绥化蟹贤科技有限公司

在對使用聚合物螺母的導螺桿裝置進(jìn)行正確設計與選型時(shí)，壓力速度(PV) 因子是一個(gè)關(guān)鍵設計參數。雖然大多數工程聚合物都列出了PV 參數，但在考慮螺母負荷額定值時(shí)，這個(gè)參數一般都被忽略了，更多地被應用于徑向襯套和滑動(dòng)應用。 PV 參數通過(guò)螺母和螺桿之間壓力和速度的乘積來(lái)定義導螺桿裝置的性能范圍。塑料具有一個(gè)固有的PV 額定限值，而在某些條件下運行的系統的PV 可以計算出來(lái)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，施加到導螺桿上的負荷越大，就必須將它轉動(dòng)得越慢，以避免超過(guò)螺母的PV 限值。反之亦然，速度越大，負荷容量越小。 塑料的PV 額定值是由特定產(chǎn)品的材料復合人員賦予的。常見(jiàn)的復合塑料有杜邦公司的Delrin AF、Quadrant 公司的Torlon 和GE Plastics 公司的LNP Lubriloy。材料復合人員負責對所選的樹(shù)脂和添加劑進(jìn)行配方設計。添加劑通常用來(lái)提高結構和摩擦性能。材料復合人員通常使用材料圓盤(pán)在一個(gè)鋼表面上進(jìn)行PV 測試。通過(guò)改變樣品的負荷和速度，可測出磨損拐點(diǎn)，因而測出材料的PV 限值。雖然基礎樹(shù)脂具有一個(gè)特定PV 額定值，但通過(guò)添加潤滑劑和其他復合物，可將該額定值大大提高。這樣就為設計人員提供了很大的靈活性，可以針對他們的應用取得適宜的PV 范圍。應該注意的是，各個(gè)公司的測試方法有所不同，因此在選擇一種材料時(shí)，最好要對來(lái)自單一材料復合人員的不同塑料進(jìn)行比較。我們將會(huì )看到，也可以通過(guò)改變導螺桿部件的幾何形狀來(lái)改變系統的PV 值。 令人吃驚的是，大多數設計人員在設計他們的系統時(shí)，只是簡(jiǎn)單地考慮螺母負荷額定值，而忽略速度的影響，這會(huì )導致迅速而突然的失效。導螺桿的主要失效模式為磨損和PV。當摩擦產(chǎn)生的熱量積累到超過(guò)螺母的最高使用溫度時(shí)，會(huì )導致PV失效。在較低的PV 值下，磨損速度增加，從而會(huì )縮短螺母的使用壽命。通過(guò)在PV 值范圍內進(jìn)行設計，可以使得失效只是因磨損而發(fā)生。磨損是一種較慢和線(xiàn)性程度較大的失效類(lèi)型，可以在設計中加以考慮。 任意給定材料的PV 限值可在一個(gè)PV 圖上來(lái)表示（見(jiàn)圖1）。這是通過(guò)將壓力和速度的乘積設置為材料的PV 限值來(lái)實(shí)現的（見(jiàn)等式1）。壓力被定義為施加到螺母上的軸向力除以它的投影軸承面積所得的結果，而速度被定義為兩個(gè)表面之間的滑動(dòng)速度。通過(guò)求解壓力（或速度），就可以繪制出所需速度（或壓力）范圍內的曲線(xiàn)。為了防止失效，必須將系統的PV 值保持在材料PV 曲線(xiàn)的下面。 為了確定材料的PV 限值如何與導螺桿裝置的系統PV 值相關(guān)，需要對它的幾何形狀進(jìn)行分析。先通過(guò)獲得螺旋線(xiàn)長(cháng)度來(lái)計算螺母和螺桿的螺紋之間的投影接合面積（見(jiàn)等式5）。這是在發(fā)生理論螺紋接合的節圓直徑上沿螺紋行進(jìn)的一條假想線(xiàn)。通過(guò)將螺紋的螺旋線(xiàn)展開(kāi)，我們可以通過(guò)一個(gè)三角形對它進(jìn)行分析，其中，直角三角形的斜邊代表螺紋旋轉一圈的螺旋線(xiàn)長(cháng)度（見(jiàn)等式4）。節圓直徑和螺紋導程為直角三角形的底和高。