第九章 螺旋传动1

Fa——轴向载荷 轴向载荷 Fa P——螺距 螺距 h——螺纹工作高度 螺纹工作高度 d2——螺纹中径 螺纹中径 H——螺母高度 螺母高度 h=0.5P 梯、矩形螺纹
考虑螺纹间载荷分布不均，螺母螺纹的圈数应小于10 考虑螺纹间载荷分布不均，螺母螺纹的圈数应小于10
（二）刚度计算
F P +拉 a 轴向载荷F 引起的一个螺距变化量： 轴向载荷Fa引起的一个螺距变化量： λPF = ± EA −压 TP 转矩T 转矩T的作用下一个螺距长度转角 ϕ = 引起螺距变化 GP I +逆 ϕP TP2 ≈± λPT = ± 2 ±ϕ π 2 G P −顺 π I
（五）螺纹公差
公差等级 基本偏差 公差带大小 公差带 公差带位置 螺纹精度 旋合长度
旋合长度↑ 累积误差↑ ① 旋合长度↑，累积误差↑，仅用公差带大小不能表示 精度 ∴必须规定公差带在多大的旋合长度范围内有效。 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、 旋合长度分长、中、短三种，表9－6 短三种， 一般按中等长度考虑， 一般按中等长度考虑， 将不同的公差等级（即公差带大小）和基本偏差（ 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。 公差带位置）组合，可得最终公差带。 7H，8g（H7，g8——1998国标） 1998国标 例7H，8g（H7，g8 1998国标）
πdb n
驱动力矩、 （五）驱动力矩、效率和自锁 保证螺旋副转动灵活，反行程自锁 保证螺旋副转动灵活， 驱动力作用下， 驱动力作用下，主动件 传力 从动件 tanγ η= tan γ + ρV ) ( P 升角， γ——升角， γ = arctan h 升角 πd2 f ρV——当量摩擦角 ρV = arctan 当量摩擦角 ，α－螺纹牙型半角 cosα
螺纹公差带的选用， ④ 螺纹公差带的选用，表9-8 6级公差——基本级 级公差 基本级 公差带——优先选择 *公差带 优先选择 H/h配合 最小间隙为零， H/h配合——最小间隙为零，多采用此配合 配合 最小间隙为零 G/h，H/g 保证间隙， G/h，H/g——保证间隙，适用于要求快速装卸的螺纹 保证间隙
图9-3测量显微镜纵向测微螺旋
螺母转动， 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， 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。 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， 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， 运动的连续传递，在多数场合下使用不便，故应用较 用作简易调整装置。 少，用作简易调整装置。
ϕ 如螺杆3左右两段旋向相反 旋向相反： 如螺杆3左右两段旋向相反： l = (P1 + P 2 ) h h 2 π
快速移动螺旋——快速夹紧装置 快速夹紧装置 快速移动螺旋
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、 两个螺母，分别固定、移动 两个螺母， 两个螺母，两个移动
图9-2测微目镜示数螺旋传动
螺杆传动、 b．螺杆传动、螺母移动
优点：结构紧凑， 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， 行程，刚度较大，适用于工作行程较大的场合，精 度较高。 度较高。 缺点：零件较多，影响传动精度。 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， 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、 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。 向传动机械等。
轴向载荷作用下，如螺旋副不自锁，从动件 传力主动件 轴向载荷作用下，如螺旋副不自锁， 传力主动件 tan γ −ρV ) ( η′ = tanγ 如要求自锁： 如要求自锁：η′≤0 自锁条件： 自锁条件：
γ < ρV
要求尽量高——使转动灵活 η要求尽量高 使转灵活
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， 根据其各自的传动特点，及实际工作情况的要 如精度、结构、 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 普通三 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。 角形螺纹和梯形螺纹。 a)传动精度高低：精度要求高, a)传动精度高低：精度要求高,用三角螺纹 传动精度高低 b)传动功率的大小：大用梯形螺纹，小用三角螺纹（细牙） b)传动功率的大小：大用梯形螺纹，小用三角螺纹（细牙） 传动功率的大小 c)微动灵敏度： c)微动灵敏度：细牙三角螺纹的微动灵敏度较高 微动灵敏度 d)自锁性能 即不能反向传动）， 自锁性能（ ），三角螺纹的自锁性能好 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， t<1mm， 传动中一般用梯形，但当螺距t<1mm，不用梯形，加工困难
