第五章 螺纹连接及螺旋传动

锯齿形螺纹三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹第五章螺纹联接与螺旋传动

2α2学时课程本章重点：本章难点：1.螺纹的主要参数；2.螺旋传动的主要形式。1.螺旋传动的设计计算。§5-1螺纹连接及螺旋传动概述§5-2螺纹的主要参数§5-3螺旋传动的主要形式§5-4滑动螺旋的设计计算

§5-5提高螺旋传动精度的方法章节分布：§5-6滚珠螺旋传动2学时课程螺杆与螺母的相对运动关系式为：

螺旋传动在精密机械中广泛应用，它主要是通过螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动转变为直线运动。在连接中多数也靠螺纹来连接，两者工作原理有差别，传动主要是考虑运动，而连接主要考虑扭矩和摩擦力之间的平衡关系。§5—1螺纹连接及螺纹传动概述第一节螺纹连接及螺纹传动概述

滑动螺旋传动的特点：降速传动比大，结构紧凑、传动精度高。具有增力作用。能自锁，当螺旋升角小于摩擦角时，螺旋传动具有自锁作用。效率低（30％－40％）、磨损快。第一节螺纹连接及螺纹传动概述螺旋机构根据其使用的目的，大致可分为三类：1)示数测量螺旋传动

主要用于精确地传递及反映微量长度的螺旋机构。常用于机床进给、分度机构和测量仪表中的螺旋测微机构。其传动误差直接影响仪器的精度。一般要求传动精度高、回差小、运动灵活。1－螺杆２－微分筒３－螺母４－分划筒５－手轮１和２相连３和４相连2)传力螺旋传动

锁紧机构千斤顶

主要用于传递能量，直接承受载荷，对工件施加拉、压作用力；还可以用于锁紧作用。对传动精度要求低，强度要求高。第一节螺纹连接及螺纹传动概述3)一般传动螺旋

经纬仪中调平螺旋机构（立式安平螺旋）主要用于传动，调节零件间的相对位置，用于精确定位和锁紧。对强度、刚度和传动精度都有较高的要求。第一节螺纹连接及螺纹传动概述本节结束如用一个三角形K沿螺旋线运动并使K平面始终通过圆柱体轴线YY-这样就构成了三角形螺纹。同样改变平面图形K，可得到矩形、梯形、锯齿形、管螺纹一、螺纹的形成§5—2螺纹的主要参数第二节螺纹的主要参数按牙型:三角形螺纹、管螺纹——联接螺纹矩形、梯形、锯齿形螺纹——传动螺纹按位置：内螺纹——在圆柱孔的内表面形成的螺纹外螺纹——在圆柱孔的外表面形成的螺纹*三角形螺纹：粗牙螺纹——用于紧固件细牙螺纹——同样的公称直径下，螺距最小，自锁性好，适于薄壁细小零件和冲击变载等根据螺旋线绕行方向：左旋——如图右旋——常用根据螺旋线头数：单头螺纹（n=1）——用于联接双头螺纹（n=2）——如图多线螺纹（n≥2）——用于传动二、螺纹的分类第二节螺纹的主要参数示数螺旋传动多选，代号M传力螺旋传动多选,代号Tr用于承受单向力,代号S用于力传递,无代号第二节螺纹的主要参数1）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2）内径（小径）d1(D1)——与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径3）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)三、螺纹的主要参数第二节螺纹的主要参数4）螺距ｔ—相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离5）导程Ph—同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线上的对应两点间的轴向距离(单头P=t)6）线数n——螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4螺距、导程、线数之间关系：Ph=nt

第二节螺纹的主要参数7）螺旋升角λ——中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角。8）牙型角2α——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角。四、常用螺纹的种类、特点与应用具体见表4-1第二节螺纹的主要参数例：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LF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（粗牙）直径10mm，螺距1mm，中径顶径公差带为6g的外螺纹：M10×1－6g（细牙）四、螺纹的表示方法第二节螺纹的主要参数本节结束一、螺旋传动的类型、特点与应用

1、应用

：螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。02、传动形式：a)螺杆转螺母移b)螺杆又转又移（螺平固定）—用得多c)螺母转螺杆移d)螺母又转又移（螺杆固定）—

