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1、第3章 螺旋本讲稿第一页，共三十二页n 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：式中式中 l 螺杆（或螺母）的位移。螺杆（或螺母）的位移。螺杆和螺母间的相对转角。螺杆和螺母间的相对转角。3.1 概述本讲稿第二页，共三十二页 螺旋传动分类 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 概述按其接触面间摩擦的性质分为按其接触面间摩擦的性质分为按其接触面间摩擦的性质分为按其接触面间摩擦的性质分为1）滑动螺旋传动）滑动螺旋传动2）滚动螺旋传动。）滚动螺旋传动。3）静
2、压螺旋传动。）静压螺旋传动。进给传动进给传动传力螺旋传力螺旋本讲稿第三页，共三十二页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 3.2 滑动螺旋传动本讲稿第四页，共三十二页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)。2）螺杆固定并转动，螺母移动（图b）。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。螺母移动，轴向空间工作行程螺母厚度n 结构紧凑，刚度较大，应用较广 3.2 滑动螺旋传动本讲稿第五页，共三十二页3.2.2
3、滑动螺旋传动的应用形式3）其它 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“+”螺母固定，螺杆转动并移动螺母固定，螺杆转动并移动螺杆固定并转动，螺母移动螺杆固定并转动，螺母移动1-螺杆 2-活动螺母 3-机架 3.2 滑动螺旋传动本讲稿第六页，共三十二页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n1.耐磨性计算3.2 滑动螺旋传动(3-3)(3-4)(3-5)本讲稿第七页，共三十二页3.2.3滑动螺旋传动的计算2.刚度计算刚度计算v v转矩对一个螺距产生的变化量转矩对一个螺距产生的变化
4、量转矩对一个螺距产生的变化量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长的螺纹上螺距积累变化量(3-8)(3-7)v v转矩和转矩和转矩和转矩和F Fa a对一个螺距产生的变化量对一个螺距产生的变化量对一个螺距产生的变化量对一个螺距产生的变化量(3-6)3.2 滑动螺旋传动本讲稿第八页，共三十二页3.2.3滑动螺旋传动的计算3.稳定性计算稳定性计算3.2 滑动螺旋传动4.强度计算强度计算螺杆的稳定性条件螺杆的稳定性条件(3-9)临界轴向载荷临界轴向载荷(3-10)为了计算方便，用为了计算方便，用(3-11)m螺杆支承系数，见表螺杆支承系数，见表3-3 (1)螺杆的强度计算螺杆的强
5、度计算(3-12)(2)螺纹强度螺纹强度 剪切强度条件为：(3-13)弯曲强度条件为：(3-14)许用应力，见表许用应力，见表3-4 本讲稿第九页，共三十二页5.驱动力矩、效率和自锁计算受轴向载荷受轴向载荷Fa作用时，所需驱动力矩作用时，所需驱动力矩(3-15)螺母旋转一周，螺旋副的效率螺母旋转一周，螺旋副的效率 螺旋不自锁时，传动效率和转矩分别为螺旋不自锁时，传动效率和转矩分别为(3-20)(3-21)当当，则则螺旋自螺旋自锁锁(3-22)(3-18)3.2 滑动螺旋传动参考参考 例例3-1 本讲稿第十页，共三十二页3.2.4 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
6、，结合具体情况进行选择(基本形式或差动）2.螺纹类型的确定示数螺旋传动多示数螺旋传动多选，代号选，代号M传力螺旋传动多选传力螺旋传动多选,代号代号Tr3.2 滑动螺旋传动用于承受单向力用于承受单向力,代号代号S用于力传递用于力传递,无无代号代号本讲稿第十一页，共三十二页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。螺杆成本高，对精度影响大，故螺杆硬，螺母软。n 螺杆：强度高、耐磨性好、工艺性好。如：Q235、Y40Mn、45、50、65Mn、40Cr、9Mn2V、38CrMoAlA、GCr15等。n 螺母：耐磨性、减摩性好。如：铸铁、青铜3.2