P ϕ h l = ϕ=P h 2 π 2 π
l——螺杆（或螺母）的位移 螺杆（ 螺杆 或螺母）
ϕ ——螺杆，螺母间的相对转角 螺杆， 螺杆
导程（ Ph——导程（螺母转一圈所走过的轴向距离） 导程 螺母转一圈所走过的轴向距离）
螺旋传动按作用分类： 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、 以传递运动为主，用于变换、传递运动和产生微量 位移， 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、 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： 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 静压螺旋传动（流体液压） 3）静压螺旋传动（流体液压）
（四）主要参数的确定 螺杆的直径和长度、螺距、 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， 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： 设计时注意问题： 1．螺杆的螺纹部分的长度 +H（ 为螺母高度，工作行程L 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 ≤10～15， 2．为保证螺杆的刚度 L/d1≤10～15， >25， 如L/d1>25，受压螺杆应进行稳定性验算 为避免周期误差应选用单头螺纹,传动精度高。 3．为避免周期误差应选用单头螺纹,传动精度高。 小转角大位移的情况用多头螺纹。 4．小转角大位移的情况用多头螺纹。
螺母固定， a．螺母固定，螺杆转动并移动 特点： 特点： 1)优点 精度高，结构简单，不需支承螺杆的轴承， 优点： 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。 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。 缺点： 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。 性较差，仅适用于行程较短的情况。
两个螺母一个移动，一个固定。 两个螺母一个移动，一个固定。 当螺杆转动时， 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， 快速或慢速移动，即螺杆转一周， 移动螺母移动Ph1 Ph2（ Ph1± 移动螺母移动Ph1±Ph2（Ph1、 、 Ph2为两螺旋的导程，旋向相同 为两螺旋的导程， 为两螺旋的导程 时为正，螺母快速移动，反之， 时为正，螺母快速移动，反之， 螺母慢速移动。 螺母慢速移动。） 同轴双螺旋传动， 同轴双螺旋传动，两螺母同时 与机架组成移动副， 与机架组成移动副，工作时螺 杆转动，两螺母实现移动， 杆转动，两螺母实现移动，两 段螺旋线螺距相同， 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， 联接，可使车钩较快的联结和 脱开
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 螺纹的磨损，螺杆变形，螺杆、 失效形式 螺纹的磨损 计算——耐磨性、刚度、稳定性、强度 耐磨性、刚度、稳定性、 计算 耐磨性 耐磨性计算——螺杆的直径和螺母高度 （一）耐磨性计算 螺杆的直径和螺母高度
F FP a p= = a ≤[p] H πd2hH πd2 h P
螺杆转动，螺母也转动，结果螺母实现差 螺杆转动，螺母也转动， 动移动，即螺杆转Δ 动移动，即螺杆转Δn周，则螺母移距大 小为Ph Ph± Ph， 导程， 小为Ph±ΔPh，Ph-导程，正号表示两构 导程 件转向相同，则移距为二者移距之和， 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， 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 距之差，该机构结构简单， 快速移动。 快速移动。
π 2EIa F = ac 2 (µL) 不失稳的条件 F ac ≥ SF (2.5 ~ 4) Fm a ax
（四）强度计算 1．螺杆强度计算 第四强度理论
4F T a σ = 2 +3 πd 0.2d3 ≤[σ] 1 1
2 2
2．螺纹强度计算 螺杆强度> ∵螺杆强度>螺母强度 ∴验算螺母螺纹强度 F τ = a ≤[τ] 剪切强度： 剪切强度： πdbn 3F h 弯曲强度： 弯曲强度：σb = a2 ≤[σ p ]
共同作用下的螺距变化量λ 共同作用下的螺距变化量λP
λP = λPF + λPT
F P TP2 ×103(µm = a + ) EA 2 G π IP
每米螺纹螺距累积变化量： 每米螺纹螺距累积变化量：λ =
1000 λP <[λ] P
（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 较大时，