《第九章 螺旋传动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第九章 螺旋传动（116页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章螺旋传动 第一节概述第二节滑动螺旋传动第三节滚珠螺旋传动第四节静压螺旋传动 螺纹的形成 第一节概述 一 螺纹 1 螺纹的种类 根据平面图形的形状分为 螺纹有外螺纹与内螺纹之分 它们共同组成螺旋副 大径 外径 d 螺纹的最大直径 与外螺纹的牙顶 或内螺纹牙底 相重合的假想圆柱体的直径 规定为螺纹的公称直径 小径 内径 d1 螺纹的最小直径 与外螺纹的牙底 或内螺纹牙顶 相重合的假想圆柱体的直径 中径d2 处于大径和小径之间的一个假想圆柱体直径 该圆柱的母线上牙型沟槽与凸起宽度相等 2 螺纹的主要几何尺寸 螺距 相邻两牙上在中径线上对应点之间的轴向距离 导程 同一螺旋线上的相邻两牙在中径线上
2、对应两点之间的轴向距离 Ph nP 升角 中径d2的圆柱上 螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角 牙型角 通过螺纹轴线的截面内 螺纹牙型相邻两侧边的夹角 二 螺旋传动的型式 螺旋传动是精密机械中常用的一种传动形式 它是利用螺杆与螺母的相对运动 将旋转运动变为直线运动 其运动关系为 l 螺杆 或螺母 位移 Ph 导程 螺杆和螺母间的相对转角 螺旋传动的类型 1 按螺旋传动在精密机械中的作用 可分为 1 示数螺旋传动 调整螺旋 2 传力螺旋传动 3 一般螺旋传动 用以精确地传递相对运动或相对位移的螺旋传动 常用于机床中进给 分度机构或测量仪器中的螺旋测微装置 其传动误差直接影响机构的工作精度
3、 因此 对示数螺旋传动的主要要求是传动精度高 空回误差小 1 示数螺旋传动 调整螺旋 机床进给机构 测微目镜 它以传递动力为主 要求以较小的转矩产生较大的轴向推力 用以克服工件阻力 如螺旋压力机 螺旋千斤顶等 这种传力螺旋主要是承受很大的轴向力 一般为间歇性工作 每次的工作时间较短 工作速度也不高 通常具有自锁能力 传力螺旋传动承受的载荷较大 因此要有足够的强度 2 传力螺旋传动 在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 3 一般螺旋传动 l 滑动螺旋传动 2 滚动螺旋传动 3 静压螺旋传动 2 螺旋传动按其接触面间摩擦的性质可分为 滑动螺旋滑动螺旋结构简单 便于制造
4、 易于自锁 应用范围较广 但主要缺点是摩擦阻力大 传动效率低 一般为30 40 磨损快 传动精度低 滚动螺旋滚动螺旋传动具有传动效率高 启动力矩小 传动灵敏平稳 工作寿命长等优点 故目前在机床 汽车 航空 航天及武器等制造业中应用颇广 缺点是制造工艺比较复杂 特别是长螺杆更难保证热处理及磨削工艺质量 刚性和抗振性能较差 静压螺旋为了降低螺旋传动的摩擦 提高传动效率 并增强螺旋传动的刚性和抗振性能 可以将静压原理应用于螺旋传动中 制成静压螺旋 第二节滑动螺旋传动 1 降速传动比大 2 具有增力作用 3 能自锁 4 运动平稳 无噪声 但低速或微调时可能出现爬行 5 效率低 磨损快 一 滑动螺旋传动
5、的特点 二 滑动螺旋传动的型式及应用 1 螺母固定 螺杆转动并移动 2 螺杆转动 螺母移动 3 螺母转动 螺杆移动 4 螺杆固定 螺母转动并移动 1 螺母固定 螺杆转动并移动 螺旋起重器 这种传动型式的螺母本身起着支承作用 螺杆不需另加轴承 从而简化了结构 消除了螺杆与轴承之间可能产生的轴向窜动 利于提高传动精度 缺点是所占轴向尺寸较大 为螺杆行程的两倍加上螺母高度 刚性较差 因此仅适用于行程短 25mm 的情况 测微目镜 2 螺杆转动 螺母移动 这种传动型式的特点是结构紧凑 所占轴向尺寸取决于螺母高度及行程大小 刚度较大 与上种情况相比 当工作行程相同时 它的轴向尺寸几乎可缩为前者的一半 因