用得少

其它传动形式：差动螺旋传动，包括减速螺旋和增速螺旋§5—3螺旋传动的主要形式螺杆两段螺纹同向：螺杆两段螺纹反向：第三节螺旋传动的主要形式第三节螺旋传动的主要形式第三节螺旋传动的主要形式按用途分三类：1）传力螺旋——举重器、千斤顶、加压螺旋特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁2）传导螺旋——机床进给汇杠—传递运动和动力特点：速度高、连续工作、精度高3）调整螺旋——机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。特点：是受力较小且不经常转动

3、螺旋传动类型螺旋传动按摩擦副的性质分：

1、滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁缺点：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，传动效率低（30~40%）传动精度低第三节螺旋传动的主要形式2、滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环两种

特点：传动效率高（可达90%），起动力矩小，传动灵活平稳，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆运动效率相同，可实现逆传动。缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。

第三节螺旋传动的主要形式3、静压螺旋液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开

特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构复杂（需密封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机床中进给和分度机构

第三节螺旋传动的主要形式本节结束1、结构与材料

千斤顶典型结构

2、耐磨性计算

滑动螺旋传动的主要失效形式是：螺纹磨损、螺杆变形和螺纹牙的断裂。设计计算时要考虑以下几方面的内容：3、刚度计算

4、强度计算5、稳定性计算

6、驱动力矩、效率和自锁计算

§5—4滑动螺旋的设计计算

第四节滑动螺旋传动的设计计算本节结束螺旋副材料的确定：对螺旋副材料的选择要求是：1.摩擦系数小；2.耐磨性好；3.良好的尺寸稳定性；4.加工性能和热处理性能好。螺杆成本高，对精度影响大，故螺杆材料要硬些，加工成本要高，一般选优质材料加工。螺母加工成本较低，为保护螺杆，通常选用较软材料加工。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、青铜第四节滑动螺旋传动的设计计算

滑动螺旋中磨损是最主要的一种失效形式，它会引起传动精度下降，空间大，并使强度下降。磨损的影响因素：工作面的比压，螺纹表面质量，滑动速度和润滑状态，所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上比压P要求小于材料的许用比压。①当速度相同时，比压大，磨损量大。②润滑油不被挤出，易形成油膜润滑。耐磨性条件：

设计公式：

耐磨性计算：

螺纹副材料滑动速度，m/min许用压强，MPa螺纹副材料滑动速度，m/min许用压强，MPa钢对青铜低速18～25钢对耐磨铸铁<2.413～18<3.011～186～124～76～127～10钢对钢低速7.5～13>151～2淬火钢对青铜6～1210～13钢对耐磨铸铁6～126～8滑动螺旋传动的许用压强[p]刚度计算：

螺杆受轴向载荷时，一个螺距的变化量

为：转矩对一个螺距产生的变化量为：第四节滑动螺旋传动的设计计算螺杆的强度计算：

螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）Fa与扭矩T的作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用∴按弯扭复合强度条件计算——第四强度理论

第四节滑动螺旋传动的设计计算螺母的螺纹牙强度计算：

由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因此螺纹牙受剪和弯曲均在螺母上。将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处展开，即可视为一悬壁梁，每圈螺纹承受的平均压力Fa/n作用在中径d2的圆周上。

螺纹牙根部危险剖面的弯曲强度条件为：剪切强度条件为：梯形螺纹b＝0.634t;矩形螺纹b＝0.5t;锯齿形螺纹b＝0.736t;第四节滑动螺旋传动的设计计算螺杆的稳定性计算：当螺杆较细长且受较大轴向压力时，可能会双向弯曲而失效，螺杆相当于细杆，螺杆所承受的轴向压力Fa小于其临界压力Fac。nS——螺杆稳定许用安全系数①传导螺旋nS=2.5~4.0；②传力螺旋nS=3.5~5.0；③精密螺杆或水平螺杆nS>4

自锁性验算

第四节滑动螺旋传动的设计计算§5—5提高螺旋传动精度的方法5.1.螺旋传动的误差分析㈠螺纹参数误差⑴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。注意：螺母的螺距累积误差对传动精度没有影响。第五节提高螺旋传动精度的方法⑵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。⑶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。第五节提高螺旋传动精度的方法㈡螺杆轴向窜动误差㈢偏斜误差㈣温度误差第五节提高螺旋传动精度的方法5.2提高螺旋传动精度的方法1.采用螺距误差修正装置

