《機(jī)械基礎(chǔ)》 課件 項(xiàng)目八 分析臺(tái)虎鉗普通絲杠傳動(dòng)

產(chǎn)教融合

任務(wù)導(dǎo)向項(xiàng)目八

分析臺(tái)虎鉗普通絲杠傳動(dòng)機(jī)械基礎(chǔ)學(xué)習(xí)導(dǎo)圖情境導(dǎo)入

臺(tái)虎鉗，又稱虎鉗，如下圖所示，它是用來夾持工件的通用夾具，裝置在工作臺(tái)上，用以夾穩(wěn)加工工件，為鉗工必備工具。鉗工工作比如鋸、銼、鏨，以及零部件的裝配和拆卸大部分在臺(tái)虎鉗上完成。請(qǐng)分析1.請(qǐng)描述臺(tái)虎鉗各組成部分零件名稱、作用。2.臺(tái)虎鉗采用什么傳動(dòng)機(jī)構(gòu)？此機(jī)構(gòu)的工作原理是什么？分析此種傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)。3.臺(tái)虎鉗螺旋副標(biāo)注Tr20X4-7H/7e，識(shí)讀該螺旋副代號(hào)。4.當(dāng)活動(dòng)加力桿向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速10r/min，請(qǐng)判斷活動(dòng)鉗口移動(dòng)方向并計(jì)算活動(dòng)鉗口的移動(dòng)速度。學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.了解螺紋的分類，熟悉傳動(dòng)螺紋種類；2.理解普通螺紋傳動(dòng)的特點(diǎn)；3.認(rèn)識(shí)梯形螺紋的參數(shù)名稱。能力目標(biāo)1.查閱標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)，具備讀取螺紋代號(hào)的能力；2.具備分析絲杠傳動(dòng)方向的能力；3.具備計(jì)算絲杠傳動(dòng)距離和速度的能力。育人目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣；2.培養(yǎng)學(xué)生遵守機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)的職業(yè)規(guī)范意識(shí)。學(xué)習(xí)方法掃一掃：邊學(xué)邊練電子活頁工單活頁工單樣例知識(shí)鏈接一、臺(tái)虎鉗組成及工作原理目錄CONTENTS二、認(rèn)識(shí)螺旋傳動(dòng)的分類三、認(rèn)識(shí)螺紋四、識(shí)讀螺旋副代號(hào)五、螺旋傳動(dòng)距離及速度一、臺(tái)虎鉗組成及工作原理

