精密機械設(shè)計基礎(chǔ)-第九章 螺旋傳動

1、第九章螺旋傳動 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 滑動螺旋傳動 第三節(jié)滾珠螺旋傳動 第四節(jié)靜壓螺旋傳動簡介第一節(jié) 概述 一、螺旋傳動： 利用螺桿與螺母的相對運動，將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動 二、分類：1、按作用分：（1）示數(shù)螺旋傳動（2）傳力螺旋傳動 （3）一般螺旋傳動 2、按摩擦的性質(zhì)分：（1）滑動螺旋傳動（2）滾動螺旋傳動（3）靜壓螺旋傳動第二節(jié) 滑動螺旋傳動 一、滑動螺旋傳動特點： (1)降速傳動比大 (2)具有增力作用 (3)能自鎖 (4)效率低、磨損快 二、型式及應(yīng)用: 1、螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動 (圖91a圖92)（1）優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡，能自動消除竄動，易獲高精度。（2）缺點： 軸向尺寸較大，剛性

2、差。適用于行程短。圖9-1 滑動螺旋傳動的基本型式圖9-2 測微目鏡 2、螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動圖91b圖93（1）優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較大，適用于行程較長。（2）缺點： 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜圖9-3 測量顯微鏡縱向測微螺旋 3、差動螺旋傳動：（1）原理圖94 l=/2（Ph1-Ph2)（2）特點： 實現(xiàn)微動或快速移動圖9-4 差動螺旋原理三、滑動螺旋傳動的計算： 1、 主要失效形式： 1）磨損 2）螺桿的變形 3）螺桿或螺紋牙的斷裂等2、耐磨性計算式中：式中：p螺紋工作表面實際平均壓強；螺紋工作表面實際平均壓強； p許用壓強，見表許用壓強，見表9-1 軸向載荷；軸向載荷； 螺紋中徑；螺紋中徑； 螺母高度

3、；螺母高度； h螺紋工作高度螺紋工作高度令令H= ，則上式可寫成，則上式可寫成2phHdPFpaaF2d2d2phPFda10PHn表9-1 螺旋副材料的許用壓強 3、剛度計算 （1）軸向載荷作用（2）轉(zhuǎn)矩作用（圖95） 逆螺旋方向作用時 “+”號，反之取“-”號EAPFapfpGITPpPTGITPPP2222表9-5 螺距扭轉(zhuǎn)變形圖 （3）總變形量式中：Fa軸向載荷； T轉(zhuǎn)矩； P螺距 E、G分別為螺桿材料的彈性模量和剪切彈性模量； A、Ip分別為螺桿螺紋段截面面積和極慣性距，梯形螺紋剛度計算中，按螺紋中徑d2計算，即表9-2螺桿每米長的螺距累積變化量的允許值。PTPFp3210)2(pa

4、PGITPEAPF4/22dA32/42dIP表9-2 螺桿每米長允許螺距變化量4、穩(wěn)定性驗算 式中螺桿最大工作長度； Ia螺桿的截面慣性矩，梯形螺紋螺紋按中徑計算 螺桿材料的彈性模量；22)( LEIFaac64/42dIa 螺桿材料的彈性模量；u長度系數(shù)，與螺桿的支承情況有關(guān)。 式中m螺桿支承系數(shù)， 式中 最大軸向載荷； 安全系數(shù)， =2.54。64/42dIa2364EmFaacSFFmaxmaxaFFSFS表9-3 支承系數(shù)m 5、強度計算 （1）螺桿的強度計算 螺桿的強度可按第四強度理論進行驗算。 其計算公式為 式中 螺桿材料的許用應(yīng)力， （ 為材料的屈服極限）； d1 螺桿螺紋小徑

5、； Fa軸向載荷； T轉(zhuǎn)矩。)2 . 0(3)4(231221dTdFa)53(sS （2）螺紋強度計算（螺母）螺紋強度計算（螺母） 1）剪切強度）剪切強度dbnFa2）彎曲強度w式中：d螺紋大徑（mm）；wb螺紋根部寬度（mm），對于梯形螺紋，b=0.65P；wnH/P；w 分別為螺紋材料的許用剪切應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力表 94、表9-4 螺母材料的許用應(yīng)力 6、驅(qū)動力矩、效率和自鎖的計算（1）驅(qū)動力矩w 式中 導(dǎo)程角；w 誘導(dǎo)摩擦角， ；w 螺紋表面滑動摩擦系數(shù)；表（95）w 螺紋牙型半角；w 螺紋中徑。)tan(22vadFTvcosarctanfvf2d表9-5 摩擦系數(shù)f （2）效率 當(dāng)

