机械基础-螺旋传动

型有相应的标准规定－GB5796.3-86。
• 机床梯形螺纹丝杠、螺母精度标准规定－JB2886-92。
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第九章螺旋传动
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四、滑动螺旋传动的设计原则
（六）螺旋副零件与滑板联接结构的确定
• 螺旋副零件与滑板联接结构对螺旋副的磨损有直接影 响，设计时应注意。
• 常见的联接结构 1. 刚型联接结构
剪切强度 Fa (9 14)
dbn
弯曲强度 b
3Fa h
db2n
b
d－螺纹大径mm；
(9 15)
b－螺纹根部宽度mm，
n－旋合扣数，n H / P；
[ ]、[ b ]－螺纹材料的许用剪切应力和许用弯曲应力，表9－4。
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（五）驱动力矩、效率和自锁的计算
▪ 对于传力螺旋，为避免螺旋副因摩擦力过大而转动不灵活，应进 行驱动力矩及效率的计算，以便确定原动机的功率和螺旋副的自 锁条件。
，见表9－3。
为保证螺杆不失稳，必须使：
Fac Fa max
SF
(9 12)
Fa max －最大轴向载荷；
S
－安全系数，
F
2.5
~
4。
如不满足，应增大d
直至满足为止。
2
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（四）强度计算
1. 螺杆的强度计算
• 按第四强度理论验算
2
2
4Fa
d12
3
T 0.2d13
转动螺母一转，输入功
W1 2T d2Fa tan( v )
推动负载有用功
W2 Fa Ph Fad2 tan
螺旋传动的效率
W2 Fa Ph tan W1 2T tan( v )
(9 17)
T Fa Ph
2
(9 18)
驱动力T去除后，轴向力Fa变为驱动力。 如果螺旋不自锁，则反向加速运动，
P
(4)1m长的螺纹上螺距累积变化量
1000 P
P
(
4Fa
d
2 2
E
16TP
2Gd24
) 106
允许值见表9－2
(9 9)
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（三）稳定性验算
1. 稳定性验算的必要性
• 受轴向压力的螺杆，当轴向力较大，且螺杆长度与直径 比值较大时，螺杆可能失去稳定而产生侧向弯曲。
定的公差带。表9－8
▪ 螺纹公差带的选用
• 中等旋合长度、6级公差为中等精度，6级公差是基本级，使用最多。
• 内外螺纹公差带可以任意组合
• 尽量选带*公差带
• 为确保足够的接触高度，内外螺纹最好组成H/g、H/h、G/h的配合。
G/h的配合最小间隙为零。
• 机床中的传动丝杠、螺母副，常用牙型角30°的梯形螺纹，其基本牙
▪ 旋合长度分：短S、中等N和长L三组。表9－6
▪ 一般按中等长度考虑
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四、滑动螺旋传动的设计原则
3. 普通螺纹公差带
▪ 组成：公差带相对于基本牙型位置（基本偏差）＋公差带大小 （公差等级）表9－7
▪ 表示：公差等级的数字＋基本偏差的字母
• 例：7H，8g
• 为有利于生产，尽量减少刀具、量具的规格和数量，一般采用国际规
(1)螺杆在轴向载荷作用下，一个螺距产生的变化量
PF
Fa P EA
（9－6）
螺杆受拉：取＋；
螺杆受压：取－。
（2）螺杆在转矩作用下，
相应一个螺距长度产生转角＝ TP
GIP 引起每一个螺距的变化量为
PT
P 2
P 2
TP 2
2GIP
(9 7)
T逆螺旋方向作用时，取＋，顺螺旋方向作用时取－。
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• 结构简单、紧凑、传动精度高，工作平稳。
2. 具有增力作用
• 只要给主动件一个较小的转矩，从动件即获得较大的轴向力
3. 能自锁
• 螺旋线升角小于摩擦角时，螺旋传动具有自锁作用。
4. 效率低、磨损快
• 螺旋工作面为滑动摩擦，传动效率低（30～40％），磨损快， 不适于高速和大功率传动。
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① 螺杆螺纹部分的长度Lw • 保证整个工作行程Lg内与螺母正确旋合为原则，尽可能短。 • 一般Lw≥Lg+H（螺母高度）
② 螺杆直径 • 为保证螺杆的刚度，直径选大些，并使L（长度）/d1（螺纹小径）
≤25；
• 如果L/d1>25，对受压螺杆应进行稳定性验算。 ③ 螺距
• 测微螺旋中，螺距应取标准值。 ④ 螺纹头数
• 为避免周期误差，应选单头螺纹。 • 只有在转角小而要获得大位移的情况下，才采用多头螺纹。
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四、滑动螺旋传动的设计原则
（五）螺纹公差
1. 普通螺纹的公差制结构
公基差本等偏级差－－公公差差带带大位小置－公差带
－螺纹精度
旋合长度
2. 公差带与旋合长度
▪ 螺距的累积误差一般随螺纹扣数增多而增大，引起中径变化。 仅用公差带大小来说明螺纹精度不够，必须规定公差带在多 大的旋合长度范围内有效。即考虑公差带与旋合长度两个因 素。
