第二章 螺旋机构.ppt

1 第二章螺旋机构 主要内容 2 1概述2 2螺纹的形成 种类及参数1 3螺旋机构的传动规律1 4螺旋机构的摩擦和效率 2 1 1概述 2 螺旋机构 螺旋机构应用较广 常用的螺旋机构 千斤顶 千分尺 丝杠等 三种螺旋机构图 1 螺杆1转动并移动 螺母2固定 1 组成 螺旋机构的组成 螺母 螺杆 机架 3 2 螺杆转动 螺母移动 3 螺杆移动 螺母转动 1 1概述 2 螺旋机构 4 1 1概述 2 螺旋机构 5 2 螺旋机构 2 1概述 2 螺旋机构的功用变换运动方式 移动变转动 转动变移动 图例2 2微小位移量的测量 例1 螺旋千分尺习题图2 7 P26例2 微压计图2 3 P16微调 增力 例如千分尺 6 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 1 螺纹的形成 将底边为 d的直角三角形 绕在直径为d 底面与三角形底边共面的圆柱体上 则三角形斜边就在圆柱面上形成螺线 7 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 螺纹 螺旋线 一动点在一圆柱体的表面上 一边绕轴线等速旋转 同时沿轴向作等速移动的轨迹 螺纹 一平面图形沿螺旋线运动 运动时保持该图形通过圆柱体的轴线 就得到螺纹 8 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 2 螺纹的参数 外径 大径 d D 与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径 亦称公称直径 内径 小径 d1 D1 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径 中径d2 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径 d2 0 5 d d1 螺纹升距S 螺纹旋绕一周升高的距离 S 螺纹升角 用规定螺纹中径的螺旋线升角代替螺纹升角 9 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 牙形角 轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角 牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角 三角螺纹 2 60梯形螺纹 2 30矩形螺纹 2 0螺纹旋向 有左旋和右旋之分 右旋最常用 螺纹线数Z 有单线螺纹 双线螺纹 三线螺纹 螺距P 相邻螺纹对应点之间的轴向距离 与升距之间的关系如下 10 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 11 2 螺旋机构 2 2螺纹的形成 种类及参数 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 12 螺纹的牙型 矩形螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹 15 30 3 30 潘存云教授研制 潘存云教授研制 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 13 锯齿形螺纹 三角形螺纹 矩形螺纹 梯形螺纹 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 14 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 15 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹多线螺纹 一般 n 4 n线螺纹 S nP 双线螺纹 单线螺纹 S 2P S P 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 16 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹多线螺纹 外螺纹内螺纹 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 17 外螺纹 潘存云教授研制 潘存云教授研制 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 18 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹多线螺纹 外螺纹内螺纹 联接螺纹传动螺纹 螺旋传动 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 19 潘存云教授研制 联接螺纹 传动螺纹 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 20 按螺纹的牙型分 螺纹的分类 按螺纹的旋向分 按螺旋线的根数分 按回转体的内外表面分 按螺旋的作用分 按母体形状分 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 右旋螺纹 左旋螺纹 单线螺纹多线螺纹 外螺纹内螺纹 联接螺纹传动螺纹 圆柱螺纹圆锥螺纹 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 21 圆柱螺纹 圆锥螺纹 管螺纹 2 2螺纹的形成 种类及参数 2 螺旋机构 22 2 3螺旋机构的传动规律 1 简单螺旋机构指由单一升程 导程 的螺旋副组成的螺旋机构 例1 车床 螺旋副 2 螺旋机构 23 2 3螺旋机构的传动规律 2 螺旋机构 螺杆转动 时 螺杆移动的距离为H 由于是线性关系 可以写为 故有 24 2 3螺旋机构的传动规律 2 螺旋机构 2 差动螺旋机构由升距不同的多对螺旋副组成的复合螺旋机构 功用 微量调节时 采用差动螺旋机构更为有效 例2 螺杆1含有两种螺纹 与螺母2 固定不动 组成升距s1的螺纹副 