)}{2{k_1}^3}+\frac{1}{8{k_1}^3}-\frac{a_1-l_1{k}_1}{4{k_1}^2{a_1}^2}{l}_1-\frac{\ln 2a_1}{2{k_1}^3}-\frac{l_1{k}_1+a_1}{4{k_1}^3{a}_1}\}$

(2)根据螺纹齿的受力变形状况分析，设定每个齿的螺旋线公差；

(3)计算变径螺纹每个螺纹齿的齿根高，其计算公式为：

$l_{2k}={[\frac{3E{J}_2}{P\·\cos {\mathrm{\α}}_1}(\mathrm{\Δ}{S}_1-\mathrm{\Δ}{S}_k)+k_1^3]}^{1/3}-l_1$ (k＝1，2，3.....n)

上式中：

l₁：螺纹基本齿中径处到大径处的距离；J₂：l_2k段的惯性矩

P：齿均受载荷；y-螺纹基本齿受力轴向变形；S-螺纹的螺距

l_2k：本发明螺纹齿根根径增加的尺寸

α₁：螺纹基本齿牙型半角，k₁＝tagα₁；E：弹性模量，D₂：螺纹中径

a₁，a₂：螺纹基本齿大径处左右齿底面到齿形中心螺旋线的距离

(4)计算变径螺纹的齿根径，并绘定齿根径曲线图；

$\mathrm{\Δ}{S}_k=\frac{k}{n}\mathrm{\ΔS}$ (k＝1，2......n)ΔS：设计给定的许用螺旋线累计误差

(5)确定外螺纹齿根圆弧结构和螺旋线公差，对螺纹齿进行表面滚压硬化加工，以消除内应力，提高外螺纹的精度、强度和硬度。

本发明具有结构简单、成本低、机械联接强度高和自锁性能效果显著等优奌，承受交变载荷能力提高2倍多，能满足新型下拉式锻压机承受较大交变载荷的使用要求。

附图说明

图1是下拉式锻压机变径螺纹副联接装置的结构示意图；

图2是本发明变径螺纹副内螺纹的结构示意图；

图3是本发明变径螺纹副外螺纹的结构示意图；

图4是本发明计算内螺纹计算机的程序框图；

图中：1联接螺柱、2变径螺母、3上横梁、4上锤头、5中间立柱、6下锤头、7底座。

具体实施方式

如图所示，结合实例进一步说明本发明的结构技术方案和设计方法。

如图1所示，3000T下拉式锻压机变径螺纹副联接装置及其设计方法，该装置包括中间立柱5、上横梁3、变径螺母2、底座7、联接螺柱1，上锤头4设置在上横梁3上，下锤头6固定在底座7的上面，中间立柱5设置在上横梁3和底座7之间，并分别通过联接螺柱1和变径螺母2固定联接。如图2和3所示，变径螺纹副的内螺纹是齿根增高、齿根径为圆弧錐形的变径螺母，联接螺柱1两端的外螺纹为圆弧齿根、齿面经过滚压硬化加工处理。当3000T锻压机工作时，变径螺纹副的联接螺柱和变径螺母承受较大的交变冲击载荷，由于变径螺母的齿根是根据螺纹承受轴向力分析设计成逐渐增高、齿根径为圆弧锥形。当螺纹副联接固定时，内螺纹的齿根越高，则螺纹齿的变形也越大，因此，不但增加了螺纹副有效旋合长度，而且螺纹副自锁性效果显著，不松动，机械联接强度高，提高了3000T锻压机工作的稳定性和可靠性。

根据结构要求，3000T下拉式锻压机变径螺母的公称直径D＝180mm；螺纹基本齿形中径D₂＝175.56mm；顶径D₁＝168.92mm；旋合长度L＝100mm；使用载荷P∑＝3MN；螺旋线公差： $\mathrm{\ΔS}=0_0^{+0.048};$ 齿形半角α₁＝α₂＝55°/2；螺距S＝10；头数η＝1。材料的弹性模量E＝210GN/m²；

