第九章 螺旋傳動

第九章螺旋傳動第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述運(yùn)動關(guān)系:

l——螺桿（或螺母）的位移Ph——導(dǎo)程（螺母轉(zhuǎn)一圈所走過的軸向距離）——螺桿，螺母間的相對轉(zhuǎn)角螺旋傳動是利用螺桿（絲桿）和螺母來實(shí)現(xiàn)傳動的回轉(zhuǎn)運(yùn)動直線運(yùn)動組成：螺桿（絲桿）、螺母兩者直接接觸有確定的相對運(yùn)動（螺旋運(yùn)動）第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月螺旋傳動按作用分類：1）讀數(shù)螺旋機(jī)構(gòu)用于測量微量長度和傳遞數(shù)值反映被測物理量大小的螺旋機(jī)構(gòu)2）傳動螺旋機(jī)構(gòu)以傳遞運(yùn)動為主，用于變換、傳遞運(yùn)動和產(chǎn)生微量位移，調(diào)節(jié)零部件之間相對位置的螺旋機(jī)構(gòu)3）傳力螺旋機(jī)構(gòu)一般傳遞的載荷較大、速度較低螺旋傳動按其接觸面間的摩擦性質(zhì)，可分為：1）滑動螺旋傳動2）滾動螺旋傳動3）靜壓螺旋傳動（流體液壓）第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)滑動螺旋傳動一、滑動螺旋傳動的特點(diǎn)（1）降速傳動比大——轉(zhuǎn)角很大，直線位移量很小，結(jié)構(gòu)緊湊（2）具有增力的作用——給主動件一個小轉(zhuǎn)矩，從動件可獲得大Fa（3）能自鎖——ψ<ρ時（4）效率低，磨損快二、滑動螺旋傳動的型式及應(yīng)用a．螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：1)優(yōu)點(diǎn)：精度高，結(jié)構(gòu)簡單，不需支承螺桿的軸承，消除了軸承誤差對傳動精度的影響。2)缺點(diǎn)：外廓尺寸較大，幾乎是工作行程的二倍。剛性較差，僅適用于行程較短的情況。a．螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月圖9-2測微目鏡示數(shù)螺旋傳動第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月b．螺桿傳動、螺母移動優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，所占軸向空間略大于螺桿的工作行程，剛度較大，適用于工作行程較大的場合，精度較高。缺點(diǎn)：零件較多，影響傳動精度。此時螺母要限制轉(zhuǎn)動綜合工藝性、裝調(diào)等方面的因素，一般應(yīng)用較廣泛，如車床的走刀機(jī)構(gòu)、工具顯微鏡工作臺的縱向傳動機(jī)械等。第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月圖9-3測量顯微鏡縱向測微螺旋第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月c．螺母轉(zhuǎn)動，螺桿移動特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)要求限制螺母移動和螺桿的轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故應(yīng)用較少。d．螺桿固定螺母又轉(zhuǎn)又移特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但精度低，結(jié)構(gòu)上難于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的連續(xù)傳遞，在多數(shù)場合下使用不便，故應(yīng)用較少，用作簡易調(diào)整裝置。第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月e．差動螺旋差動螺旋傳動是上述基本傳動型式的組合螺桿3左、右兩段螺紋旋向相同，導(dǎo)程分別為Ph1和Ph2