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二、滑动螺旋传动的型式及应用
2. 滑动螺旋传动的应用
① 例1：测微目镜中的示数螺旋传动，属类型I。
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第九章螺旋传动
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二、滑动螺旋传动的型式及应用
② 例2：测量显微镜纵向测微螺旋属类型II。
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二、滑动螺旋传动的型式及应用
3. 类型III：差动螺旋传动
第九章 螺旋传动
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第九章螺旋传动
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内容
▪ 概述 ▪ 滑动螺旋传动 ▪ 滚珠螺旋传动 ▪ 静压螺旋传动简介
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第九章螺旋传动
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第一节 概述
1. 螺旋传动的概念
▪ 螺旋传动是精密机械中常用的一种传动型式。它是利 用螺杆与螺母的相对运动，将旋传运动变为直线运动，
▪ 其运动关系为
l Ph 2
(9 1)
l－螺杆（或螺母）的位移；
Ph－导程；
－螺杆和螺母间的相对转角。
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第九章螺旋传动
3Hale Waihona Puke 二、螺旋传动的分类1. 按其在精密机械中的作用，分为
① 示数螺旋传动
▪ 传动链中，精确传递相对运动或相对位移的螺旋传动； ▪ 要求：传动精度高，空回误差小。
② 传力螺旋传动
▪ 传动链中，传递动力的螺旋传动； ▪ 要求：足够的强度
－螺杆材料的许用应力；
d1－螺杆螺纹小径； Fa－轴向载荷； T－转矩。
(9 13)
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（四）强度计算
2. 螺纹强度计算
▪ 螺杆材料强度比螺母材料强度高，因此只需验算螺母螺 纹强度。
设轴向载荷Fa作用于螺纹中径d
，忽略螺杆与螺母之间的径向间隙，
2
则螺母螺纹强度验算：
③ 一般螺旋传动
▪ 传动链中只作一般驱动用的螺旋传动； ▪ 对强度、刚度和精度均无较高要求。
2. 按其接触面间摩擦的性质，分为
① 滑动螺旋传动 ② 滚动螺旋传动 ③ 静压螺旋传动
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第二节 滑动螺旋传动
一、滑动螺旋传动的特点
1. 降速传动比大
• 螺距一般很小，在转角很大的情况下，能获得很小的直线位移 量，可大大缩短机构的传动链；
2. 稳定性验算
• 根据工程力学，螺杆失稳时的临界轴向载荷为
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第九章螺旋传动
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Fac
2EIa (L)2
(9 10)
L－螺杆最大工作长度；
I
－螺杆截面的截面惯性矩
a
E－螺杆材料的弹性模量；
－长度系数，与螺杆的支承情况有关。
简写成Fac
m
d
4 2
L2
(9 11)
m－螺杆支承系数，m
2E 64 2
第九章螺旋传动
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（二）刚度计算
(3)螺杆在轴向载荷和转矩作用下，一个螺距的变化量
P PF PT
PF和PT以绝对值代入，得一个螺距的变化量（P m）
P
( Fa P EA
TP 2
2GIP
) 103
(9 8)
Fa－轴向载荷；
T－转矩； P－螺距；
E、G－螺杆材料的弹性模量和剪切弹性模量；
A、I
－螺杆螺纹段截面面积和极惯性矩
1. 驱动力矩
螺旋受轴向载荷Fa作用时，欲使螺旋运动所需的驱动力矩
T
Fa
d2 2
tan(
v )
(9 16)
－导程角；
v－诱导摩擦角；v
arctan
f
cos
；
f－螺纹表面滑动摩擦系数；（表9－5）
－螺纹牙型半角；
d
－螺纹中径。
2
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（五）驱动力矩、效率和自锁的计算
2. 效率
• 牢固可靠，但当螺杆轴线与滑板运动方向不平行时，螺纹工 作面压力大，磨损加剧。严重时卡住。
• 多用于受力较大的螺旋传动中。
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四、滑动螺旋传动的设计原则
2. 弹性联接结构
▪ 适用于受力较小的精密螺旋传动。
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四、滑动螺旋传动的设计原则