鋸齒形螺紋三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋第五章螺紋聯(lián)接與螺旋傳動

2α2學時課程本章重點：本章難點：1.螺紋的主要參數(shù)；2.螺旋傳動的主要形式。1.螺旋傳動的設計計算?！?-1螺紋連接及螺旋傳動概述§5-2螺紋的主要參數(shù)§5-3螺旋傳動的主要形式§5-4滑動螺旋的設計計算

§5-5提高螺旋傳動精度的方法章節(jié)分布：§5-6滾珠螺旋傳動2學時課程螺桿與螺母的相對運動關系式為：

螺旋傳動在精密機械中廣泛應用，它主要是通過螺桿與螺母的相對運動，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動。在連接中多數(shù)也靠螺紋來連接，兩者工作原理有差別，傳動主要是考慮運動，而連接主要考慮扭矩和摩擦力之間的平衡關系?！?—1螺紋連接及螺紋傳動概述第一節(jié)螺紋連接及螺紋傳動概述

滑動螺旋傳動的特點：降速傳動比大，結(jié)構緊湊、傳動精度高。具有增力作用。能自鎖，當螺旋升角小于摩擦角時，螺旋傳動具有自鎖作用。效率低（30％－40％）、磨損快。第一節(jié)螺紋連接及螺紋傳動概述螺旋機構根據(jù)其使用的目的，大致可分為三類：1)示數(shù)測量螺旋傳動

主要用于精確地傳遞及反映微量長度的螺旋機構。常用于機床進給、分度機構和測量儀表中的螺旋測微機構。其傳動誤差直接影響儀器的精度。一般要求傳動精度高、回差小、運動靈活。1－螺桿２－微分筒３－螺母４－分劃筒５－手輪１和２相連３和４相連2)傳力螺旋傳動

鎖緊機構千斤頂

主要用于傳遞能量，直接承受載荷，對工件施加拉、壓作用力；還可以用于鎖緊作用。對傳動精度要求低，強度要求高。第一節(jié)螺紋連接及螺紋傳動概述3)一般傳動螺旋

經(jīng)緯儀中調(diào)平螺旋機構（立式安平螺旋）主要用于傳動，調(diào)節(jié)零件間的相對位置，用于精確定位和鎖緊。對強度、剛度和傳動精度都有較高的要求。第一節(jié)螺紋連接及螺紋傳動概述本節(jié)結(jié)束如用一個三角形K沿螺旋線運動并使K平面始終通過圓柱體軸線YY-這樣就構成了三角形螺紋。同樣改變平面圖形K，可得到矩形、梯形、鋸齒形、管螺紋一、螺紋的形成§5—2螺紋的主要參數(shù)第二節(jié)螺紋的主要參數(shù)按牙型:三角形螺紋、管螺紋——聯(lián)接螺紋矩形、梯形、鋸齒形螺紋——傳動螺紋按位置：內(nèi)螺紋——在圓柱孔的內(nèi)表面形成的螺紋外螺紋——在圓柱孔的外表面形成的螺紋*三角形螺紋：粗牙螺紋——用于緊固件細牙螺紋——同樣的公稱直徑下，螺距最小，自鎖性好，適于薄壁細小零件和沖擊變載等根據(jù)螺旋線繞行方向：左旋——如圖右旋——常用根據(jù)螺旋線頭數(shù)：單頭螺紋（n=1）——用于聯(lián)接雙頭螺紋（n=2）——如圖多線螺紋（n≥2）——用于傳動二、螺紋的分類第二節(jié)螺紋的主要參數(shù)示數(shù)螺旋傳動多選，代號M傳力螺旋傳動多選,代號Tr用于承受單向力,代號S用于力傳遞,無代號第二節(jié)螺紋的主要參數(shù)1）外徑（大徑）d（D）——與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，亦稱公稱直徑2）內(nèi)徑（小徑）d1(D1)——與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑3）中徑d2——在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，d2≈0.5(d+d1)三、螺紋的主要參數(shù)第二節(jié)螺紋的主要參數(shù)4）螺距ｔ—相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應兩點間的軸向距離5）導程Ph—同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對應兩點間的軸向距離(單頭P=t)6）線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n≤4螺距、導程、線數(shù)之間關系：Ph=nt

