机械设计基础之螺旋传动PowerScrew.

8、临界转速刚度校核
针对高速旋转螺旋
螺杆计算长度； 螺杆螺纹小径； 长度系数
n 0.8ncr
Power Screw
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(1) 在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同配对材料的传动螺旋副中，传动效
第一 A. 单线矩形螺旋副 B. 单线梯形螺旋副 第二 第二 项 C. 双线矩形螺旋副 D. 双线梯形螺旋副 项 项 D。 (2) 滑动螺旋传动的失效形式多为
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2.螺纹牙强度计算
第一 将螺母一圈螺纹沿螺纹大径处展开，即可视为一悬壁梁， 第二 第二 F/z 项 每圈螺纹承受的平均压力 作用在中径d2的圆周上。 项 项 螺纹牙根部危险剖面的弯
曲强度条件为：
Fh 3Fh Z 2 b [ ]b 2 2 d b d Zb 6
《机械设计（Ⅲ）（零件）》
第十章 螺旋传动
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一、概述
第一 1.螺旋传动结构、原理 第二 第二 项 项 螺旋传动特点： 项
螺母 螺杆
结构紧凑，机械增益高； 传动平稳、精度高； 易于自锁； 磨擦磨损大，效率较低
工作原理：
通过螺纹结构，将回转运动转化为轴向直线运动，同时传递能量和力； 回转运动←→直线运动； 转矩←→推（拉）力。
第一 可根据螺母结构选定， 第二 第二 项 整体式螺母，磨损后间隙不能调整，取=1.2~2.5; 项 项
剖分式螺母:=2.5~3.5; 对于传动精度较高时,允许=4 由于旋合各圈受力不均, 应使Z10 计算出d2后, 应选为标准值, 螺纹的其它参数根据d2 按标准 选取。
系数的值（螺母高度/螺纹中径）：
滚动摩擦螺旋
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第一 一般螺旋： 第二 第二 项 x 螺母轴向位移：项 2 项
螺母轴向速度： 差动螺旋： （慢移）
三、螺旋传动的运动关系
S
右旋 导程 PA 右旋 导程 PB
nS v 60
( S13 S12 ) 螺母轴向位移： x 2 ( S13 S12 ) 螺母轴向位移： x 2
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反向螺旋：（快移）
单杠钢索调整装置
technische universiteit eindhoven 材料的选取：
螺旋副需求：强度高、耐磨性、低磨檫系数
第一 螺杆的材料：需经热处理以达到高硬度。
第二 第二 项 一般选择中碳钢，要求有足够的强度，常用35、45号钢; 项 项 重要螺杆，则常用工具钢T10,T12或合金钢65Mn、40Cr、T12、
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第一 项 滑动摩擦螺旋第二 第二 优点：结构简单、容易制造、传力较大、能够实现自锁要求，应用广泛。 项 项 梯形/锯齿形螺纹。
缺点：容易磨损、传动效率低
根据摩擦类型分类
静压螺旋
流体摩擦，传动效率高>90%
滚动摩擦螺旋
相当于测微螺杆前进或后退这0.5/50=0.01mm。 所以以螺旋测微器可准确到0.01mm。由于还 能再估读一位，可读到毫米的千分位，故又 名千分尺。 Power Screw
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第一 项
第二 第二 项 项
螺旋千斤顶
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2、传导螺旋 以传递运动为主，常要 求具有高的运动精度。一般 在较长时间内连续工作，工 作速度也较高。
根据用途分类
传力螺纹
3、调整螺旋 用以调整并固定零件 或部件之间的相对位置。 要求能自锁。
传导螺纹
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调整螺纹
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按运动形式不同，螺旋传动分为：
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4.压杆稳定性计算
第一 当螺杆较细长且受较大轴向压力时，可能会双向弯曲而 第二 第二 项 失效，螺杆相当于细杆，螺杆所承受的轴向压力Q小于其临 项 项
界压力Qc
QC nS nS Q
nS——螺杆稳定许用安全系数
①传导螺旋nS =2.5~4.0；②传力螺旋 nS =3.5~5.0； ③精密螺杆或水平螺杆 nS >4
和许用弯曲应力，MPa
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3.螺杆强度计算 螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）Q与扭矩T的 第一 作用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用 第二 第二 项 ∴按弯扭复合强度条件计算 ——第四强度理论 项 项
Q2 T 2 3 ( ) 3( ) [ ] A WT
效率高，可达99％以上，传动精度高，不自 锁，运动平稳，寿命长，但结构复杂，成本 高，抗冲击性能差，不宜传递大载荷。
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第一 组成：螺杆、螺母、滚珠 在螺旋和螺母之间设有封闭的循环 滑动摩擦 滚动摩擦 第二 第二 滚道，其间充以滚珠，这样就使螺 项 旋面的滑动摩擦成为滚动摩擦。 类型：外循环、内循环（ 圈） 项 项 3-5
剖面α -α的剪切强度条件为：
F [ ] d bZ
MPa
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第一 第二 第二mm 项式中: d′--螺母螺纹大径， 项 项 h --螺纹牙的工作高度，mm
b --螺纹牙根部厚度，mm
[] 、[]b--螺母材料的许用剪切应力
螺旋传动的失效
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第一 螺旋传动工作时，在承受转矩T的同时，还承 第二 第二 项 受轴向载荷Q 。图14-1分别示出了螺旋压力机 项 项 、螺纹起重器所受的载荷图。