6、此适用于工作行程较长的情况 但这种结构需要两个支承 同时要限制螺母转动 结构比较复杂 不利于提高传动精度 测量显微镜 这种传动型式需要限制螺杆转动和螺母移动 结构比较复杂 所占空间又较大 应用较少 3 螺母转动 螺杆移动 这种传动型式 结构复杂 紧凑 但在多数场合下使用不方便 应用较少 4 螺杆固定 螺母转动并移动 差动螺旋传动 设螺杆3左 右两段螺纹的旋向相同 且导程分别为Ph1和Ph2 当螺杆转动 角时 可动螺母2的移动距离为 若Ph1和Ph2相差很小 可用于微动装置 若螺杆3左 右两段螺纹的旋向相反 当螺杆转动 角时 可动螺母2的移动距离为 差动螺旋变成快速移动螺旋 用于快速夹紧或锁紧装
7、置 三 滑动螺旋传动的计算 滑动螺旋传动的失效形式主要是螺纹的磨损 螺杆的变形 螺杆或螺纹牙的断裂等 滑动螺旋传动的设计准则 耐磨性 刚度 稳定性及强度四个方面 根据需要有时还需进行驱动力矩 效率与自锁等其他方面的计算 一 耐磨性计算 磨损是滑动螺旋传动的主要失效形式 因此 通常是根据耐磨性的计算确定螺杆的直径和螺母高度 滑动螺旋的耐磨性计算 主要是限制螺纹工作面上的压强 其强度条件 螺纹工作高度 设计公式 算出的直径应圆整 并选取标准的公称直径d和螺距p 令 考虑到螺纹间载荷实际分布不均匀 螺母螺纹的扣数应小于10 即 若不满足要求 则增大螺距 二 刚度计算 螺杆在轴向载荷Fa和转矩T作用下
8、将产生变形 引起螺距的变化 从而影响螺旋传动精度 设计时 应进行刚度计算 以便把螺距的变化限制在允许的范围内 螺杆在轴向载荷作用下 一个螺距产生的变化量为 螺杆在转矩作用下 相应一个螺距长度产生的转角为 TP GIp 引起每一螺距的变化量为 螺杆在轴向载荷和转矩作用下 一个螺距产生的变化量为 在长度为1m的螺纹上有1000mm P个螺距 1m长的螺纹上螺距累积变化量为 三 稳定性验算 受轴向压力的螺杆 当轴向压力大 且螺杆长度与直径的比值较大时 螺杆可能由于失稳而产生侧向弯曲 因此 应对螺杆进行稳定性验算 根据工程力学 螺杆失稳时的临界轴向载荷为 为保证不失稳 必须 四 强度计算 1 螺杆的强
9、度计算 只演算螺母螺纹强度 2 螺纹强度计算 五 驱动力矩 效率和自锁计算 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 重物上升时 当螺旋受轴向载荷Fa作用时 欲使螺旋运动所需的力 驱动力矩为 当转动螺母 或螺杆 一转时 所需输入功为 推动负载所作的有用功为 螺旋传动的效率为 撤去F 重物在Fa的作用下不会自动滑下 在这种情况下 则称该螺旋副具有自锁作用 即螺旋副不会自动松脱 自锁条件 重物下降时 螺旋自锁 当驱动力去除后 如果螺旋不自锁 传动效率和转矩为 四 滑动螺旋传动的设计原则 一 传动型式的选择 二 螺纹类型的
10、确定示数螺旋传动多采用三角形螺纹 传力螺旋传动采用梯形螺纹 螺杆和螺母的材料应根据用途 精度等级及热处理要求等条件选定 对材料总的要求是具有良好的耐磨性和易于加工 为了减小磨损 螺杆和螺母最好选用不同的材料 同时 应使螺杆的硬度高于螺母的硬度 以保护价格较贵和对传动精度影响较大的螺杆 三 螺旋副材料的确定 螺杆的材料 一般可选A5 45 50号钢 调质处理 对于重要传动 要求耐磨性高 可选用T10 T12 65Mn 40Cr 18CrMnTi等 淬火处理HRC 50 对于示数螺旋 要求热处理后有较好的尺寸稳定性 可选用9Mn2V等合金工具钢及GCr15 GCr15SiMn等滚动轴承钢 淬火处理
11、HRC 55 螺母的材料 一般可选用锡青铜 黄铜 聚乙烯 尼龙和耐磨铸铁等 重载时可选用铝青铜或铸造黄铜 球墨铸铁和45号钢 螺旋传动的主要参数有 螺杆直径和长度 螺距 螺旋线头数和螺母高度等 在一般况下 这些参数可参照同类机构用类比的方法确定 但对于重要传动进行必要的校核计算 四 主要参数的确定 螺杆螺纹部分的长度 应尽可能短 一般取 为了保证螺杆的刚度 螺杆的直径应选大些 并使L d1 25 在测微螺旋中 螺距应取为标准值 如1 0 75 0 5mm等 为了避免周期误差 应用单头螺纹 只有在转角小而要求获得大位移的情况下 才采用多头螺纹 普通螺纹的公差制结构 五 螺纹公差 螺距的累积误差一
