第3章-螺旋传动课件

第3章螺旋传动螺旋传动：利用螺杆和螺母组成的螺旋副将旋转运动变为直线运动的传动方式。运动关系为：式中l

——螺杆（或螺母）的位移。

——螺杆和螺母间的相对转角。3.1概述螺旋传动分类1.按螺旋传动在精密机械中的作用分为1）示数螺旋。进给传动,精度高，空回小。2）传力螺旋。强度高3）一般螺旋传动。仅传递运动，无特殊要求。3.1概述示数螺旋传力螺旋一般螺旋传动2.按其接触面间摩擦的性质分为:1）滑动螺旋传动2）滚动螺旋传动3）静压螺旋传动滚动螺旋传动滑动螺旋传动静压螺旋传动3.2.1滑动螺旋传动的特点：优点：1.降速比大,传动精度高，工作平稳。2.具有增力作用。3.能自锁。缺点：1.效率低、磨损快2.低速时有爬行现象爬行现象：在滑动摩擦副中从动件在匀速驱动和一定摩擦条件下产生的周期性时停时走或时慢时快的运动现象。爬行是机械振动中自激振动的一种形式。3.传动精度低3.2滑动螺旋传动3.2.2滑动螺旋传动的应用形式

1）螺母固定，螺杆旋转并移动(图a)。螺杆移动，轴向空间＝2倍工作行程＋螺母厚度。轴向尺寸较大，刚性较差。因此仅适用于行程短的情况。3.2滑动螺旋传动2）螺杆固定并转动，螺母移动（图b）。螺母移动，轴向空间＝工作行程＋螺母厚度结构紧凑，刚度较大，应用较广3.2.2滑动螺旋传动的应用形式螺母固定，螺杆转动并移动3.2滑动螺旋传动3.2.2滑动螺旋传动的应用形式（续）螺杆固定并转动，螺母移动3）差动螺旋传动差动螺旋，螺杆上两螺纹旋向相同，用“-”增动螺旋，螺杆上两螺纹旋向相反，用“+”1-螺杆2-活动螺母3-机架相同旋向时(假设右旋，按图示旋转)：当Ph1>Ph2时ΔBA>0，B向左运动；当Ph1<Ph2时ΔBA<0，B向右运动。相反旋向时（设有段螺纹右旋，按图示旋转）：当ΔCA增大，ΔCB减小，所以ΔBA增大3.2.3滑动螺旋传动的计算滑动螺旋传动的主要失效形式：螺纹磨损，螺杆变形，螺杆或螺纹牙的断裂。滑动螺旋传动的计算内容1.耐磨性计算（限制螺纹工作表面的压力）3.2滑动螺旋传动(3-3)(3-4)(3-5)3.2.3滑动螺旋传动的计算2.刚度计算转矩对一个螺距产生的变化量

1m长的螺纹上螺距积累变化量

(3-8)(3-7)转矩和Fa对一个螺距产生的变化量

(3-6)3.2滑动螺旋传动逆螺旋方向取“+”，顺螺旋方向取“-”

轴向载荷对一个螺距产生的变化量

受拉取“+”，受压取“-”

使用国际单位，结果单位为μm

3.2.3滑动螺旋传动的计算3.稳定性计算3.2滑动螺旋传动4.强度计算螺杆的稳定性条件

(3-9)临界轴向载荷

(3-10)为了计算方便，用

(3-11)m——螺杆支承系数，见表3-3

(1)螺杆的强度计算

(3-12)(2)螺纹强度（校核螺母）

剪切强度条件为：

(3-13)弯曲强度条件为：

(3-14)许用应力，见表3-4

5.驱动力矩、效率和自锁计算受轴向载荷Fa作用时，所需驱动力矩

(3-15)螺母旋转一周，螺旋副的效率

螺旋不自锁时，传动效率和转矩分别为

(3-20)(3-21)当，则螺旋自锁

(3-22)(3-18)3.2滑动螺旋传动参考例3-13.2.4滑动螺旋传动的设计原则1.传动形式的选择

根据螺旋传动型式和特点，结合具体情况进行选择(螺母固定螺杆旋转还是螺杆旋转螺母移动或差动）2.螺纹类型的确定示数螺旋传动多选，代号M传力螺旋传动多选,代号Tr3.2滑动螺旋传动用于承受单向力,代号S用于力传递,无代号3.螺旋副材料的确定根据用途，精度等级及热处理要求等条件选定，要求具有良好的耐磨性和易于加工。