臺(tái)虎鉗是由固定鉗身、活動(dòng)鉗身、可拆卸鉗口、砧板、活動(dòng)加力桿、螺桿等組成，如下圖所示?；顒?dòng)鉗身與固定鉗身的導(dǎo)軌作滑動(dòng)配合，螺桿裝在活動(dòng)鉗身上，并與安裝在固定鉗身內(nèi)的螺母配合。在固定鉗身和活動(dòng)鉗身上，各裝有鋼制可拆卸鉗口，并用螺釘固定。固定鉗身裝在轉(zhuǎn)座上，并能繞轉(zhuǎn)座軸心線轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到要求的方向時(shí)，扳動(dòng)夾緊手柄使夾緊螺釘旋緊，便可在夾緊盤的作用下把固定鉗身緊固。轉(zhuǎn)座上有三個(gè)螺栓孔，用以與鉗臺(tái)固定。1.傳力螺旋傳動(dòng)：以傳遞動(dòng)力為主，它用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，一般為間歇工作，工作速度不高，而且通常要求自鎖，如右圖螺旋千斤頂上的螺旋。1.識(shí)別螺旋傳動(dòng)分類2.傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)。以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，常要求具有高的運(yùn)動(dòng)精度，一般在較長時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度也較高，如機(jī)床的進(jìn)給螺旋（絲杠），如下一頁圖所示。3.調(diào)整螺旋傳動(dòng)。用于調(diào)整并固定零件或部件之間的相對(duì)位置，一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，要求自鎖。如車床尾架螺旋等，如下一頁圖所示。二、認(rèn)識(shí)螺旋傳動(dòng)的分類按螺旋傳動(dòng)在機(jī)械中的作用可分為:機(jī)床的進(jìn)給螺旋（絲杠）車床尾架尾架螺旋按其螺紋間的摩擦狀態(tài)分為滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋及靜壓螺旋。根據(jù)普通螺旋傳動(dòng)(即普通絲杠傳動(dòng))和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)(即滾珠絲杠傳動(dòng))在機(jī)電設(shè)備應(yīng)用的廣泛性。1.識(shí)別螺旋傳動(dòng)分類二、認(rèn)識(shí)螺旋傳動(dòng)的分類普通螺旋傳動(dòng)滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)簡單、負(fù)載能力強(qiáng)，應(yīng)用性較廣；而滾動(dòng)螺旋軸向間隙小，摩擦損失低，傳動(dòng)效率高、導(dǎo)程精度好，常用于高速或大功率場(chǎng)合，如線性機(jī)器人用滾珠絲杠。兩者的具體特點(diǎn)和應(yīng)用如下表：2.認(rèn)識(shí)螺旋傳動(dòng)特點(diǎn)和應(yīng)用二、認(rèn)識(shí)螺旋傳動(dòng)的分類類別特點(diǎn)應(yīng)用舉例滑動(dòng)螺旋降速傳動(dòng)比大：螺距一般很小，在轉(zhuǎn)角很大的情況下，能獲得很小的直線位移量，可大大縮短機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈；機(jī)構(gòu)簡單、緊湊、傳動(dòng)精度高工作平穩(wěn)；具有增力作用：只要給主動(dòng)件一個(gè)較小的轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)件即可獲得較大的軸向力；