12、般随螺纹扣数的增多而增大 因此 用公差带大小来说明螺纹精度是不够的 必须规定公差带在多大的旋合长度范围内有效 即要考虑公差带与旋合长度两个因素 旋合长度分短 中等和长等三组 代号分别为S N和L 一般情况下 多按中等长度考虑 普通螺纹公差带由公差带相对于基本牙型位置 基本偏差 和公差带大小 公差等级 所组成 公差带的零线就是螺纹基本牙型的轮廓线 将不同的公差等级 公差带大小 和基本偏差 公差带位置 组合 可得各种公差带 公差带代号由表示公差等级的数字和表示基本偏差的字母组成 如7H 8g M10 M10 1 为了有利于生产 尽量减少刀具 量具的规格和数量 一般应采用国标规定的公差带 标记 M1
13、0 HM10 1 6gM20 2左 H 5g6g S 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 外螺纹的公差带可以任意组合 并不要求所选的内 外螺纹公差带在表中所处位置一一对应 在满足设计要求的前提下 尽量选用带 的公差带 为了确保有足够的接触高度 内 外螺纹最好组成H g H h或G h的配合 H h配合的最小间隙为零 一般多采用此种配合 G h H g配合具有保证间隙 适用于要求快速装卸的螺纹 其他配合用在需涂镀保护层的螺纹及在高温状态下工作的螺纹 机床中的传动丝杠 螺母副 常用牙型角为30 的梯形螺纹 其基本牙型有相应的标准规定 JB2886 92是机床梯形螺纹丝
14、杠 螺母精度标准 该标准根据用途和使用要求 规定有3 4 5 6 7 8 9七个精度等级 3级最高 依次降低 为保证螺旋副的精确运动 标准中除规定了丝杠大径 中径和小径公差和牙型半角公差外 还单独规定了丝杠的螺距公差 1 刚性联接结构这种联接结构的特点是牢固可靠 但当螺杆轴线与滑板运动方向不平行时 螺纹工作面的压力增大 磨损加剧 严重时还会发生卡住现象 刚性联接结构多用于受力较大的螺旋传动中 六 螺旋副零件与滑板联接结构的确定 片簧7的一端固定在滑板8上 另一端套在螺母的锥形销上 为了消除两者之间的间隙 片簧以一定的预紧力压向螺母 或用螺钉压紧 当工作台运动方向与螺杆轴线偏斜 角时 可以通过片
15、簧变形进行调节 如果偏斜 角时 螺母可绕轴线自由转动而不会引起过大的应力 弹性联结结构适用于受力较小的精密螺旋传动 2 弹性联接结构 恢复力F 弹簧力 使联接部分保持经常接触 当滑板1的运动方向与螺杆2的轴线不平行时 通过螺杆端部的球面与滑板在接触处自由滑动 或中间杆3自由偏斜 从而可以避免螺旋副中产生过大的应力 3 活动联接结构 五 影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施 螺旋的传动精度是指螺杆与螺母间实际相对运动保持理论值的准确程度 影响螺旋传动精度的因素主要有 1 制造误差 螺纹参数误差 2 螺杆轴向窜动误差 3 偏斜误差 4 使用中的误差 温度误差 一 螺纹参数误差 在螺纹的各项参
16、数误差中 影响传动精度的主要是螺距误差 中径误差以及牙型半角误差 螺距的实际值与理论值之差称为螺距误差 螺距误差分为单个螺距误差 周期误差 和螺距累积误差 累积误差 单个螺距误差是指螺杆旋转一周 螺母实际位移与理论值之差 它的形式往往呈周期状 主要是在制造过程中 由加工机床本身的精度引起的 主轴晃动 进给螺杆的精度等 它与螺纹的长度无关 对于高精度的螺纹磨床 单个螺距误差可以 0 002mm 1 螺距误差 螺距累积误差是指在螺纹全长范围内 任意两个螺距之间的最大误差 它与螺纹的长度有关 螺纹长度越长 螺距累积误差越大 螺距累积误差是由制造过程中加工机床本身的精度不够 加工中装卡螺杆时位置不正确 主要是螺杆安装与机床导轨运动方向不平行 以及制造过程中室内温度变化等造成的 螺距误差对传动精度的影响是很明显的 若把螺旋副展开进行分析 可清楚地看出 螺杆的螺距误差无论是螺距累积误差还是单个螺距误差都将直接影响传动精度 而螺母的螺距累积误差对传动精度没有影响 它的单个螺距误差也只有当螺杆也有单个螺距误差时才会引起传动误差 因此在精密螺旋传动中 对螺杆的精度比对螺母的精度要求高一些 螺杆和螺母在大