因为旋合长度L＝100mm，；螺距S＝10mm，则螺纹的轴向齿数为10.将螺旋线误差分配为ΔS₁＝y|_x＝11，ΔS₂＝ΔS+ΔS₁，ΔS₃＝2ΔS+ΔS₁，ΔS₄＝3ΔS+ΔS₁，ΔS₅＝4ΔS+ΔS₁，ΔS₆＝5ΔS+ΔS₁，ΔS₇＝6ΔS+ΔS₁，ΔS₈＝7ΔS+ΔS₁，ΔS₉＝8ΔS+ΔS₁，ΔS₁₀＝9ΔS+ΔS₁、ΔS₁₁＝10ΔS+ΔS₁

则：

$\mathrm{\Δ}{S}_1=y{|}_{x=}{l}_1$

$=\frac{-3P\·\cos {\mathrm{\α}}_1}{\mathrm{\πDE}}\{\frac{\ln (2k_1{l}_1+2a_1)}{2{k_1}^3}+\frac{1}{8{k_1}^3}-\frac{a_1-l_1{k}_1}{4{k_1}^2{a_1}^2}{l}_1-\frac{\ln 2a_1}{2{k_1}^3}-\frac{l_1{k}_1+a_1}{4{k_1}^3{a}_1}\}$

$=-0.0064\mathrm{mm}\≤\mathrm{\ΔS}$

根据ΔS₁的计算结果，依据

$l_{2k}={[\frac{3E{J}_2}{P\·\cos {\mathrm{\α}}_1}(\mathrm{\Δ}{S}_1-\mathrm{\Δ}{S}_k)+k_1^3]}^{1/3}-l_1$ (k＝1，2，3.....n)

式可计算：

l₂₁，l₂₂，l₂₃，l₂₄，l₂₅，l₂₆，l₂₇，l₂₈，l₂₉ l₂₁₀，l₂₁₁如下：

得：l₂₁＝0，l₂₂＝3.8，l₂₃＝5.34，l₂₄＝6.39，l₂₅＝7.24，l₂₆＝7.96

l₂₇＝8.68，l₂₈＝9.16，l₂₉＝9.67，l₂₁₀＝10.15，l₂₁₁＝10.6

绘曲线图得出螺纹齿根的径向尺寸分布，曲线I是变径内螺纹齿根实际曲线。

联接螺柱两端的外螺纹齿的齿根为R0.7mm的圆弧，齿形角为55度，螺距S＝10mm，螺旋线公差 $\mathrm{\ΔS}=0_0^{+0.025},$ 该螺柱最后是通过滚压加工完成的，目的是使螺纹齿表面加工硬化、消除内应力，提高螺纹的精度、强度和硬度。

Claims (3)

1、锻压机变径螺纹副连接装置，包括中间立柱、上横梁、底座、连接螺柱和螺母，上横梁上设置有上锤头，下锤头固定在底座上面，中间立柱设置在上横梁和底座之间，其特征是，所述螺母是变径螺母，通过连接螺柱、变径螺母将上横梁和中间立柱固定在底座上。

2、如权利要求1所述的锻压机变径螺纹副连接装置，其特征是，所述变径螺纹副的内螺纹是齿根增高、齿根径为圆弧錐形的螺母，外螺纹为圆弧齿根、齿面硬化处理的螺柱。

3、锻压机变径螺纹副设计方法，其特征是，变径螺纹副的设计方法是：

(1)根据普通螺纹在使用中的受力分析，计算变经螺纹轴向螺纹齿的受力变形，并校对每个齿的变形值；

(2)根据螺纹齿的受力变形状况分析，设定每个齿的螺旋线公差；

(3)计算变径螺纹每个螺纹齿的齿根高；

(4)计算变径螺纹的齿根径，并绘定齿根径曲线图；

(5)确定外螺纹齿根圆弧结构和螺旋线公差。

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