第九章 螺旋传动

第九章螺旋传动第1页，课件共51页，创作于2023年2月第一节概述运动关系:

l——螺杆（或螺母）的位移Ph——导程（螺母转一圈所走过的轴向距离）——螺杆，螺母间的相对转角螺旋传动是利用螺杆（丝杆）和螺母来实现传动的回转运动直线运动组成：螺杆（丝杆）、螺母两者直接接触有确定的相对运动（螺旋运动）第2页，课件共51页，创作于2023年2月螺旋传动按作用分类：1）读数螺旋机构用于测量微量长度和传递数值反映被测物理量大小的螺旋机构2）传动螺旋机构以传递运动为主，用于变换、传递运动和产生微量位移，调节零部件之间相对位置的螺旋机构3）传力螺旋机构一般传递的载荷较大、速度较低螺旋传动按其接触面间的摩擦性质，可分为：1）滑动螺旋传动2）滚动螺旋传动3）静压螺旋传动（流体液压）第3页，课件共51页，创作于2023年2月第二节滑动螺旋传动一、滑动螺旋传动的特点（1）降速传动比大——转角很大，直线位移量很小，结构紧凑（2）具有增力的作用——给主动件一个小转矩，从动件可获得大Fa（3）能自锁——ψ<ρ时（4）效率低，磨损快二、滑动螺旋传动的型式及应用a．螺母固定，螺杆转动并移动第4页，课件共51页，创作于2023年2月特点：1)优点：精度高，结构简单，不需支承螺杆的轴承，消除了轴承误差对传动精度的影响。2)缺点：外廓尺寸较大，几乎是工作行程的二倍。刚性较差，仅适用于行程较短的情况。a．螺母固定，螺杆转动并移动第5页，课件共51页，创作于2023年2月图9-2测微目镜示数螺旋传动第6页，课件共51页，创作于2023年2月b．螺杆传动、螺母移动优点：结构紧凑，所占轴向空间略大于螺杆的工作行程，刚度较大，适用于工作行程较大的场合，精度较高。缺点：零件较多，影响传动精度。此时螺母要限制转动综合工艺性、装调等方面的因素，一般应用较广泛，如车床的走刀机构、工具显微镜工作台的纵向传动机械等。第7页，课件共51页，创作于2023年2月图9-3测量显微镜纵向测微螺旋第8页，课件共51页，创作于2023年2月c．螺母转动，螺杆移动特点：结构要求限制螺母移动和螺杆的转动，结构较为复杂，故应用较少。d．螺杆固定螺母又转又移特点：结构简单、紧凑，但精度低，结构上难于实现运动的连续传递，在多数场合下使用不便，故应用较少，用作简易调整装置。第9页，课件共51页，创作于2023年2月e．差动螺旋差动螺旋传动是上述基本传动型式的组合螺杆3左、右两段螺纹旋向相同，导程分别为Ph1和Ph2

可动螺母的移动距离若Ph1与Ph2相差很小，l很小——微动装置如螺杆3左右两段旋向相反：快速移动螺旋——快速夹紧装置第10页，课件共51页，创作于2023年2月差动螺旋机构同轴单螺旋机构同轴双螺旋机构同轴双螺旋机构两个螺母，分别固定、移动两个螺母，两个移动螺杆转动，螺母也转动，结果螺母实现差动移动，即螺杆转Δn周，则螺母移距大小为Ph±ΔPh，Ph-导程，正号表示两构件转向相同，则移距为二者移距之和，负号表示两构件转向相反，则移距为二者移距之差，该机构结构简单，可实现微动和快速移动。第11页，课件共51页，创作于2023年2月两个螺母一个移动，一个固定。当螺杆转动时，移动螺母可实现快速或慢速移动，即螺杆转一周，移动螺母移动Ph1±Ph2（Ph1、Ph2为两螺旋的导程，旋向相同时为正，螺母快速移动，反之，螺母慢速移动。）同轴双螺旋传动，两螺母同时与机架组成移动副，工作时螺杆转动，两螺母实现移动，两段螺旋线螺距相同，但旋向相反，该机构常用于车辆之间的联接，可使车钩较快的联结和脱开第12页，课件共51页，创作于2023年2月三、滑动螺旋传动的计算失效形式——螺纹的磨损，螺杆变形，螺杆、螺纹牙的断裂计算——耐磨性、刚度、稳定性、强度（一）耐磨性计算——螺杆的直径和螺母高度Fa——轴向载荷d2——螺纹中径P——螺距h——螺纹工作高度h=0.5P梯、矩形螺纹H——螺母高度考虑螺纹间载荷分布不均，螺母螺纹的圈数应小于10第13页，课件共51页，创作于2023年2月（二）刚度计算轴向载荷Fa引起的一个螺距变化量：