第二節(jié)螺紋的主要參數(shù)7）螺旋升角λ——中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角。8）牙型角2α——螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。四、常用螺紋的種類、特點與應用具體見表4-1第二節(jié)螺紋的主要參數(shù)例：M20X2左－6H/5g6g－S旋合長度外螺紋頂徑公差帶外螺紋中徑公差帶內(nèi)螺紋中徑和頂徑公差帶左旋LF螺距公稱直徑牙型代號直徑10mm，螺距1.5mm，中徑頂徑公差帶為6H的內(nèi)螺紋：M10－6H（粗牙）直徑10mm，螺距1mm，中徑頂徑公差帶為6g的外螺紋：M10×1－6g（細牙）四、螺紋的表示方法第二節(jié)螺紋的主要參數(shù)本節(jié)結(jié)束一、螺旋傳動的類型、特點與應用

1、應用

：螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動將直線運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動，同時傳遞運動或動力。02、傳動形式：a)螺桿轉(zhuǎn)螺母移b)螺桿又轉(zhuǎn)又移（螺平固定）—用得多c)螺母轉(zhuǎn)螺桿移d)螺母又轉(zhuǎn)又移（螺桿固定）—

用得少

其它傳動形式：差動螺旋傳動，包括減速螺旋和增速螺旋§5—3螺旋傳動的主要形式螺桿兩段螺紋同向：螺桿兩段螺紋反向：第三節(jié)螺旋傳動的主要形式第三節(jié)螺旋傳動的主要形式第三節(jié)螺旋傳動的主要形式按用途分三類：1）傳力螺旋——舉重器、千斤頂、加壓螺旋特點：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖2）傳導螺旋——機床進給匯杠—傳遞運動和動力特點：速度高、連續(xù)工作、精度高3）調(diào)整螺旋——機床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。特點：是受力較小且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動

3、螺旋傳動類型螺旋傳動按摩擦副的性質(zhì)分：

1、滑動螺旋：構造簡單、傳動比大，承載能力高，加工方便、傳動平穩(wěn)、工作可靠、易于自鎖缺點：磨損快、壽命短，低速時有爬行現(xiàn)象（滑移），摩擦損耗大，傳動效率低（30~40%）傳動精度低第三節(jié)螺旋傳動的主要形式2、滾動螺旋傳動摩擦性質(zhì)為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動體（多用鋼球），當傳動工作時，滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環(huán)。按循環(huán)方式有：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)兩種

特點：傳動效率高（可達90%），起動力矩小，傳動靈活平穩(wěn)，低速不爬行，同步性好，定位精度高，正逆運動效率相同，可實現(xiàn)逆?zhèn)鲃?。缺點：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結(jié)構復雜，制造工藝要求高，成本較高。

第三節(jié)螺旋傳動的主要形式3、靜壓螺旋液體摩擦，靠外部液壓系統(tǒng)提高壓力油，壓力油進入螺桿與螺母螺紋間的油缸，促使螺桿、螺母、螺紋牙間產(chǎn)生壓力油膜而分隔開

特點：摩擦系數(shù)小，效率高，工作穩(wěn)定，無爬行現(xiàn)象，定位精度高，磨損小，壽命長。但螺母結(jié)構復雜（需密封），需一穩(wěn)壓供油系統(tǒng)、成本較高。適用于精密機床中進給和分度機構

第三節(jié)螺旋傳動的主要形式本節(jié)結(jié)束1、結(jié)構與材料

千斤頂?shù)湫徒Y(jié)構

2、耐磨性計算

滑動螺旋傳動的主要失效形式是：螺紋磨損、螺桿變形和螺紋牙的斷裂。設計計算時要考慮以下幾方面的內(nèi)容：3、剛度計算

4、強度計算5、穩(wěn)定性計算

6、驅(qū)動力矩、效率和自鎖計算

§5—4滑動螺旋的設計計算

第四節(jié)滑動螺旋傳動的設計計算本節(jié)結(jié)束螺旋副材料的確定：對螺旋副材料的選擇要求是：1.摩擦系數(shù)??；2.耐磨性好；3.良好的尺寸穩(wěn)定性；4.加工性能和熱處理性能好。螺桿成本高，對精度影響大，故螺桿材料要硬些，加工成本要高，一般選優(yōu)質(zhì)材料加工。螺母加工成本較低，為保護螺桿，通常選用較軟材料加工。螺桿：強度高、耐磨性好、工藝性好。如：Q235、Y40Mn、45、50、65Mn、40Cr、9Mn2V、38CrMoAlA、GCr15等。螺母：耐磨性、減摩性好。如：鑄鐵、青銅第四節(jié)滑動螺旋傳動的設計計算