能自鎖：螺旋線升角小于摩擦角時(shí)，螺旋傳動(dòng)具有自鎖作用；螺旋工作面為滑動(dòng)摩擦，傳動(dòng)效率低（30-40%），磨損快，不適于高速和大功率傳動(dòng)。廣泛用于金屬的切削機(jī)床寄給和分度機(jī)構(gòu)的傳導(dǎo)螺旋、千斤頂?shù)膫髁β菪途軆x表調(diào)整螺旋等滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)簡單、負(fù)載能力強(qiáng)，應(yīng)用性較廣；而滾動(dòng)螺旋軸向間隙小，摩擦損失低，傳動(dòng)效率高、導(dǎo)程精度好，常用于高速或大功率場(chǎng)合，如線性機(jī)器人用滾珠絲杠。兩者的具體特點(diǎn)和應(yīng)用如下表：2.認(rèn)識(shí)螺旋傳動(dòng)特點(diǎn)和應(yīng)用二、認(rèn)識(shí)螺旋傳動(dòng)的分類類別特點(diǎn)應(yīng)用舉例滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)效率高達(dá)0.9-0.98，平均為滑動(dòng)螺旋的2-3倍，可節(jié)約動(dòng)力1/2-3/4，有利于主機(jī)的小型化及減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高；摩擦力矩小，接觸剛度高；工作壽命長，平均可達(dá)滑動(dòng)螺旋10倍左右；具有很好的高速性能，轉(zhuǎn)速可達(dá)2×105以上，可實(shí)現(xiàn)線速度120m/min的高速驅(qū)動(dòng)；具有傳動(dòng)的可逆性，即可把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，也可以把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；不能實(shí)現(xiàn)自鎖；抗沖擊震動(dòng)性較差；承受徑向載荷能力差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。隨機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展起來，廣泛運(yùn)用于各種精度的數(shù)控機(jī)床、加工中心、電子設(shè)備、FMS柔性制造系統(tǒng)等先進(jìn)制造業(yè)。近年來，滾珠絲杠市場(chǎng)需求以每年30%的高速遞增，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大。螺紋是圓柱軸剖面上的一個(gè)平面圖形（如三角形或梯形等）繞著圓柱軸線做螺旋運(yùn)動(dòng)所形成的螺旋體。外螺紋內(nèi)螺紋三、認(rèn)識(shí)螺紋1.識(shí)別螺紋的分類1.按螺紋表面結(jié)構(gòu)分在圓柱外表面上形成的螺紋，稱為外螺紋；在圓柱內(nèi)表面上形成的螺紋，稱為內(nèi)螺紋，分別如下圖所示。普通螺紋（M）管螺紋（G）三、認(rèn)識(shí)螺紋1.識(shí)別螺紋的分類2.按照牙型角分沿螺紋軸線方向剖切所得到的螺紋牙齒斷面形狀稱為牙型。傳動(dòng)螺紋中常用的牙型有梯形、鋸齒形和矩形螺紋。梯形螺紋（Tr）鋸齒形螺紋（B）三、認(rèn)識(shí)螺紋1.識(shí)別螺紋的分類單線螺紋：指由一條螺旋線所形成的螺紋多線螺紋：指由兩條或兩條以上在軸向等距分布的螺旋線所形成的螺紋三、認(rèn)識(shí)螺紋1.識(shí)別螺紋的分類3.按旋向分螺旋線呈左高右低螺旋線呈右高左低三、認(rèn)識(shí)螺紋2.識(shí)別梯形螺紋的主要參數(shù)大徑：又稱公稱直徑，外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱的直徑。小徑：與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱的直徑。螺紋直徑中徑：圓柱的母線通過牙型上的溝槽和凸起寬度相等的地方。三、認(rèn)識(shí)螺紋2.識(shí)別梯形螺紋的主要參數(shù)螺距與導(dǎo)程導(dǎo)程：同一螺旋線上的相鄰牙在中徑上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。螺距：螺紋相鄰牙在中徑上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。對(duì)于單線螺紋，導(dǎo)程等于螺距；對(duì)于多線螺紋，導(dǎo)程等于線數(shù)乘以螺距。即L=xPh，其中x為線數(shù)，Ph為螺距。三、認(rèn)識(shí)螺紋2.識(shí)別梯形螺紋的主要參數(shù)螺紋升角螺紋升角即為導(dǎo)程角，如右圖所示，在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角，該角度影響螺紋自鎖和防松。升角越小自鎖能力越好，一般當(dāng)內(nèi)外螺紋旋合時(shí)，只有螺紋的五要素：牙型、直徑、線數(shù)、螺距（導(dǎo)程）和旋向完全相同時(shí)才能互相旋合。四、識(shí)讀螺旋副代號(hào)1.認(rèn)識(shí)螺紋代號(hào)的組成特征代號(hào)公稱直徑導(dǎo)程（P螺距）旋向中徑、頂徑公差帶代號(hào)旋合長度

螺紋代號(hào)公差代號(hào)旋合代號(hào)特征代號(hào)：普通螺紋（M）、管螺紋（G）梯形螺紋（Tr）、矩形螺紋（B）公稱直徑螺距中徑公差帶代號(hào)頂徑公差帶代號(hào)長（L）、中等（M）、短（S）1.識(shí)讀螺紋代號(hào)Tr24×10(P5)LH-7H四、分析滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的參數(shù)代號(hào)是梯形雙線左旋內(nèi)螺紋，公稱直徑24，導(dǎo)程10，螺距5，LH表示左旋，7H表示中徑公差帶代號(hào)7H。1.識(shí)讀Tr40X10-6H/5g代號(hào)表示梯形螺旋副，Tr-梯形螺紋，公稱直徑40，螺距10，螺母中徑公差帶代號(hào)6H，絲杠公差帶代號(hào)5g。1.認(rèn)識(shí)螺紋代號(hào)的組成四、識(shí)讀螺旋副代號(hào)2.查閱機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)識(shí)讀代號(hào)3.查閱Tr36×10螺紋中徑大小首先根據(jù)螺紋代號(hào)，確定螺紋類型，然后找到對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。梯形螺紋對(duì)應(yīng)的《梯形螺紋

第3部分：基本尺寸GB/T5796.3-2022》，根據(jù)公稱直徑找到相應(yīng)中徑，如表8-3所示，中徑是31.000mm表1部分梯形螺紋基本尺寸（摘自GB/T5796.3-2022