与螺母3 与针阀是一个整体 只能沿导轨移动 不能转动 组成升距S2的螺旋副 25 2 3螺旋机构的传动规律 2 螺旋机构 螺母2固定 螺杆1转动 角时 带动阀芯向左移动距离H1为 与螺母3组成的螺旋运动 螺杆1转动 角时 阀芯向右移动距离为H2利用线性叠加原理 有 26 2 3螺旋机构的传动规律 2 螺旋机构 简单螺旋机构与差动螺旋机构二者相比要实现微调 利用简单螺旋机构 S必须很小 但S受限制 一般最小为0 2mm左右 再小就难以加工了 故利用下式 S1和S2取值相接近时 能有效地实现微调 27 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 1 螺旋机构的受力分析 研究螺旋传动时 假定螺杆螺母之间的正压力是作用在平均半径为r0的螺旋线上 如果忽略各圆柱面上螺旋线升角的差异 当将螺旋的螺纹展开后 得连续斜面 滑块A受到下列诸力处于平衡状态 1 轴向作用力Q 重物及螺母的集中重量 垂直向下 2 斜面对滑块的反力R法向支反力N及摩擦力F之合力 与铅垂线夹角为 3 水平力F 28 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 1 上行运动时 螺纹副受力分析 29 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 2 下行运动时 30 上行运动时 水平力F为驱动力 Q为工作阻力 下行运动时 Q变为驱动力 F则转变为维持Q匀速下滑的水平力 即工作阻力 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 31 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 2 自锁上行 即 时 F 0 F为负值 反向 与题意不符 当时 表明F无论多大 驱动力 都不能驱动滑块运动 这种现象称为自锁 上行自锁的条件为 当时 下行 当时 或为负值 下行时将自锁 32 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 一般情况下 不要求上行自锁 因为上行是工作状态 自锁则不能正常工作 但是下行自锁有其实际的意义 例如 千斤顶举起重物后松手 即不再维持驱动力矩T后 不应自行下降 结论 自锁现象 即驱动力无论多大都不能驱动机构运动的现象 自锁的本质 即驱动力不能克服其自身产生的摩擦阻力 33 例如 上行运动时F为驱动力 其驱动分力为 摩擦力为 若要自锁 则 即 有 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 34 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 例如 下行运动时 Q为驱动力 其驱动分力为 摩擦力为 若要自锁 即 35 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 自锁现象的特点 1 摩擦阻力是由驱动力产生的 即驱动力增大的同时 摩擦阻力也相应同时按比例增大 例如上行时 下行时 2 与驱动力大小无关 即驱动力无限增大也不能使机构运动 3 自锁是有方向性的 即对驱动力可能产生的运动方向自锁 即单向自锁 4 自锁是有条件性的 如等 这就是所谓的自锁条件 应用 螺纹联接 一般都是自锁的 即拧紧后不会在支反力作用下自行松脱 精确定位 千斤顶精确定位的确定 不会再变动了 36 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 3 螺旋机构的效率机械效率是指机构的有用功和无用功之比 是衡量机构传动质量 能耗大小的主要指标 式中 A1 有用功 输出功 机构克服生产阻力所做的功 A2 无用功 摩擦阻力 空气阻力 运动副中的损失等所消耗的功 A 总功 A A1 A2 驱动力所做的全部功 37 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 下面分析一下螺旋机构的效率 上行 螺杆旋转一周 驱动力F做的输入机构总功A 有用功A1是将重物Q升起一个升距S作的功 故效率为 F 38 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 分析 由于摩擦的存在 对于自锁机构有 故 故螺旋机构的效率较低 低于50 对于大功率的传动机构 不宜采用自锁机构 因其传动效率较低 作业 对于下行时 螺旋机构的效率进行推导 39 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 分析 决定螺旋机构传动效率 的因素 对于大功率 执行机构 或要求灵活性好的机构 如测量机构 力求 增加 节省能源 这样可减少信号损失 提高测量精度 因此可以采用滚珠螺旋机构 但它不能设计为自锁的机构 滚动摩擦 较小 不能实现 40 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 4 当量摩擦系数前面讲的是矩形螺纹 最简单的一种 对于其他的螺纹 三角形 梯形和锯齿形 引入了当量摩擦系数 下面讲述当量摩擦系数的概念 其他条件相同 Q f或 相同 比较矩形螺纹和三角形螺纹的受力情况 41 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 矩形螺纹 三角形螺纹 正压力 摩擦力 N N 不同螺纹力的比较 实际上是法向正压力N 变了 但在这里认为其不变 只是摩擦系数f变了 摩擦系数增大了 42 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 其意义为 以当量摩擦系数 代替了实际摩擦系数 将非平面的问题转化为平面的问题 目前在工程手册中已有 和 其简化过程已计算三角形螺纹P 自锁条件为例 用 代替 带入相应的矩形螺纹的平面公式计算即可 的关系式 用时查一下即可 上行上行下行 43 2 4螺旋机构的摩擦和效率 2 螺旋机构 讨论两种螺纹的用途