對斜邊進(jìn)行求解，并乘以螺母中的螺紋圈數和螺紋線(xiàn)數，就會(huì )得到螺旋線(xiàn)總長(cháng)度。將螺旋線(xiàn)長(cháng)度乘以螺母與螺桿之間的螺紋接合深度，可計算出二者之間的接觸面積（見(jiàn)等式2）。表面速度可通過(guò)將每圈的螺旋線(xiàn)長(cháng)度乘以旋轉速度來(lái)計算（見(jiàn)等式3）。 實(shí)際操作中會(huì )產(chǎn)生一個(gè)復雜因素。由于螺母所用聚合物材料的固有剛度，在螺母和螺紋之間會(huì )發(fā)生偏轉（見(jiàn)圖2 ）。這種偏轉可導致螺母的螺紋發(fā)生像梁彎曲中發(fā)生的那種旋轉，使螺母與螺桿之間的接觸面降低。隨著(zhù)這種接觸面降低的發(fā)生，接觸面進(jìn)一步向導桿螺紋的牙側上方移動(dòng)，直到大部分負荷被施加到螺紋大徑附近（見(jiàn)圖3）。這種情況將對給定負荷下兩個(gè)部件之間的壓力產(chǎn)生負面影響。實(shí)際上，很難計算出這種面積的減少究竟有多大。不幸的是，面積會(huì )隨負荷的增加而降低，這樣就加重了與PV 有關(guān)的失效的趨勢，從而保持在性能范圍以?xún)蕊@示十分重要。要解決這個(gè)問(wèn)題，需要將一個(gè)校正因子(Cf) 應用于投影面積。隨著(zhù)負荷從輕負荷增加到滿(mǎn)額定負荷容量，此因子通常在大約0.75 至0.25 范圍內。 通過(guò)計算螺旋線(xiàn)長(cháng)度、測定壓力并將壓力乘以表面速度，就可以計算出一個(gè)系統PV 值。確保單位為psi ft/min 或MPa m/s，這樣就可以將結果與材料的PV 額定值進(jìn)行比較。建議使用安全因子2。人們已注意到，當系統壓力超過(guò)PV 限值的二分之一時(shí)，磨損就會(huì )加速。因此，雖然不會(huì )發(fā)生突然失效，但系統的磨損壽命將會(huì )縮短。 另外，還可以繪制一個(gè)負荷對RPM 或螺母線(xiàn)性速度的曲線(xiàn)圖。通過(guò)將壓力除以校正后的接觸面積，可繪制一條對負荷的PV 曲線(xiàn)，并且可以對RPM 進(jìn)行求解（見(jiàn)等式3），以便可以將表面速度表示為旋轉速度。其結果就是，可以針對特定導螺桿系統繪制出一個(gè)允許負荷與速度的便利圖形關(guān)系曲線(xiàn)。當位于曲線(xiàn)下面區域中時(shí)，導螺桿裝置的失效形式主要是磨損失效。 控制PV 范圍的方式主要有以下幾種：改變聚合物復合材料或基礎樹(shù)脂可導致PV 限值增加，這樣就可有效地將PV 曲線(xiàn)在PV 圖上向上和向右移動(dòng)，從而提高系統的性能（圖1）；降低部件之間的摩擦也可導致PV 限值增加，降低摩擦的方式包括將潤滑劑復合到塑料中、向螺桿中加入潤滑脂和使用干膜潤滑劑；改變螺母的幾何尺寸可降低給定負荷和速度下的系統PV 值，例如，較長(cháng)的螺母將會(huì )降低螺紋上的壓力，在一個(gè)長(cháng)度為螺桿直徑4 倍的螺母周?chē)哪硞€(gè)位置上，會(huì )發(fā)生回程減小。 由于在計算導螺桿系統的PV 值時(shí)具有某種程度的固有復雜性，因此所得的結果總存在某些不確定性。但是，如果對相互關(guān)系和相互作用加以了解，將會(huì )非常有助于進(jìn)行合理設計。另外，導螺桿的注塑件加工商還應該提供應用支持。這或許是對PV 值進(jìn)行驗證的最好方法，因為他們擁有最可靠的材料和系統PV 信息。在缺乏這種信息的情況下，請參考以下經(jīng)驗：假定多數產(chǎn)品目錄負荷額定值在大約500 rpm 的轉速下都是準確的，高于該值的轉速可能需要工作負荷的相應降低。如果在應用中需要超過(guò)PV 值一個(gè)較大量，則應將負荷系數保持在10％或20%。