）mm公稱直徑d螺距P中徑大徑第一系列第二系列

34361032.50031.00029.00034.50035.00035.00036

361034.50033.00031.00036.50037.00037.000備注：優(yōu)選第一直徑系列，其次是第二直徑系列臺(tái)虎鉗屬于此類傳動(dòng)形式，如下圖所示，這種傳動(dòng)形式的螺母本身起著支撐作用，螺桿不需要另加軸承，從而簡化了結(jié)構(gòu)，消除了螺桿與軸承之間可能產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)，利于提高傳動(dòng)精度。缺點(diǎn)是所占軸向尺寸較大，剛性差。因此僅適用于行程短的工作場(chǎng)合。1.分析運(yùn)動(dòng)形式五、計(jì)算螺旋傳動(dòng)距離及速度（1）.

螺母固定不動(dòng)，螺桿回轉(zhuǎn)并作直線運(yùn)動(dòng)臺(tái)虎鉗3D圖

臺(tái)虎鉗剖面圖臺(tái)虎鉗工作視頻螺旋千斤頂則采用這種傳動(dòng)形式，如下圖所示。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，以傳遞動(dòng)力為主，可用較小的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)和較大的軸向力，一般適合低轉(zhuǎn)速、工作時(shí)間短或間歇工作的場(chǎng)合。1.分析運(yùn)動(dòng)形式五、計(jì)算螺旋傳動(dòng)距離及速度（2）.

螺桿固定不動(dòng)，螺母回轉(zhuǎn)并作直線運(yùn)動(dòng)千斤頂3D圖

千斤頂剖面圖千斤頂工作視頻車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用此類傳動(dòng)形式，如下圖所示。這種傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，所占軸向尺寸取決于螺母高度和行程大小，剛度較大。與第一種應(yīng)用相比，當(dāng)工作行程相同時(shí)，它的軸向尺寸可縮為前者的一半，因此適用于工作行程較長的情況，但這種結(jié)構(gòu)需要兩個(gè)支撐，同時(shí)要限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不利于提高傳動(dòng)精度。1.分析運(yùn)動(dòng)形式五、計(jì)算螺旋傳動(dòng)距離及速度（3）.

螺桿回轉(zhuǎn)，螺母作直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)3D圖

進(jìn)給機(jī)構(gòu)剖面圖進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作視頻觀察鏡螺旋調(diào)整機(jī)構(gòu)采用這種傳動(dòng)，如下圖所示。這種傳動(dòng)形式需要限制螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)和螺母移動(dòng)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所占空間較大。1.分析運(yùn)動(dòng)形式五、計(jì)算螺旋傳動(dòng)距離及速度（4）.

螺母回轉(zhuǎn)，螺桿作直線運(yùn)動(dòng)觀察鏡3D圖

觀察鏡剖面圖觀察鏡工作視頻右旋螺紋用右手，左旋螺紋用左手。如圖1所示，手握空拳，四指指向與螺桿(或螺母)回轉(zhuǎn)方向相同，大拇指豎直2.判定運(yùn)動(dòng)方向五、計(jì)算螺旋傳動(dòng)距離及速度若螺桿（或螺母）回轉(zhuǎn)，螺母(或螺桿)移動(dòng)，則大拇指指向的相反方向即為螺母（或螺桿）的移動(dòng)方向，如圖3所示，絲杠順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則開合螺母與大拇指指向相反，即向左移動(dòng)。若螺桿（或螺母）回轉(zhuǎn)并移動(dòng)，螺母（或螺桿）不動(dòng)，則大拇指指向即為螺桿（或螺母）的移動(dòng)方向。如圖2所示，螺桿順指針轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)，則活動(dòng)鉗口與大拇指指向相同，即向右移動(dòng)圖1運(yùn)動(dòng)方向判定

圖2臺(tái)虎鉗移動(dòng)方向圖3車床床鞍的螺旋傳動(dòng)方向在螺旋傳動(dòng)中，當(dāng)螺桿（螺母）相對(duì)于螺母（螺桿）每回轉(zhuǎn)一圈，螺桿就移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程Ph的距離。因此，移動(dòng)距離L等于回轉(zhuǎn)圈數(shù)N與導(dǎo)程Ph的乘積，即3.計(jì)算傳動(dòng)距離和速度五、計(jì)算螺旋傳動(dòng)距離及速度式中：L