第五节提高螺旋传动精度的方法2.消除螺旋传动空回误差一）径向调节法：用螺母的径向收缩，来减小螺纹配合处的轴向间隙，减少回差。

三种方法：a.开槽螺母b.锥形开槽螺母c.对开螺母空回－螺杆旋转方向改变，在螺杆转动某一角度后，螺母才产生反向运动。原因是螺杆、螺母传动副存在间隙。第五节提高螺旋传动精度的方法二）轴向调节法三种方法：a.开槽螺母b.刚性双螺母结构c.弹性双螺母结构（包括塑料螺母）利用双螺母轴向预紧消除传动副间隙。第五节提高螺旋传动精度的方法三）单向接触法

利用弹簧产生单向作用力，使螺纹的工作表面保持单面接触，从而消除间隙引起的回差。下图当螺杆l推动移动件2移动时，弹簧3使移动件2产生回复力，这时螺杆与螺纹工作表面只在一边接触，螺纹内的间隙变为背隙而不会引起空回误差。单向接触法1-螺杆；2-移动件；3-弹簧第五节提高螺旋传动精度的方法本节结束§5—6

滚珠螺旋传动简介

滑动螺旋在各类机械中被普遍地利用，但是它存在磨损大、效率低、寿命短的缺点。因此在传递较大动力时，可以采用滚珠螺旋传动。滚珠螺旋传动是在螺杆和螺母间放人适量滚珠，使滑动摩擦变为滚动摩擦，滚珠螺旋传动装置由螺杆、螺母、滚珠和滚珠循环返回装置所组成。

在螺杆l和螺母2上都切制有圆弧形的螺旋槽，螺杆与螺母上的两圆弧形螺旋槽对合起来形成螺旋线滚道，在滚道内装有许多滚珠3。当螺杆l回转时，滚珠3相对螺母2上的滚道按箭头4方向滚动，因此螺杆l、螺母2之间基本上为滚动摩擦。一、滚珠螺旋传动的特点

滚珠螺旋传动除具有螺旋传动的一般特点(降速传动比大及牵引力大)外，与滑动螺旋比较，具有下列特点：(1)传动效率高，一般可高达90％以上，大约是滑动螺旋传动效率的三倍。(2)经调整预紧后，可得到无间隙传动，因而具有较高的定位精度和轴向刚度。(3)磨损小、寿命长，维护简单。(4)不能自锁，传动具有可逆性，当用于垂直升降传动时，需采用防止逆转装置。(5)结构、工艺比较复杂，成本较高。第六节滚珠螺旋传动简介二、滚珠螺旋传动的结构形式

按滚珠在整个循环过程中与丝杆表面的接触情况，滚珠的循环方式分为内循环和外循环两类。1.外循环滚珠螺旋传动

滚珠在循环过程中与螺杆脱离接触的称为外循环。这种滚珠丝杠传动是直接在螺母的外圆上铣出螺旋槽，把挡珠器从螺母内部装入后，挡珠器的舌头截断螺纹滚道，挡住滚珠的去路，迫使滚珠导入通向螺旋槽的孔中而构成循环。这种结构形式称为螺旋槽式。如用弯管代替螺旋槽式中的凹槽，构成滚珠循环通道，称为插管式。螺旋槽式螺母径向尺寸较小，便于安装，工艺性好。但挡珠器的刚度较差、耐磨性不好。插管式结构简单、工艺性好，适用较大批量生产，但其弯管突出于螺母表面，外形尺寸较大。

第六节滚珠螺旋传动简介外循环的滚珠2.内循环滚球螺旋传动

螺母中也有采用2圈或4圈滚珠，相应反向器也有2个或4个。内循环滚珠螺旋径向尺寸小、刚度好，负荷能力也较高。但它的反向器结构复杂，制造困难，内循环滚珠反向器有圆柱凸键式和扁圆镶块式两种。前者工艺简单，但多列滚珠时轴向尺寸较大；后者加工较复杂，但可使螺母轴向尺寸较小。两种循环方式各有特点，可根据使用要求和工艺条件合理选择滚珠循环方式。

内循环滚珠在循环过程中与螺杆始终保持接触的叫做内循环。