可動螺母的移動距離若Ph1與Ph2相差很小，l很小——微動裝置如螺桿3左右兩段旋向相反：快速移動螺旋——快速夾緊裝置第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月差動螺旋機(jī)構(gòu)同軸單螺旋機(jī)構(gòu)同軸雙螺旋機(jī)構(gòu)同軸雙螺旋機(jī)構(gòu)兩個螺母，分別固定、移動兩個螺母，兩個移動螺桿轉(zhuǎn)動，螺母也轉(zhuǎn)動，結(jié)果螺母實(shí)現(xiàn)差動移動，即螺桿轉(zhuǎn)Δn周，則螺母移距大小為Ph±ΔPh，Ph-導(dǎo)程，正號表示兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相同，則移距為二者移距之和，負(fù)號表示兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相反，則移距為二者移距之差，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，可實(shí)現(xiàn)微動和快速移動。第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月兩個螺母一個移動，一個固定。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，移動螺母可實(shí)現(xiàn)快速或慢速移動，即螺桿轉(zhuǎn)一周，移動螺母移動Ph1±Ph2（Ph1、Ph2為兩螺旋的導(dǎo)程，旋向相同時為正，螺母快速移動，反之，螺母慢速移動。）同軸雙螺旋傳動，兩螺母同時與機(jī)架組成移動副，工作時螺桿轉(zhuǎn)動，兩螺母實(shí)現(xiàn)移動，兩段螺旋線螺距相同，但旋向相反，該機(jī)構(gòu)常用于車輛之間的聯(lián)接，可使車鉤較快的聯(lián)結(jié)和脫開第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三、滑動螺旋傳動的計(jì)算失效形式——螺紋的磨損，螺桿變形，螺桿、螺紋牙的斷裂計(jì)算——耐磨性、剛度、穩(wěn)定性、強(qiáng)度（一）耐磨性計(jì)算——螺桿的直徑和螺母高度Fa——軸向載荷d2——螺紋中徑P——螺距h——螺紋工作高度h=0.5P梯、矩形螺紋H——螺母高度考慮螺紋間載荷分布不均，螺母螺紋的圈數(shù)應(yīng)小于10第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）剛度計(jì)算軸向載荷Fa引起的一個螺距變化量：

轉(zhuǎn)矩T的作用下一個螺距長度轉(zhuǎn)角引起螺距變化共同作用下的螺距變化量λP每米螺紋螺距累積變化量：第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）穩(wěn)定性驗(yàn)算l/d較大時，可能失穩(wěn)而產(chǎn)生側(cè)向彎曲的臨界軸向載荷不失穩(wěn)的條件（四）強(qiáng)度計(jì)算1．螺桿強(qiáng)度計(jì)算第四強(qiáng)度理論第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2．螺紋強(qiáng)度計(jì)算∵螺桿強(qiáng)度>螺母強(qiáng)度∴驗(yàn)算螺母螺紋強(qiáng)度剪切強(qiáng)度：彎曲強(qiáng)度：（五）驅(qū)動力矩、效率和自鎖保證螺旋副轉(zhuǎn)動靈活，反行程自鎖驅(qū)動力作用下，主動件傳力從動件γ——升角，ρV——當(dāng)量摩擦角，α－螺紋牙型半角第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月軸向載荷作用下，如螺旋副不自鎖，從動件傳力主動件如要求自鎖：η′≤0自鎖條件：η要求盡量高——使轉(zhuǎn)動靈活第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月四、滑動螺旋傳動的設(shè)計(jì)原則（一）傳動型式的選擇根據(jù)其各自的傳動特點(diǎn)，及實(shí)際工作情況的要求：如精度、結(jié)構(gòu)、剛度和傳動其它特殊要求等（二）螺紋類型的確定精密機(jī)械中，螺旋傳動螺紋的類型多用普通三角形螺紋和梯形螺紋。a)傳動精度高低：精度要求高,用三角螺紋b)傳動功率的大?。捍笥锰菪温菁y，小用三角螺紋（細(xì)牙）c)微動靈敏度：細(xì)牙三角螺紋的微動靈敏度較高d)自鎖性能（即不能反向傳動），三角螺紋的自鎖性能好傳動中一般用梯形，但當(dāng)螺距t<1mm，不用梯形，加工困難第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）螺旋副材料的確定螺桿和螺母的材料應(yīng)根據(jù)用途、精度等級及熱處理要求等條件來選定總的要求：1）有良好的耐磨性、減摩性和易于加工；2）螺桿、螺母采用不同的材料，且螺桿要比螺母硬螺桿材料：一般傳動：A5、45、50等（普通和優(yōu)質(zhì)碳素鋼）重要傳動：工具鋼和合金鋼示數(shù)傳動：要求熱處理后有較好的尺寸穩(wěn)定性，這時選用合金工具鋼和滾動軸承鋼螺母材料：一般傳動：錫青銅、黃銅和非金屬材料、塑料、尼龍和耐磨鑄鐵等，重要傳動：鋁青銅、球墨鑄鐵和45號鋼第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）主要參數(shù)的確定螺桿的直徑和長度、螺距、螺紋頭數(shù)和螺母高度等一般可用類比方法確定，重要的傳動按前述的計(jì)算方法來確定或進(jìn)行校核計(jì)算設(shè)計(jì)時注意問題：1．螺桿的螺紋部分的長度LW≥lg+H（H為螺母高度，工作行程Lg)螺紋的長度在此前提下應(yīng)盡可能短些2．為保證螺桿的剛度L/d1≤10～15，如L/d1>25，受壓螺桿應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算3．為避免周期誤差應(yīng)選用單頭螺紋,傳動精度高。4．小轉(zhuǎn)角大位移的情況用多頭螺紋。第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）螺紋公差∴必須規(guī)定公差帶在多大的旋合長度范圍內(nèi)有效。旋合長度分長、中、短三種，表9－6一般按中等長度考慮，①旋合長度↑，累積誤差↑，僅用公差帶大小不能表示精度②將不同的公差等級（即公差帶大?。┖突酒睿垂顜恢茫┙M合，可得最終公差帶。例7H，8g（H7，g8——1998國標(biāo)）公差帶大小公差帶位置基本偏差公差帶旋合長度螺紋精度公差等級第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月④螺紋公差帶的選用，表9-86級公差——基本級*公差帶——優(yōu)先選擇H/h配合——最小間隙為零，多采用此配合G/h，H/g——保證間隙，適用于要求快速裝卸的螺紋GB5796.3—86：傳動絲杠、螺母副中30°梯形螺紋JB2886—92：梯形螺紋絲杠，螺母精度標(biāo)準(zhǔn)第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月螺紋公差帶的標(biāo)記:M20×2/2左—5H6H/5g6g—S大徑