滑動螺旋中磨損是最主要的一種失效形式，它會引起傳動精度下降，空間大，并使強度下降。磨損的影響因素：工作面的比壓，螺紋表面質(zhì)量，滑動速度和潤滑狀態(tài)，所以耐磨性計算主要限制螺紋工作面上比壓P要求小于材料的許用比壓。①當速度相同時，比壓大，磨損量大。②潤滑油不被擠出，易形成油膜潤滑。耐磨性條件：

設計公式：

耐磨性計算：

螺紋副材料滑動速度，m/min許用壓強，MPa螺紋副材料滑動速度，m/min許用壓強，MPa鋼對青銅低速18～25鋼對耐磨鑄鐵<2.413～18<3.011～186～124～76～127～10鋼對鋼低速7.5～13>151～2淬火鋼對青銅6～1210～13鋼對耐磨鑄鐵6～126～8滑動螺旋傳動的許用壓強[p]剛度計算：

螺桿受軸向載荷時，一個螺距的變化量

為：轉(zhuǎn)矩對一個螺距產(chǎn)生的變化量為：第四節(jié)滑動螺旋傳動的設計計算螺桿的強度計算：

螺桿工作時同時受軸面壓力（拉力）Fa與扭矩T的作用，截面受拉（壓）應力與扭剪應力的復合作用∴按彎扭復合強度條件計算——第四強度理論

第四節(jié)滑動螺旋傳動的設計計算螺母的螺紋牙強度計算：

由于螺母材料的強度通常低于螺桿材料的強度，因此螺紋牙受剪和彎曲均在螺母上。將螺母一圈螺紋沿螺紋大徑處展開，即可視為一懸壁梁，每圈螺紋承受的平均壓力Fa/n作用在中徑d2的圓周上。

螺紋牙根部危險剖面的彎曲強度條件為：剪切強度條件為：梯形螺紋b＝0.634t;矩形螺紋b＝0.5t;鋸齒形螺紋b＝0.736t;第四節(jié)滑動螺旋傳動的設計計算螺桿的穩(wěn)定性計算：當螺桿較細長且受較大軸向壓力時，可能會雙向彎曲而失效，螺桿相當于細桿，螺桿所承受的軸向壓力Fa小于其臨界壓力Fac。nS——螺桿穩(wěn)定許用安全系數(shù)①傳導螺旋nS=2.5~4.0；②傳力螺旋nS=3.5~5.0；③精密螺桿或水平螺桿nS>4

自鎖性驗算

第四節(jié)滑動螺旋傳動的設計計算§5—5提高螺旋傳動精度的方法5.1.螺旋傳動的誤差分析㈠螺紋參數(shù)誤差⑴螺距誤差單個螺距誤差螺紋全長上，任意單個實際螺距對基本螺距的偏差的最大代數(shù)差。螺距累積誤差規(guī)定的螺紋長度內(nèi)，任意兩同側(cè)螺紋面間實際距離對公稱尺寸的偏差的最大代數(shù)差。注意：螺母的螺距累積誤差對傳動精度沒有影響。第五節(jié)提高螺旋傳動精度的方法⑵中徑誤差螺旋副中，大徑、小徑并無相對接觸，中徑是配合尺寸，因此要控制中徑變動量。⑶牙型半角誤差螺紋牙型半角可能偏離標準值。但是，如果采用一把刀，一次裝卡，牙型半角誤差在螺紋全長上一般變化不大。第五節(jié)提高螺旋傳動精度的方法㈡螺桿軸向竄動誤差㈢偏斜誤差㈣溫度誤差第五節(jié)提高螺旋傳動精度的方法5.2提高螺旋傳動精度的方法1.采用螺距誤差修正裝置

第五節(jié)提高螺旋傳動精度的方法2.消除螺旋傳動空回誤差一）徑向調(diào)節(jié)法：用螺母的徑向收縮，來減小螺紋配合處的軸向間隙，減少回差。

三種方法：a.開槽螺母b.錐形開槽螺母c.對開螺母空回－螺桿旋轉(zhuǎn)方向改變，在螺桿轉(zhuǎn)動某一角度后，螺母才產(chǎn)生反向運動。原因是螺桿、螺母傳動副存在間隙。第五節(jié)提高螺旋傳動精度的方法二）軸向調(diào)節(jié)法三種方法：a.開槽螺母b.剛性雙螺母結(jié)構c.彈性雙螺母結(jié)構（包括塑料螺母）利用雙螺母軸向預緊消除傳動副間隙。第五節(jié)提高螺旋傳動精度的方法三）單向接觸法

