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压力速度关系对导螺杆设计的影响

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在对使用聚合物螺母的导螺杆装置进行正确设计与选型时,压力速度(PV)因子是一个关键设计参数。虽然大多数工程聚合物都列出了PV参数,但在考虑螺母负荷额定值时,这个参数一般都被忽略了,更多地被应用于径向衬套和滑动应用。

PV参数通过螺母和螺杆之间压力和速度的乘积来定义导螺杆装置的性能范围。塑料具有一个固有的PV额定限值,而在某些条件下运行的系统的PV可以计算出来。简单地说,施加到导螺杆上的负荷越大,就必须将它转动得越慢,以避免超过螺母的PV限值。反之亦然,速度越大,负荷容量越小。

塑料的PV额定值是由特定产品的材料复合人员赋予的。常见的复合塑料有杜邦公司的DelrinAF、Quadrant公司的Torlon和GEPlastics公司的LNPLubriloy。材料复合人员负责对所选的树脂和添加剂进行配方设计。添加剂通常用来提高结构和摩擦性能。材料复合人员通常使用材料圆盘在一个钢表面上进行PV测试。通过改变样品的负荷和速度,可测出磨损拐点,因而测出材料的PV限值。虽然基础树脂具有一个特定PV额定值,但通过添加润滑剂和其他复合物,可将该额定值大大提高。这样就为设计人员提供了很大的灵活性,可以针对他们的应用取得适宜的PV范围。应该注意的是,各个公司的测试方法有所不同,因此在选择一种材料时,最好要对来自单一材料复合人员的不同塑料进行比较。我们将会看到,也可以通过改变导螺杆部件的几何形状来改变系统的PV值。

令人吃惊的是,大多数设计人员在设计他们的系统时,只是简单地考虑螺母负荷额定值,而忽略速度的影响,这会导致迅速而突然的失效。导螺杆的主要失效模式为磨损和PV。当摩擦产生的热量积累到超过螺母的最高使用温度时,会导致PV失效。在较低的PV值下,磨损速度增加,从而会缩短螺母的使用寿命。通过在PV值范围内进行设计,可以使得失效只是因磨损而发生。磨损是一种较慢和线性程度较大的失效类型,可以在设计中加以考虑。

压力被定义为施加到螺母上的轴向力除以它的投影轴承面积所得的结果,而速度被定义为两个表面之间的滑动速度。通过求解压力(或速度),就可以绘制出所需速度(或压力)范围内的曲线。为了防止失效,必须将系统的PV值保持在材料PV曲线的下面。

 

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