——螺桿(或螺母)的移動(dòng)距離，單位mm；N——回轉(zhuǎn)圈數(shù)在某型車床中，當(dāng)手柄按下圖所示方向回轉(zhuǎn)1格時(shí)，刀架的移動(dòng)距離是多少？方向如何？絲桿為左旋單線螺紋，

螺距為10mm，該型車床中滑板手柄每圈有50格。五、計(jì)算螺旋傳動(dòng)距離及速度（1）計(jì)算絲杠的導(dǎo)程。絲杠為單線螺紋，螺距為10mm，則絲杠的導(dǎo)程Ph為（2）確定螺母（刀架）的直線移動(dòng)距離。絲杠每回轉(zhuǎn)一圈，螺母的移動(dòng)距離L為

（3）該機(jī)場(chǎng)滑板手柄每圈有50格，所以手柄回轉(zhuǎn)1格時(shí)，螺母（刀架）的移動(dòng)距離為：（4）移動(dòng)方向

左旋螺紋使用左手定則，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)，則大拇指反向?yàn)槁菽傅囊苿?dòng)方向，移動(dòng)方向向右。綜上分析，當(dāng)手柄按圖示方向回轉(zhuǎn)1格時(shí)，刀架向右移動(dòng)0.02mm。3.計(jì)算傳動(dòng)距離和速度任務(wù)實(shí)施

1.臺(tái)虎鉗是由固定鉗身、活動(dòng)鉗身、可拆卸鉗口、砧板、活動(dòng)加力桿、螺桿等組成?；顒?dòng)鉗身與固定鉗身的導(dǎo)軌作滑動(dòng)配合，螺桿裝在活動(dòng)鉗身上，并與安裝在固定鉗身內(nèi)的螺母配合。當(dāng)搖動(dòng)手柄使螺桿旋轉(zhuǎn)，就可以帶動(dòng)活動(dòng)鉗身相對(duì)于固定鉗身作軸向移動(dòng)，起夾緊或放松的作用。在固定鉗身和活動(dòng)鉗身上，各裝有鋼制可拆卸鉗口，并用螺釘固定。鉗口的工作面上制有交叉的網(wǎng)紋，使工件夾緊后不易產(chǎn)生滑動(dòng)。固定鉗身裝在轉(zhuǎn)座上，并能繞轉(zhuǎn)座軸心線轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到要求的方向時(shí)，扳動(dòng)夾緊手柄使夾緊螺釘旋緊，便可在夾緊盤的作用下把固定鉗身固緊。轉(zhuǎn)座上有三個(gè)螺栓孔，用以與鉗臺(tái)固定。任務(wù)實(shí)施

2.臺(tái)虎鉗采用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，又稱普通絲杠傳動(dòng)；普通絲杠傳動(dòng)的工作原理是將絲杠的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槁菽傅耐鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)普通絲杠傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)：（1)降速傳動(dòng)比大：（2)螺距一般很小，在轉(zhuǎn)角很大的情況下，能獲得很小的直線位移量，可大大縮短機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈；（3)機(jī)構(gòu)簡單、緊湊、傳動(dòng)精度高工作平穩(wěn)；（4)具有增力作用：只要給主動(dòng)件一個(gè)較小的轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)件即可獲得較大的軸向力；

（5)能自鎖：螺旋線升角小于摩擦角時(shí)，螺旋傳動(dòng)具有自鎖作用；（6)螺旋工作面為滑動(dòng)摩擦，傳動(dòng)效率低（30-40%），磨損快，不適于高速和大功率傳動(dòng)。

3.臺(tái)虎鉗使用的是螺桿和螺母均梯形螺紋，右旋向，其公稱直徑是20，螺距為4，中徑大小是18，單線螺紋。絲杠的中徑公差帶代號(hào)是7e，而螺母的中徑公差帶代號(hào)是7H，屬于基孔制配合。任務(wù)實(shí)施

4.