導(dǎo)程線數(shù)

左旋內(nèi)螺紋中徑公差帶

內(nèi)螺紋頂徑公差帶外螺紋中徑公差帶

外螺紋頂徑公差帶

旋合長度

相同時只標(biāo)一個第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月螺旋副中力的關(guān)系、效率和自鎖1.矩形螺紋已知：升角ψ，摩擦系數(shù)f，

載荷FQ求：A等速上升與等速下降時，水平力F的大小，沿斜面上升的效率及其自鎖條件解：①滑塊上升

考慮A的平衡：

補(bǔ)充知識：第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月②滑塊下降

滑塊上升時輸入功：滑塊上升的有效功：滑塊上升時的效率：第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月滑塊下降時：若γ≤ρ，則F≤0，不加支持力F'，滑塊在Fa的作用下不會自動下滑——自鎖滑塊上升時，γ

越大則效率越高，當(dāng)γ=45o-ρ/2時，效率最高，但升角過大加工太困難，一般γ<20~25o自鎖條件：γ≤ρ2、三角螺紋

相當(dāng)于楔形滑塊與楔形槽的作用

第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三角螺紋摩擦大，效率低，應(yīng)用于聯(lián)接的螺旋

方螺紋應(yīng)用于傳遞運(yùn)動和動力的螺旋

——當(dāng)量摩擦系數(shù)力的關(guān)系：自鎖條件：ψ≤ρ'效率：~~~~~~~補(bǔ)充知識結(jié)束~~~~~~~

第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（六）螺旋副零件與滑板聯(lián)接結(jié)構(gòu)的確定螺旋副零件與滑板的聯(lián)接結(jié)構(gòu)對螺旋副的磨損和傳動精度都有影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：1、消除空回2、提高傳動精度3、減少螺旋副的磨損常見聯(lián)接結(jié)構(gòu)：1．剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2．彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3．活動聯(lián)接結(jié)構(gòu)第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月五、影響螺旋傳動精度的因素及提高傳動精度的措施傳動精度——螺桿與螺母間實(shí)際相對運(yùn)動保持理論值的準(zhǔn)確程度（一）螺紋參數(shù)誤差1．螺距誤差單個螺距誤差螺距累積誤差螺桿的單個螺距誤差和螺距螺積誤差皆影響傳動精度螺母1）單個螺距誤差,一般只會使螺母壓緊螺桿（,當(dāng)螺桿也有此誤差時才會影響傳動精度2）累積螺距誤差不影響傳動精度在精密螺旋傳動中螺桿的精度>螺母的精度第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2．中徑誤差大、小徑處有較大間隙，互不接觸，中徑為配合尺寸為使螺桿與螺母轉(zhuǎn)動靈活、儲存潤滑油∴應(yīng)對中徑上的間隙加以控制中徑尺寸變動量的公差中徑跳動公差3．牙型半角誤差當(dāng)螺紋各牙間牙型角有差異，會引起螺距變化，從而影響傳動精度牙型角在螺紋全長上變化不大（一次裝刀切削），對傳動精度影響小第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）螺桿軸向竄動誤差螺桿軸肩端面與軸承止推面不垂直，有α1、α2的偏差螺桿轉(zhuǎn)動時，最大軸向竄動誤差：第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）偏斜誤差螺桿的軸線方向與移動件運(yùn)動方向不平行（四）溫度誤差由于溫度（工作溫度與制造溫度的不同）引起的螺桿長度和螺距發(fā)生變化第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月LW——螺紋長度α——線膨脹系數(shù)為減小誤差，可以提高制造精度，但單純提高精度，成本高，所以可以采用某些結(jié)構(gòu)措施提高傳動精度：1、螺距誤差校正裝置螺桿1螺母2導(dǎo)桿3校正尺4第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月