螺杆和螺母之间一般采用不同的材料，这是因为：1.可以降低摩擦系数；2.螺杆成本高，对精度影响大，故一般螺杆硬，螺母软；3.不容易咬死，螺杆和螺母间的间隙可以加工得很小，可以提高设备精度螺杆：强度高、耐磨性好、工艺性好。如：Q235、Y40Mn、45、50、65Mn、40Cr、9Mn2V、38CrMoAlA、GCr15等。螺母：耐磨性、减摩性好。如：铸铁、青铜3.2滑动螺旋传动4.主要参数的确定包括：螺杆直径和长度、螺距、螺旋线头数和螺母高度等。螺杆长度：；螺距应取为标准值；直径应选大些，并使（长度）/（螺纹小径）≤25

（受压螺杆进行稳定性计算）5.螺纹公差螺纹的公差制结构

螺距的累积误差随螺纹扣数的增多而增大，旋合长度见表（3-7）

为了有利于生产，尽量减少刀具、量具的规格和数量，一般应采用国标规定的公差带，见表3-9

为了确保有足够的接触高度，内、外螺纹最好组成H/g、H/h或G/h的配合。H/h配合的最小间隙为零，一般多采用此种配合；G/h、H/g配合具有保证间隙，适用于要求快速装卸的螺纹基本牙型有相应的标准(GB5796.3-86)规定。

3.2滑动螺旋传动例：M20X2左－6H/5g6g－S旋合长度外螺纹顶径公差带外螺纹中径公差带内螺纹中径和顶径公差带左旋螺距公称直径牙型代号

直径10mm，螺距1.5mm，中径顶径公差带为6H的内螺纹：M10－6H直径10mm，螺距1mm，中径顶径公差带为6g的外螺纹：M10×1－6g螺纹副3.2滑动螺旋传动螺纹表示方法：6.螺旋副零件与滑板联结结构的确定（1）刚性联接结构

结构简单，联结刚度大，多用于受力较大的传动中。螺旋副位移方向与滑板运动方向间易发生干涉。3.2滑动螺旋传动⑶活动联接结构

彻底排除螺旋副与滑板运动方向间的干涉，需要封闭力F。3.2滑动螺旋传动（2）弹性联接结构

适用于受力较小的精密螺旋传动。7.影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度措施

(1)螺纹参数误差(2)螺距误差

单个螺距误差:螺纹全长上，任意单个实际螺距对基本螺距的偏差的最大代数差。螺距累积误差:规定的螺纹长度内，任意两同侧螺纹面间实际距离对公称尺寸的偏差的最大代数差。与螺纹的长度有关。

注意：螺杆的螺距误差直接影响传动精度;螺母的螺距累积误差对传动精度没有影响,单个螺距误差也只有当螺杆也有单个螺距误差时才会引起传动误差。3.2滑动螺旋传动(3)中径误差

螺旋副中，大径、小径并无相对接触，中径是配合尺寸，因此要控制中径变动量。对长径比大的螺杆，因其刚性差，易弯曲，加工好之后容易与螺母配合产生偏心，引起螺杆螺距误差。(4)牙型半角误差

螺纹牙型半角可能偏离标准值。但是，如果采用一把刀，一次装卡，牙型半角误差在螺纹全长上一般变化不大，只有各个牙之间的牙形角有偏差时才会引起螺距变化。3.2滑动螺旋传动(5)螺杆轴向窜动误差(6)偏斜误差(7)温度误差3.2滑动螺旋传动提高精度的方法规定合理的制造精度;采取某些结构措施

如螺距误差校正装置也可用来校正温度误差

3.2.5消除螺旋传动空回的方法

空回——当螺旋机构中存在间隙，若螺杆的转动方向改变时，螺母不能立即产生反向运动，只有当螺杆转动某一角度后才能使螺母开始反向运动，这种现象称为空回。3.2滑动螺旋传动消除空回的方法：1.利用单向作用力2.利用调整螺母3.利用塑料螺母消除空回1.利用单向作用力3.2滑动螺旋传动利用弹簧1产生单向恢复力，使螺杆和螺母螺纹的工作表面保持单面接触，从而消除了另一侧间隙对空回的影响。