螺旋传动的主要失效形式是螺纹磨损（它与 材料、润滑和工作表面的压强有关），其他失 效形式是螺纹牙折断或剪断，螺杆断裂， 长螺杆受压失稳等。
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第一 项
第二 第二 项 项
立式加工中心
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第一 1、传力螺旋 第二 第二 项 以传递动力为主，要求用较小的转矩 产生较大的轴向推力。一般间歇工作， 项 项 工作速度不高，而且通常要求自锁。
20CrMnTi等。
螺母材料：
常用材料有铸锡青铜，如ZCuSn10Pb1, ZCuSn5Pb5Zn5
重载低速使用强度较高的铸铝铁青铜ZCuAl10Fe3或铸黄铜 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 。 低速不重要的螺旋传动也可用耐磨铸铁或灰铸铁。
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除要有足够的强度外，还要求在与螺杆配合时摩擦系数小和耐磨。
Qc--螺杆稳定的临界载荷
l 4l 第一 Qc与螺杆材料及长径比( 柔度 ) 第二 第二 项 i d1 项 项
有关
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2 EI 第一 当 λ≥85 时(欧拉公式) QF Cc 2 (l ) 第二 第二 项
设计公式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第一 项
项 项 对于矩形和梯形螺纹，h=0.5p（螺纹工作
高度/螺距）, 则 d 2 0.8
Fp d 2 第二 第二 h[ p]
F [ p]
对于锯齿形螺纹，h=0.75p, 则
F d 2 0.65 [ p]
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第一 项
第二 第二 螺杆转动，螺母移动 --最常用的形式 项 项
如车 床中的进给螺旋，龙门刨床横梁的升降装置 螺杆转动并移动，螺母固定不动 ---精度较 高，结构尺寸较大，如螺旋起重器，铣床工作 台升降机构等 螺母转动，螺杆移动---结构尺寸大且较复杂 ，如平面磨床的垂直进给螺旋等 螺母转动并移动，螺杆固定不动---精度较低 ，如摇臂钻床横臂的升降装置及手动调整机构 等
率最高的是 C 。 A. 螺杆压溃 B. 螺纹牙折断 C. 螺纹牙剪断 D. 螺纹磨损
(3) A 一般需要有较高的运动速度和传动效率，因此应采用多线螺纹。
A. 传导螺旋 B. 传力螺旋 C. 调整螺旋 D. A、B、C三者
(4)传动用螺纹(如梯形螺纹)的牙型斜角(牙侧角) 比连接用螺纹(如三角形螺纹)的牙型斜角 (牙侧角)小，这主要是为了 提高传动效率 。 (5) 滑动螺旋传动的主要失效形式是螺纹磨损。 (T) (6) 滑动螺旋传动中螺杆螺纹牙易发生剪切和挤压破坏，应校核螺杆螺纹牙的强度。 (F)
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第一 针对高精度螺旋传动，如坐标镗床、齿轮磨床等 第二 第二 项 每个导程变形量: d= dF+dT 项 项
dF----轴向载荷使每个 螺纹导程产生得变形量
单位长度变形量: D=d/s dT----转矩使每个螺纹导 程产生得变形量
7 、螺旋传动刚度计算
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第一 5 、螺纹副自锁条件校核 第二 第二 项 项 ' 项 arctan f
6、螺纹副传力效率
tan tan v
当轴向载荷与运动方向相反时，取+号
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对于淬火钢螺杆:
当
<85时
项
d12 490 Fc Q C 1 0.0002 2 4
项
对于不淬火钢螺杆: 当 >90 时
EI QF Cc 2 (l )
2
当 <90 时 对于<40的螺杆不用校核
d 340 Q FC c 1 0.00013 2 4
2 1
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第二 第二 则螺纹的耐磨性条件为： 校核耐磨性 项 项 项
若按耐磨性条件设计螺纹中径d2 时，可引用系数
F F Fp ps [ p] MPa A d 2 hZ d 2 hH
H d2
以消去H
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速度和润滑状态 所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上压强 P要求小于 材料的许用比压。 ①当速度相同时，压强大，磨损量大 ②润滑油不被挤出，易形成油膜润滑
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假想螺纹牙可以展成一长条，设螺旋的轴向载荷为F，螺母旋合 高度为 H、螺距为p，螺纹旋合圈数为Z=H/p、螺纹工作高度为h、 第一 承压面积为A，螺纹工作面上的压强为 ps。
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四、滑动螺旋的设计计算
第一 1.耐磨性计算 第二 螺母磨损是最主要的一种失效形式，会引起 项 滑动螺旋中第二 项 项 传动精度下降，空间大，并使强度下降。（反向间隙 ↑）
磨损的影响因素：工作面的压强，螺纹表面质量，滑动
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第一 项
2.螺旋传动的应用（应用场合）
第二 第二 项 项
二维数控台原理图
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第一 项
2.螺旋传动的应用
第二 第二 项 项
螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，可 动刻度有50个等分刻度，旋转每个小分度， 螺旋千分尺
2 2
4F 2 16T 2 ( 2 ) 3( 3 ) [ ] d1 d1
式中:d1 --螺杆螺纹小径,mm []--螺杆材料许用应力 F--螺杆所受轴向力, N
d2 T--螺杆所受扭矩, N.mm T F tan( ) 2
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