利用彈簧產(chǎn)生單向作用力，使螺紋的工作表面保持單面接觸，從而消除間隙引起的回差。下圖當螺桿l推動移動件2移動時，彈簧3使移動件2產(chǎn)生回復力，這時螺桿與螺紋工作表面只在一邊接觸，螺紋內(nèi)的間隙變?yōu)楸诚抖粫鹂栈卣`差。單向接觸法1-螺桿；2-移動件；3-彈簧第五節(jié)提高螺旋傳動精度的方法本節(jié)結(jié)束§5—6

滾珠螺旋傳動簡介

滑動螺旋在各類機械中被普遍地利用，但是它存在磨損大、效率低、壽命短的缺點。因此在傳遞較大動力時，可以采用滾珠螺旋傳動。滾珠螺旋傳動是在螺桿和螺母間放人適量滾珠，使滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，滾珠螺旋傳動裝置由螺桿、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置所組成。

在螺桿l和螺母2上都切制有圓弧形的螺旋槽，螺桿與螺母上的兩圓弧形螺旋槽對合起來形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有許多滾珠3。當螺桿l回轉(zhuǎn)時，滾珠3相對螺母2上的滾道按箭頭4方向滾動，因此螺桿l、螺母2之間基本上為滾動摩擦。一、滾珠螺旋傳動的特點

滾珠螺旋傳動除具有螺旋傳動的一般特點(降速傳動比大及牽引力大)外，與滑動螺旋比較，具有下列特點：(1)傳動效率高，一般可高達90％以上，大約是滑動螺旋傳動效率的三倍。(2)經(jīng)調(diào)整預緊后，可得到無間隙傳動，因而具有較高的定位精度和軸向剛度。(3)磨損小、壽命長，維護簡單。(4)不能自鎖，傳動具有可逆性，當用于垂直升降傳動時，需采用防止逆轉(zhuǎn)裝置。(5)結(jié)構、工藝比較復雜，成本較高。第六節(jié)滾珠螺旋傳動簡介二、滾珠螺旋傳動的結(jié)構形式

按滾珠在整個循環(huán)過程中與絲桿表面的接觸情況，滾珠的循環(huán)方式分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩類。1.外循環(huán)滾珠螺旋傳動

滾珠在循環(huán)過程中與螺桿脫離接觸的稱為外循環(huán)。這種滾珠絲杠傳動是直接在螺母的外圓上銑出螺旋槽，把擋珠器從螺母內(nèi)部裝入后，擋珠器的舌頭截斷螺紋滾道，擋住滾珠的去路，迫使?jié)L珠導入通向螺旋槽的孔中而構成循環(huán)。這種結(jié)構形式稱為螺旋槽式。如用彎管代替螺旋槽式中的凹槽，構成滾珠循環(huán)通道，稱為插管式。螺旋槽式螺母徑向尺寸較小，便于安裝，工藝性好。但擋珠器的剛度較差、耐磨性不好。插管式結(jié)構簡單、工藝性好，適用較大批量生產(chǎn)，但其彎管突出于螺母表面，外形尺寸較大。

第六節(jié)滾珠螺旋傳動簡介外循環(huán)的滾珠2.內(nèi)循環(huán)滾球螺旋傳動

螺母中也有采用2圈或4圈滾珠，相應反向器也有2個或4個。內(nèi)循環(huán)滾珠螺旋徑向尺寸小、剛度好，負荷能力也較高。但它的反向器結(jié)構復雜，制造困難，內(nèi)循環(huán)滾珠反向器有圓柱凸鍵式和扁圓鑲塊式兩種。前者工藝簡單，但多列滾珠時軸向尺寸較大；后者加工較復雜，但可使螺母軸向尺寸較小。兩種循環(huán)方式各有特點，可根據(jù)使用要求和工藝條件合理選擇滾珠循環(huán)方式。

內(nèi)循環(huán)滾珠在循環(huán)過程中與螺桿始終保持接觸的叫做內(nèi)循環(huán)。