7、 滑动螺旋传动螺杆长度螺杆长度螺杆长度螺杆长度4.4.主要参数的确定主要参数的确定主要参数的确定主要参数的确定 包括：螺杆直径和长度、螺距、螺旋线头数和包括：螺杆直径和长度、螺距、螺旋线头数和包括：螺杆直径和长度、螺距、螺旋线头数和包括：螺杆直径和长度、螺距、螺旋线头数和螺母高度等。螺母高度等。螺母高度等。螺母高度等。；螺距应取为标准值；螺距应取为标准值；螺距应取为标准值；螺距应取为标准值 ；最好；最好；最好；最好用单头螺纹；直径应选大些，并使（长度）用单头螺纹；直径应选大些，并使（长度）用单头螺纹；直径应选大些，并使（长度）用单头螺纹；直径应选大些，并使（长度）/（螺（螺（螺（螺纹小径）纹小
8、径）纹小径）纹小径）2525 本讲稿第十二页，共三十二页5.螺纹公差n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（螺距的累积误差随螺纹扣数的增多而增大，旋合长度见表（3-73-7）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，见定的公差带，见表表3-9 为了确保有足够的接触高度，内、外螺纹最好组成为了确保有足够的接触高度，内、外螺纹最好组成H/gH/g、H/hH/h或或G/hG/h的配合。的配合。H/hH/h配合的最小间隙为零，一般多采用此种配合；配合的最小间隙为零，一般多采
9、用此种配合；G/hG/h、H/gH/g配合具有保证间隙，适用于配合具有保证间隙，适用于要求快速装卸的螺纹要求快速装卸的螺纹 基本牙型有相应的标准基本牙型有相应的标准 (GB5796.3-86)(GB5796.3-86)规定。规定。3.2 滑动螺旋传动本讲稿第十三页，共三十二页例：例：M20 X 2 M20 X 2 左左6H/5g6g6H/5g6gS S旋合长度旋合长度外螺纹顶径公差带外螺纹顶径公差带外螺纹中径公差带外螺纹中径公差带内螺纹中径和顶径公差带内螺纹中径和顶径公差带左旋左旋螺距螺距公称直径公称直径牙型代号牙型代号v 直径直径10mm10mm，螺距，螺距1.5mm1.5mm，中径顶径公差
10、带为，中径顶径公差带为6H6H的的内螺纹内螺纹：M10M106H6Hv 直径直径10mm10mm，螺距，螺距1mm1mm，中径顶径公差带为中径顶径公差带为6g6g的的外螺纹外螺纹：M101M1016g6g螺螺纹纹副副3.2 滑动螺旋传动螺纹表示方法：本讲稿第十四页，共三十二页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 滑动螺旋传动本讲稿第十五页，共三十二页 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 2）弹性联接结构）弹性联接结构）弹性联接结
11、构）弹性联接结构 适用于受力较小的精密螺旋传动。适用于受力较小的精密螺旋传动。适用于受力较小的精密螺旋传动。适用于受力较小的精密螺旋传动。本讲稿第十六页，共三十二页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n 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。n 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。n 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 滑动螺旋传动本讲稿第十
12、七页，共三十二页(3)(3)中径误差中径误差 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。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。(4)(4)牙型半角误差牙型半角误差 螺纹牙型半角可能偏离标准值。但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型半角误差在螺纹全长上一般变化不大大。3.2 滑动螺旋传动(5)(5)螺杆轴向窜动误差螺杆轴向窜动误差本讲稿第十八页，共三十二页(6)(6)偏斜误差偏斜误差(7)(7)温度误差温度误差3.2 滑动螺旋传动提高精度的方