步驟：a）精確測出每個位置，螺距誤差ΔPb）計(jì)算出螺母應(yīng)在每個位置的附加轉(zhuǎn)角c）制出校正面的形狀該校正裝置可校正綜合螺距誤差——由于螺距誤差、中徑誤差、牙型半角誤差所引起的誤差第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月例：坐標(biāo)鏜床螺距誤差校正裝置螺桿9螺母4（工作臺）校正尺3導(dǎo)桿1轉(zhuǎn)動桿2杠桿5利用校正原理還可校正溫度誤差，將校正尺制成直尺，并相對螺桿軸線傾斜θ角即可第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2、消除螺桿軸向竄動螺桿2，滾珠5，彈簧4，定位砧6第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月六、消除螺旋傳動的空回的方法空回——由于存在間隙，螺桿改變轉(zhuǎn)動方向時，螺母不會立即反向，而是螺桿轉(zhuǎn)一定角度后，螺母開始反向運(yùn)動空回引起傳動誤差消除空回→1）消除間隙2）消除間隙的影響第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）利用單向作用力彈簧1使螺桿與螺母保持單面接觸第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）利用調(diào)整螺母1．徑向調(diào)整法——螺母徑向可收縮使間隙變小a—開槽螺母b—卡簧式螺母c——對開螺母d——對開螺母+緊定螺釘?shù)?1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2．軸向調(diào)整法a——開槽螺母b——剛性雙螺母c——彈性雙螺母第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）利用塑料螺母——利用塑料的彈性聚乙烯、尼龍制作螺母，用金屬壓圈壓緊第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)滾珠螺旋傳動組成：絲桿、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置等四個部分一、滾珠螺旋傳動的特點(diǎn)1、傳動效率高>90%，為同類型普通螺旋傳動效率的三倍。2、傳動精度高，可進(jìn)行無間隙傳動，并消除彈性空間，有較高定位精度。3、傳動具有可逆性，不能自鎖4．工藝復(fù)雜，成本高，壽命長工作原理：圖9－6第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月二、滾珠螺旋傳動的結(jié)構(gòu)型式與類型（一）螺紋滾道法向截形常用截形單圓弧形雙圓弧形單圓弧——結(jié)構(gòu)簡單，易高精度，接觸角β隨初始間隙和Fa會變化。η，承載，軸向剛度不穩(wěn)定雙圓弧——β不變，滾道底不與滾珠接觸可放潤滑油，f下降，加工，檢驗(yàn)，修整比較困難。（二）滾珠循環(huán)方式1．內(nèi)循環(huán)第45頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月滾珠在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸，反向器的回珠槽具有空間曲面，加工復(fù)雜。2．外循環(huán)－滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)外循環(huán)螺旋槽式插管式端蓋式第46頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法軸向間隙引起空回誤差螺桿上裝配兩個螺母，相對壓緊，消除軸向間隙，常用的調(diào)整預(yù)緊方法：1．墊片調(diào)隙式－適用于一般精度2．螺紋調(diào)隙式3．齒差調(diào)隙式－調(diào)整精度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工、裝配工藝性差第47頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三、滾珠螺旋副的精度、代號和標(biāo)記方法（一）滾珠螺旋副的精度螺母的行程誤差空回誤差影響螺旋副精度的因素——動態(tài)變形誤差（參數(shù)誤差、機(jī)構(gòu)誤差、受力后的變形）標(biāo)準(zhǔn)：JB/T3162.2—91123457