第9单元 螺旋机构

图9-4 螺纹的主要参数
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9.1 螺纹的基本知识
（9）牙侧角β：螺纹牙型的侧边与垂直螺纹轴线的平面 间的夹角β，称为牙侧角。 三角形螺纹α=60º ，β=α/2=30º ，称为牙型半角；梯形 螺纹α=30º ，β=15º ；锯齿形螺纹α=33º ，β=3º 、30º 。
图9-4 螺纹的主要参数
案例9-2 如图9-11所示为镗刀的微调机构。螺母2固定 于镗杆3上。螺杆1与螺母2组成螺旋副A；同时又与螺母4 组成螺旋副B。4的末端是镗刀，它与2组成移动副C。螺旋 副A与B旋向相同而导程不同。根据差动螺旋原理，当转动 螺杆1时，镗刀相对镗杆作微量的移动，以调整镗孔的进刀 量。
图9-11 镗刀微调机构 1－螺杆 2－螺母 3－镗杆 4－镗刀
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9.1 螺纹的基本知识
2.螺纹的分类 1）按螺纹旋向不同，可分为左旋螺纹和右旋螺纹两 种，常用的是右旋螺纹（图9-3a、c）。其旋向的判别方 法为：将圆柱体直竖，螺旋线左低右高(向右上升)为右旋， 反之则为左旋（图9-3b）。
图9-3 按线数分类的螺纹
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9.1 螺纹的基本知识
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9.2 螺旋机构及其运动分析
☆ 思考与分析 （2）图9-11所示为一个设计巧妙的烟灰缸，该烟灰缸可 以防止放入烟灰缸中烟头的烟雾扩散，分析其结构特点，解 释其为什么可以实现该功能？
图9-11 烟灰缸
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9.2 螺旋机构及其运动分析
2. 双螺旋机构 （1）双螺旋机构的组成 由螺杆1上有两段不同导程的螺纹，分别与螺母2、3组 成两个螺旋副（图9-10所示）。
图9-15 滚珠丝杠的结构原理示意图
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9.2 螺旋机构及其运动分析
1.滚动螺旋工作原理 图9-15是滚珠丝杠传动的原理图。在丝杠和螺母上加工 有弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时形成螺旋通道。螺母 上有滚珠回路管道，将将几圈螺旋滚道的两图9-15 滚珠丝 杠的结构原理示意图 端连接起来构成封闭的循环滚道，并 在滚道内填满滚珠。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既有自转 又沿滚道循环转动，迫使螺母（或丝杠）轴向移动，
图9-4 螺纹的主要参数
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9.1 螺纹的基本知识
3 ）按螺纹的牙形的不同，可分为三角形螺纹、矩形螺 纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等，表 9-1 其牙形特点及应用。
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9.1 螺纹的基本知识
9.1.2 螺纹的主要参数 螺纹的主要参数如图9-4所示 （1）大径(d、D) 螺纹的最大直径，标准中规定为螺纹的 公称直径。外螺纹记为d，内螺纹记为D。 （2）小径 (d1、D1) 螺纹的最小直径，也是螺杆强度计算 时的危险截面直径。外螺纹记为d1，内螺纹记为D1。
双螺旋机构若两螺旋副导程分别为SA、SB，则移动螺母 的位移为：
(S A SB ) l 2
（2）复式螺旋机构 当两螺旋副中螺纹旋向相反时， 该机构称为复式螺旋机构。若两螺旋副导程分别为SA、SB， 则移动螺母的位移为：
(S A S B ) l 2
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9.2 螺旋机构及其运动分析
传动螺旋机构
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9.2 螺旋机构及其运动分析
（2）传导螺旋机构 这种机构用于传递运动，如图9-6所示 为车床进给螺旋机构。它常要求具有高的运动精度或工作速 度，且能在较长时间内连续工作。
图9-6 传导螺旋
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9.2 螺旋机构及其运动分析
案例9-1 图9-7中1为可更换螺丝刀头的螺丝刀，试分析其 工作原理。
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9.1 螺纹的基本知识
（3）中径 (d2、D2) 介于大、小径圆柱体之间，螺纹的牙 厚与牙间宽相等的假想圆柱体的直径，是确定螺纹几何参 数和配合性质的直径。外螺纹记为d2，内螺纹记为D2。 （4）线数n：螺纹的螺旋线数目，可分为单线、双线、三 线（图9-3）
三线螺纹
图9-4 螺纹的主要参数
图9-9 新型螺钉旋具 1-更换螺丝刀头 2-螺丝刀夹持器 3-螺杆 4-空心手柄 5-操纵钮
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9.2 螺旋机构及其运动分析
☆ 思考与分析 （1）图9-10所示为儿童玩具飞翼，当一手握住螺杆1， 另一手通过套筒3推动飞翼2（即螺母）时，飞翼就会快速 转动而高飞起，请问为什么？
图9-10 儿童玩具飞翼
2）按螺纹线的线数不同螺纹分为单线(图9-3a） 、双线 （图9-2b）或多线（图9-3c） 。 单线螺纹：常用于联接； 双线或多线螺纹：主要用于传动。为制造方便，螺纹 的线数一般不超过4。
图9-3 按线数分类的螺纹
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9.1 螺纹的基本知识
在圆柱体的表面上形成的螺纹称为外螺纹，在圆柱体内 表面上形成的螺纹称为内螺纹。由内、外螺纹旋合而成的 运动副称为螺旋副。
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13.3 滑动螺旋机构
训练与考核
（1）食品罐头的螺旋盖，为什么采用多线、小螺距的螺纹？ （2）根据复式螺旋原理，说明压榨机构（图9-13）和铣床快速夹 紧装置（图9-14）的工作过程。
图9-13 压榨机构
图9-14 铣床快速夹紧装置
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9.2 螺旋机构及其运动分析
9.2.2 滚动螺旋机构 滚动螺旋机构又称为滚珠丝杠是将回转运动转换为直线 运动用得最广泛的一种新型理想传动装置。滚珠丝杠被广泛 应用于数控机床的进给机构，车辆、转向机构等高精度、高 效传动的机械中。