13、法提高精度的方法提高精度的方法提高精度的方法 规定合理的制造精度规定合理的制造精度规定合理的制造精度规定合理的制造精度;采取某些结构措施采取某些结构措施采取某些结构措施采取某些结构措施 如如螺距误差校正装置螺距误差校正装置螺距误差校正装置螺距误差校正装置(动画动画动画动画）也可用来校正温度误差也可用来校正温度误差 本讲稿第十九页，共三十二页消除螺杆轴向窜动误差，可采用图3.3结构 n 减小偏斜误差，可采用活动联接或弹性联接的方法，并尽量缩短行程；对导轨导向面与螺杆轴线的平行度应提出较高的要求。3.2 滑动螺旋传动本讲稿第二十页，共三十二页n3.2.5 消除螺旋传动空回的方法n 空回当螺旋机构中
14、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：消除空回的方法：1.利用单向作用力利用单向作用力2.利用调整螺母利用调整螺母3.利用塑料螺母消除空回利用塑料螺母消除空回本讲稿第二十一页，共三十二页1.1.利用单向作用力利用单向作用力3.2 滑动螺旋传动 利用弹簧利用弹簧1 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。另一侧间隙对空回的影响。本讲稿第二十二页，共三十二页2
15、.2.利用调整螺母利用调整螺母 （1 1）径向调整法）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。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 滑动螺旋传动本讲稿第二十三页，共三十二页2.2.利用调整螺母利用调整螺母（2 2）轴向调整法）轴向调整法 利用双螺母轴向预紧消除传动副间隙。利用双螺母轴向预紧消除传动副间隙。3.3.利用塑料螺母消除空回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利用塑料的弹性很好地消除螺旋副的间隙。的间隙。本讲稿第二十四页，共三十二页n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
16、传动。滚珠螺旋传动是由螺杆、螺母、滚珠和滚珠循环返回装置四部分组成。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。2）传动精度高。3）具有传动的可逆性，不能自锁。4）制造工艺复杂，成本高。5）寿命长，维护简单。3.3 滚珠螺旋传动本讲稿第二十五页，共三十二页2.2.2.2.滚珠螺旋传动的结构与类型滚珠螺旋传动的结构与类型滚珠螺旋传动的结构与类型滚珠螺旋传动的结构与类型 1 1）螺纹滚道法向截型）螺纹滚道法向截型v 单圆弧型单圆弧型 工艺简单，运行特性不够稳定。工艺简单，运行特性不够稳定。v 双圆弧型双圆弧型 工艺难度大，有利润滑，运行工艺难
17、度大，有利润滑，运行特性稳定。特性稳定。3.3 滚珠螺旋传动单圆弧型单圆弧型双圆弧型双圆弧型接触角本讲稿第二十六页，共三十二页内循环式内循环式2 2）滚珠循环方式）滚珠循环方式v 内循环式内循环式 流畅性好，径向尺寸小，反流畅性好，径向尺寸小，反向器加工复杂。向器加工复杂。3.3 滚珠螺旋传动外循环式外循环式v 外循环式外循环式 工艺性好，径向尺寸大。工艺性好，径向尺寸大。螺旋槽式螺旋槽式插管式插管式端盖式端盖式本讲稿第二十七页，共三十二页垫片调隙式垫片调隙式螺纹调隙式螺纹调隙式齿差调隙式齿差调隙式3 3）消除轴向间隙的调整预紧方法）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
18、轴向距离实现预紧，消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。除空回间隙。3.3 滚珠螺旋传动双螺母预紧双螺母预紧本讲稿第二十八页，共三十二页垫片调隙式垫片调隙式3.3 滚珠螺旋传动本讲稿第二十九页，共三十二页螺纹调隙式螺纹调隙式3.3 滚珠螺旋传动本讲稿第三十页，共三十二页齿差调隙式齿差调隙式3.3 滚珠螺旋传动本讲稿第三十一页，共三十二页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：例：C C D D M M 5050 1010 3 3P P 3 3精度等级负荷钢珠圈数公称直径预紧方式3.3 滚珠螺旋传动本讲稿第三十二页，共三十二页