2.利用调整螺母（1）径向调整法利用不同结构，使螺母产生径向收缩，以减小传动副间隙。3.2滑动螺旋传动2.利用调整螺母（2）轴向调整法

利用双螺母轴向预紧消除传动副间隙。3.利用塑料螺母消除空回3.2滑动螺旋传动利用塑料的弹性很好地消除螺旋副的间隙。滚珠螺旋传动在螺杆和螺母间放入适量的滚珠，使滑动摩擦变为滚动摩擦的螺旋传动。组成：螺杆螺母滚珠滚珠循环返回装置3.3滚珠螺旋传动一、滚珠螺旋传动的特点：

1.特点

除螺旋传动的一般特点外，尚有如下特点：

1）传动效率高，启动力矩小。启动力矩仅为滑动螺旋传动的1/3左右，传动效率可高达98%。

2）传动精度高。效率高，生热小，热变形小，螺杆尺寸稳定，调整预紧后可无间隙传动，能实现微量进给，最小进给量可达到0.1μm。

3）具有传动的可逆性，不能自锁。既可以螺杆的转动转化为螺母的直线运动，也可以螺母的直线运动转化为螺杆的转动，因此在螺杆垂直工作的场合需要增加制动装置

4）制造工艺复杂，成本高。

5）寿命长，维护简单。2.滚珠螺旋传动的结构与类型

1）螺纹滚道法向截型A.定义：通过滚珠中心且垂直于滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状B.常用：单圆弧型

双圆弧型3.3滚珠螺旋传动单圆弧型双圆弧型接触角C.接触角：滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与滚珠中的螺杆直径线间的夹角β理想的接触角为45°。1）螺纹滚道法向截型（续）D.适应值滚道半径rs与滚珠直径Dw的比值，fm=rs/Dw

一般fm=0.52~0.55,其值对承载能力影响很大E.单圆弧形的特点：a.砂轮成型比较简单，易于得到较高精度b.接触角随初始间隙和轴向力大小变化，效率、承载能力和轴向刚度均不够稳定F.双圆弧形的特点：a.接触角在工作过程中基本保持不变，效率、承载能力和轴向刚度稳定b.滚道底部不与滚珠接触，可存储一定的润滑油和脏污，使磨损减小c.砂轮休整、加工结合检验比较困难2）滚珠循环方式内循环3.3滚珠螺旋传动

外循环螺旋槽式插管式端盖式2）滚珠循环方式1.内循环滚珠在循环过程中始终与螺杆保持接触的循环。结构：列数：通常有2～4反向器：沿螺母周围均匀分布，轴向间隔视反向器的型式不同而不同。工作圈数：每一循环中绕经螺纹滚道的圈数优点：一列一圈，回路短，滚珠少，流畅性好，效率高。径向尺寸小，零件少，装配简单。缺点：反向器的回珠槽具有空间曲面，加工较复杂。2）滚珠循环方式2.外循环定义：滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环。分类：按结构的不同，分为：a.螺旋槽式b.插管式c.端盖式A.螺旋槽式结构：（书上图3.22是错的）优点：

结构工艺简单、易于制造，螺母径向尺寸小缺点：

挡珠器刚度较差，容易磨损。B.插管式结构：（如图）优点：

结构简单、工艺性好，适于批量生产。缺点：弯管突出在螺母的外部，径向尺寸较大，若用弯管端部作挡珠器，则耐磨性较差。C.端盖式

结构：（如图）优点：

结构紧凑、工艺性好。缺点：

滚珠通过短槽时容易卡住。垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式3）消除轴向间隙的调整预紧方法

基本方式为采用双螺母，调整双螺母轴向距离实现预紧，消除空回间隙。3.3滚珠螺旋传动双螺母预紧A.垫片调隙式3.3滚珠螺旋传动垫片调隙式优点：结构简单，可靠性高，刚性好。缺点：精确调整比较困难，适用于一般精度的传动机构。B.螺纹调隙式3.3滚珠螺旋传动螺纹调隙式优点：结构简单，可靠性高，调整方便。缺点：不很精确。C.齿差调隙式3.3滚珠螺旋传动齿差调隙式

优点：调整精度高，工作可靠；

缺点：结构复杂，加工工艺和装配性能较差。3.滚珠螺旋副的精度、代号和标记1）滚珠螺旋副的精度

包括螺母的行程误差和空回误差。可参照相关标准。2）滚珠螺旋副的代号和标记方法类型（P或T）公称导程结构特征循环方式旋向，右旋省略例：

C

D

M

50

10

□－3－P

3精度等级