转矩T的作用下一个螺距长度转角引起螺距变化共同作用下的螺距变化量λP每米螺纹螺距累积变化量：第14页，课件共51页，创作于2023年2月（三）稳定性验算l/d较大时，可能失稳而产生侧向弯曲的临界轴向载荷不失稳的条件（四）强度计算1．螺杆强度计算第四强度理论第15页，课件共51页，创作于2023年2月2．螺纹强度计算∵螺杆强度>螺母强度∴验算螺母螺纹强度剪切强度：弯曲强度：（五）驱动力矩、效率和自锁保证螺旋副转动灵活，反行程自锁驱动力作用下，主动件传力从动件γ——升角，ρV——当量摩擦角，α－螺纹牙型半角第16页，课件共51页，创作于2023年2月轴向载荷作用下，如螺旋副不自锁，从动件传力主动件如要求自锁：η′≤0自锁条件：η要求尽量高——使转动灵活第17页，课件共51页，创作于2023年2月四、滑动螺旋传动的设计原则（一）传动型式的选择根据其各自的传动特点，及实际工作情况的要求：如精度、结构、刚度和传动其它特殊要求等（二）螺纹类型的确定精密机械中，螺旋传动螺纹的类型多用普通三角形螺纹和梯形螺纹。a)传动精度高低：精度要求高,用三角螺纹b)传动功率的大小：大用梯形螺纹，小用三角螺纹（细牙）c)微动灵敏度：细牙三角螺纹的微动灵敏度较高d)自锁性能（即不能反向传动），三角螺纹的自锁性能好传动中一般用梯形，但当螺距t<1mm，不用梯形，加工困难第18页，课件共51页，创作于2023年2月（三）螺旋副材料的确定螺杆和螺母的材料应根据用途、精度等级及热处理要求等条件来选定总的要求：1）有良好的耐磨性、减摩性和易于加工；2）螺杆、螺母采用不同的材料，且螺杆要比螺母硬螺杆材料：一般传动：A5、45、50等（普通和优质碳素钢）重要传动：工具钢和合金钢示数传动：要求热处理后有较好的尺寸稳定性，这时选用合金工具钢和滚动轴承钢螺母材料：一般传动：锡青铜、黄铜和非金属材料、塑料、尼龙和耐磨铸铁等，重要传动：铝青铜、球墨铸铁和45号钢第19页，课件共51页，创作于2023年2月（四）主要参数的确定螺杆的直径和长度、螺距、螺纹头数和螺母高度等一般可用类比方法确定，重要的传动按前述的计算方法来确定或进行校核计算设计时注意问题：1．螺杆的螺纹部分的长度LW≥lg+H（H为螺母高度，工作行程Lg)螺纹的长度在此前提下应尽可能短些2．为保证螺杆的刚度L/d1≤10～15，如L/d1>25，受压螺杆应进行稳定性验算3．为避免周期误差应选用单头螺纹,传动精度高。4．小转角大位移的情况用多头螺纹。第20页，课件共51页，创作于2023年2月（五）螺纹公差∴必须规定公差带在多大的旋合长度范围内有效。旋合长度分长、中、短三种，表9－6一般按中等长度考虑，①旋合长度↑，累积误差↑，仅用公差带大小不能表示精度②将不同的公差等级（即公差带大小）和基本偏差（即公差带位置）组合，可得最终公差带。例7H，8g（H7，g8——1998国标）公差带大小公差带位置基本偏差公差带旋合长度螺纹精度公差等级第21页，课件共51页，创作于2023年2月④螺纹公差带的选用，表9-86级公差——基本级*公差带——优先选择H/h配合——最小间隙为零，多采用此配合G/h，H/g——保证间隙，适用于要求快速装卸的螺纹GB5796.3—86：传动丝杠、螺母副中30°梯形螺纹JB2886—92：梯形螺纹丝杠，螺母精度标准第22页，课件共51页，创作于2023年2月螺纹公差带的标记:M20×2/2左—5H6H/5g6g—S大径