6、轉(zhuǎn)動螺母（或螺桿）一轉(zhuǎn)時，所需輸人功為 式中 導(dǎo)程)tan(221vaFdTWtan22dFPFWahahP)tan(tan212vhaTPFWW2haPFT （3）自鎖 當(dāng)驅(qū)動力矩T去除后，軸向力Fa變?yōu)轵?qū)動力。如果螺旋不自鎖，則在Fa的作用下將反向加速運動（與Fa同向），此時，其傳動效率和轉(zhuǎn)矩分別為：當(dāng)0，則螺旋自鎖，此時v，即tan)tan(v2haPFT vhdP2arctan 六、消除螺旋傳動的空回的方法 1、空回： 當(dāng)螺旋機構(gòu)中存在間隙，若螺桿的轉(zhuǎn)動方向改變，螺母不能立即產(chǎn)生反向運動，只有螺桿轉(zhuǎn)動某一角度后才能使螺母開始反向運動，這種現(xiàn)象稱為空回。2、消除空回的方法 （1）利用單向

7、作用力 圖92（2）利用調(diào)整螺母 1）徑向調(diào)整法 利用不同的結(jié)構(gòu)，使螺母產(chǎn)生徑向收縮，減小空回。圖9-13 2）軸向調(diào)整法，圖914（3）利用塑料螺母消除空回 圖915圖9-13 螺紋間隙徑向調(diào)整結(jié)構(gòu)圖9-14 螺紋間隙軸向調(diào)整結(jié)構(gòu)圖9-15 塑料螺母結(jié)構(gòu)第三節(jié)滾珠螺旋傳動一、組成螺桿、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置四部分。圖916二、滾珠螺旋傳動的特點：圖9-16 滾珠螺旋傳動工作原理圖w1）傳動效率高，約為滑動螺旋傳動效率的三倍。w2）啟動力矩小、顫動及滯后時間。w3）傳動精度高。w4）具有傳動的可逆性，不能自鎖。w5）制造工藝復(fù)雜，成本較高，但使用壽命長，維護簡單。三、滾珠螺旋傳動的結(jié)構(gòu)型

8、式與類型 1、螺紋滾道法向截形（1）接觸角滾珠與滾道表面在接觸點處的公法線與過滾珠中心的螺桿直徑線間的夾角。（2）型式常用的截形有兩種，單圓弧形（圖917a）和雙圓弧形（圖917b）。圖9-17 滾道法向截形示意圖 （3）單圓弧形特點 1）優(yōu)點： 加工簡單，易獲高精度。 2）缺點 接觸角易變化，效率、承載能力、剛度均不穩(wěn)。（4）雙圓弧形特點 1）優(yōu)點： 效率、承載能力和軸向剛度較穩(wěn)定，潤滑油易存。 2）缺點： 加工困難。 2、滾珠循環(huán)方式 （1）分類：w內(nèi)循環(huán)w外循環(huán) （2）內(nèi)循環(huán) 滾珠在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)（圖918）。列數(shù)通常有二四列（即一個螺母上裝有24個反向器），

9、一列只有一圈。圖9-18 內(nèi)循環(huán)1）優(yōu)點：滾珠少，滾珠的流暢性好，效率高。徑向尺寸小，裝配簡單。2）缺點： 反向器的回珠槽具有空間曲面，加工較復(fù)雜。 （3）外循環(huán)滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)稱為外循環(huán)。1）分類： 外循環(huán)可分為： 1.螺旋槽式 2.插管式 3.端蓋式2）螺旋槽式（圖919） 1優(yōu)點結(jié)構(gòu)工藝簡單，易于制造，螺母徑向尺寸小。 2缺點 擋珠器剛度較差，容易磨損。圖9-19 螺旋槽式外循環(huán)3）插管式（圖9-20） 1優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，適于批量生產(chǎn) 2缺點： 徑向尺寸較大，用彎管時端部作擋珠器，則耐磨性較差。圖9-20 圖9-21 4）端蓋式（圖921） 1優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，工

10、藝性好 2缺點： 滾珠通過短槽時容易卡住 3、消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法圖922 （1）墊片調(diào)隙式（圖923） 優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，剛性好。 缺點 精確調(diào)整比較困難，且當(dāng)滾道磨損時不能隨意調(diào)整，除非更換墊圈。圖9-22 圖9-23 （2）螺紋調(diào)隙式（圖924） 優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便。 缺點： 不很精確。圖9-24 螺紋調(diào)整式 （3）齒差調(diào)隙式（圖925） 優(yōu)點： 調(diào)整精度很高，工作可靠。 缺點： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝和裝配性能較差。圖9-25 齒差調(diào)隙式 三、滾珠螺旋副的精度、代號和標(biāo)記方法 1、類型 P類定位滾珠螺旋副和T類傳動滾珠螺旋副。 2、精度等級，即l、2、3、4、5、7和10級。l級精度最高，依次遞減。 3、滾珠螺旋副的代號和標(biāo)記方法 表9-9一表9-11。圖9-9圖9-11第四節(jié)靜壓螺旋傳動簡介 一、靜壓螺旋傳動的工作原理圖