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9.2 螺旋机构及其运动分析
螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动 要求的。 它主要用于将回转运动转变为直线运动或将直线运动 转变为回转运动，同时传递运动或动力。
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9.2 螺旋机构及其运动分析
9.2.1 滑动螺旋机构 螺旋机构按其运动形式可分为两类 1.单螺旋机构（按其用途的不同可分为） （1）传动螺旋机构：这种机构用于举起重物或克服大的生 产阻力。
图9-10 螺旋机构
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9.2 螺旋机构及其运动分析
（2）根据双螺旋机构中两螺旋副的旋向可分为 1）差动螺旋机构 当两螺旋副中螺纹旋向相同时，该 机构称为差动螺旋机构。如图9-11所示的镗刀微调机构。
图9-11 镗刀微调机构 1－螺杆 2－螺母 3－镗杆 4－镗刀
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9.2 螺旋机构及其运动分析
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9.2 螺旋机构及其运动分析
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图9-15 滚珠丝杠的结构原理示意图
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9.2 螺旋机构及其运动分析
2.滚动螺旋特点 1）摩擦系数小，传动效率高，所需传动转矩小； 2）磨损小，寿命长，精度保持性好； 3）灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行； 4）丝杠和螺母之间可通过预紧和间隙消除措施提高轴向 刚度和反向精度； 5）运动具有可逆性，既可将回转运动变成直线运动，又 可将直线运动变成回转运动。 6）制造工艺复杂，成本高； 7）在垂直安装使不能自锁，需附加制动机构； 8）承载能力比滑动螺旋机构传动差。
机械基础——螺旋机构
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案例导入
机床是利用刀具对金属毛坯进行切削加工的一种加工 设备，被广泛用于加工零部件。如图9-1所示为CA6140型 卧式车床的外形结构图。为了实现刀具的进给量和车制螺 纹等功能，车床在不同箱体多处采用螺旋机构。
图9-1 CA6140型卧式车床的外形结构图
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9.1 螺纹的基本知识
（5）螺距P ：螺纹相邻两牙在中径线上对应点之间的轴 向距离。 （6）导程S：同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应 点之间的轴向距离。
图9-4 螺纹的主要参数
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9.1 螺纹的基本知识
（7）螺旋升角ψ：中径圆柱体上螺旋线的切线与垂直 于螺纹轴线的平面之间的夹角，用来表示螺旋线倾斜的 程度。 （8）牙型角α：螺纹轴向剖面内，螺纹两侧边间的夹 角α，称为牙型角。
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9.2 螺旋机构及其运动分析
9.4.2 滚珠的循环方式 螺旋副的滚珠循环方式有两种：滚珠在循环过程中有 时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的 称为内循环。 （1）外循环：滚珠丝杠的螺母旋转槽的两端由回珠管 连接起来，返回的滚珠不与丝杠外圆相接触，滚珠可以作 周而复始的循环运动，在管道的两端还能起到挡珠的作用， 用以避免滚珠沿滚道滑出。
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9.2 螺旋机构及其运动分析
案例9-3 测量螺旋是利用螺旋机构中螺杆的精确、连续 的位移变化，作精密测量，如图9-12所示千分尺中的螺旋 机构，它主要由测微丝杠、固定套筒及微分筒等组成。测 微丝杠是单头，螺距为0.5mm；若微分筒随测微丝杆一起旋 转1小格，它在轴向移动的距离为0.5×1/50mm=0.01mm。
1
2
螺旋传动的工作原理、特
点及应用
螺旋机构中，螺纹的旋向、螺杆的
3
转向和螺母沿轴线的位移三者关系
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9.1 螺纹的基本知识
9.1.1 螺纹的形成及分类 1.螺纹的形成 将一底边长等于πd2的直角三角形绕到直径为d的圆柱 体上，三角形斜边在圆柱体表面形成的空间曲线称为螺旋 线。
图9-2 螺旋线及其展开图
图9-16 外循环滚珠丝杠
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9.2 螺旋机构及其运动分析
（2）内循环：带有反向器，返回的滚珠经过反向器和 丝杠杆外圆返回。
图9-17 内循环滚珠丝杠
1-凸键 2、3-反向器 4-丝杠 5-钢珠 6-螺母 7-反向器
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综合案列分析
螺旋机构在机床的进给机构中有着广泛的应用。 如图9-16所示为MJ-50型数控机床车床采用滚珠丝杠实 现X轴方向和Z轴方向的进给传动。
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项目训练
习9-1 请问枪、炮膛的膛线采用何种曲线，可以保证子 弹或炮弹在射出后飞行的稳定性？
习9-4 如图9-22，请分析绘图用圆规的结构及组成，回 答为什么调节螺杆中部位的操作小钮，可实现圆规两脚对 称地张开或收拢。
图9-22 绘图圆规
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11 2 3 4 螺纹的基本知识
螺旋机构
螺旋机构及其运动分析 综合案例分析 项目训练
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学习目标
1
了解螺纹的形成、螺纹基 本参数 了解螺旋机构工作原理、 型、特点、功用及应用场合
2
3
了解滚动螺旋机构的工作原 理、特点
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学习重点和难点
螺纹的基本参数，会查阅相 应的国家标准