导程线数

左旋内螺纹中径公差带

内螺纹顶径公差带外螺纹中径公差带

外螺纹顶径公差带

旋合长度

相同时只标一个第23页，课件共51页，创作于2023年2月螺旋副中力的关系、效率和自锁1.矩形螺纹已知：升角ψ，摩擦系数f，

载荷FQ求：A等速上升与等速下降时，水平力F的大小，沿斜面上升的效率及其自锁条件解：①滑块上升

考虑A的平衡：

补充知识：第24页，课件共51页，创作于2023年2月②滑块下降

滑块上升时输入功：滑块上升的有效功：滑块上升时的效率：第25页，课件共51页，创作于2023年2月滑块下降时：若γ≤ρ，则F≤0，不加支持力F'，滑块在Fa的作用下不会自动下滑——自锁滑块上升时，γ

越大则效率越高，当γ=45º-ρ/2时，效率最高，但升角过大加工太困难，一般γ<20~25º自锁条件：γ≤ρ2、三角螺纹

相当于楔形滑块与楔形槽的作用

第26页，课件共51页，创作于2023年2月三角螺纹摩擦大，效率低，应用于联接的螺旋

方螺纹应用于传递运动和动力的螺旋

——当量摩擦系数力的关系：自锁条件：ψ≤ρ'效率：~~~~~~~补充知识结束~~~~~~~

第27页，课件共51页，创作于2023年2月（六）螺旋副零件与滑板联接结构的确定螺旋副零件与滑板的联接结构对螺旋副的磨损和传动精度都有影响。结构设计要求：1、消除空回2、提高传动精度3、减少螺旋副的磨损常见联接结构：1．刚性联接结构第28页，课件共51页，创作于2023年2月2．弹性联接结构第29页，课件共51页，创作于2023年2月3．活动联接结构第30页，课件共51页，创作于2023年2月五、影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施传动精度——螺杆与螺母间实际相对运动保持理论值的准确程度（一）螺纹参数误差1．螺距误差单个螺距误差螺距累积误差螺杆的单个螺距误差和螺距螺积误差皆影响传动精度螺母1）单个螺距误差,一般只会使螺母压紧螺杆（,当螺杆也有此误差时才会影响传动精度2）累积螺距误差不影响传动精度在精密螺旋传动中螺杆的精度>螺母的精度第31页，课件共51页，创作于2023年2月2．中径误差大、小径处有较大间隙，互不接触，中径为配合尺寸为使螺杆与螺母转动灵活、储存润滑油∴应对中径上的间隙加以控制中径尺寸变动量的公差中径跳动公差3．牙型半角误差当螺纹各牙间牙型角有差异，会引起螺距变化，从而影响传动精度牙型角在螺纹全长上变化不大（一次装刀切削），对传动精度影响小第32页，课件共51页，创作于2023年2月（二）螺杆轴向窜动误差螺杆轴肩端面与轴承止推面不垂直，有α1、α2的偏差螺杆转动时，最大轴向窜动误差：第33页，课件共51页，创作于2023年2月（三）偏斜误差螺杆的轴线方向与移动件运动方向不平行（四）温度误差由于温度（工作温度与制造温度的不同）引起的螺杆长度和螺距发生变化第34页，课件共51页，创作于2023年2月LW——螺纹长度α——线膨胀系数为减小误差，可以提高制造精度，但单纯提高精度，成本高，所以可以采用某些结构措施提高传动精度：1、螺距误差校正装置螺杆1螺母2导杆3校正尺4第35页，课件共51页，创作于2023年2月步骤：a）精确测出每个位置，螺距误差ΔPb）计算出螺母应在每个位置的附加转角c）制出校正面的形状该校正装置可校正综合螺距误差——由于螺距误差、中径误差、牙型半角误差所引起的误差第36页，课件共51页，创作于2023年2月例：坐标镗床螺距误差校正装置螺杆9螺母4（工作台）校正尺3导杆1转动杆2杠杆5利用校正原理还可校正温度误差，将校正尺制成直尺，并相对螺杆轴线倾斜θ角即可第37页，课件共51页，创作于2023年2月2、消除螺杆轴向窜动螺杆2，滚珠5，弹簧4，定位砧6第38页，课件共51页，创作于2023年2月六、消除螺旋传动的空回的方法空回——由于存在间隙，螺杆改变转动方向时，螺母不会立即反向，而是螺杆转一定角度后，螺母开始反向运动空回引起传动误差消除空回→1）消除间隙2）消除间隙的影响第39页，课件共51页，创作于2023年2月（一）利用单向作用力弹簧1使螺杆与螺母保持单面接触第40页，课件共51页，创作于2023年2月（二）利用调整螺母1．径向调整法——螺母径向可收缩使间隙变小a—开槽螺母b—卡簧式螺母c——对开螺母d——对开螺母+紧定螺钉第41页，课件共51页，创作于2023年2月2．轴向调整法a——开槽螺母b——刚性双螺母c——弹性双螺母第42页，课件共51页，创作于2023年2月（三）利用塑料螺母——利用塑料的弹性聚乙烯、尼龙制作螺母，用金属压圈压紧第43页，课件共51页，创作于2023年2月第三节滚珠螺旋传动组成：丝杆、螺母、滚珠和滚珠循环返回装置等四个部分一、滚珠螺旋传动的特点1、传动效率高>90%，为同类型普通螺旋传动效率的三倍。2、传动精度高，可进行无间隙传动，并消除弹性空间，有较高定位精度。3、传动具有可逆性，不能自锁4．工艺复杂，成本高，寿命长工作原理：图9－6第44页，课件共51页，创作于2023年2月二、滚珠螺旋传动的结构型式与类型（一）螺纹滚道法向截形常用截形单圆弧形双圆弧形单圆弧——结构简单，易高精度，接触角β随初始间隙和Fa会变化。η，承载，轴向刚度不稳定双圆弧——β不变，滚道底不与滚珠接触可放润滑油，f下降，加工，检验，修整比较困难。（二）滚珠循环方式1．内循环第45页，课件共51页，创作于2023年2月滚珠在循环过程中始终与螺杆保持接触，反向器的回珠槽具有空间曲面，加工复杂。2．外循环－滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环外循环螺旋槽式插管式端盖式第46页，课件共51页，创作于2023年2月（三）消除轴向间隙的调整预紧方法轴向间隙引起空回误差螺杆上装配两个螺母，相对压紧，消除轴向间隙，常用的调整预紧方法：1．垫片调隙式－适用于一般精度2．螺纹调隙式3．齿差调隙式－调整精度高，结构复杂，加工、装配工艺性差第47页，课件共51页，创作于2023年2月三、滚珠螺旋副的精度、代号和标记方法（一）滚珠螺旋副的精度螺母的行程误差空回误差影响螺旋副精度的因素——动态变形误差（参数误差、机构误差、受力后的变形）标准：JB/T3162.2—91123457