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1、 第十六章 螺旋传动 内容简介 本章介绍了螺旋传动的类型及应用。重点阐述 了滑动螺旋传动的设计计算，由于其工作条件及对 传动要求的不同，失效形式也不同，因此要选择不 同的设计准则进行设计，以确定螺旋传动的参数， 然后根据工作条件，进行必要的验算，以满足工作 要求。 本章还介绍了滚动螺旋的类型和设计计算及设 计中应注意的问题。滚动螺旋的设计计算实际上是 选用计算，根据工作条件和使用要求首先选定类型 及基本参数，然后进行验算。 学习要求 : 掌握螺旋传动的类型及应用； 掌握滑动螺旋传动的设计计算方法； 了解滚动螺旋传动的计算特点 。 本章 重点 : 滑动螺旋传动的设计计算方法 第一节 螺旋传动的应
2、用和分类 第二节 滑动螺旋传动 第三节滚动螺旋传动 文献阅读指南 思考题和习题 第一节 螺旋传动的应用和分类 学习要求： 对螺旋传动的类型及应用有一个概括的了解。 螺旋传动是利用螺纹副来传递运动和动力的，其 主要功能是将回转运动变为直线运动，同时传递动 力。 螺旋传动按其用途可以分为以下三类： 传力螺旋 导螺旋传 调整螺旋 螺旋传动的应用和分类 传力螺旋： 所谓传力螺旋是指以传递力为主螺旋传动。如图 16 16种螺旋主要承 受很大的轴向力，一般为间歇工作，每次工作时间较 短，工作速度也不高，并具有自锁能力。 传导螺旋： 以传递运动为主，并要求有较高的传动精度，有 时也承受较大的轴向力的螺旋为传
3、导螺旋。如图 16- 1导螺旋常在较长的 时间内连续工作，工作速度较高。 螺旋传动的应用和分类 16旋传动的应用和分类 第二节 滑动螺旋传动 滑动螺旋传动 学习要求 掌握滑动螺旋传动的失效形式和滑动螺旋传动的 设计计算方法。 本节阐述了滑动螺旋传动的设计计算，由于其工 作条件及对传动要求的不同，失效形式也不同，因此 要选择不同的设计准则进行设计，以确定螺旋传动的 参数，然后根据工作条件，进行必要的验算，以满足 工作要求 。 滑动螺旋传动的失效形式和常用材料 滑动螺旋传动的设计计算 滑动螺旋传动 滑动螺旋传动的失效形式和常用材料： （一）滑动螺旋传动的失效形式 1螺纹磨损 2螺杆及螺母螺纹牙的塑
4、性变形或断裂 3螺杆失稳 4螺距变化 滑动螺旋传动，除以上的失效形式外，对于高速 的长螺杆，应验算其临界转速，以防止产生过度的横 向振动；要求螺旋自锁时，应验算其自锁条件。 滑动螺旋传动 螺纹磨损： 滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向拉力（或压 力），同时螺杆与螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动，因此 螺纹磨损是其主要失效形式。 螺杆及螺母螺纹牙的塑性变形或断裂： 对于受力较大的传力螺 旋，螺杆受到拉力（或压力），而螺纹牙则会受到剪力和弯矩 的作用，会引起螺杆和螺纹牙的塑性变形或断裂。 螺杆失稳： 长径比很大的螺杆，受压后会引起侧弯而失稳 . 螺距变化： 精密的传导螺旋，受力后螺杆螺距要发生变化
5、，而 引起传动精度的降低，因应根刚确定。 （二）常用材料 根据螺旋传动的受载情况及失效形式，选择螺旋传动的材 料时可参考表 16 滑动螺旋传动 滑动螺旋传动的设计计算 滑动螺旋传动是根据其主要的失效形式来确定设计计算，下 面主要介绍耐磨性计算和几项常用的验算计算方法： 1 耐磨性计算 由耐磨性要求来确定滑动螺旋的基 本尺寸 （螺杆直径与螺母高度）。滑动螺旋的磨损与 螺纹工作面上的 压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度及 润滑状态等因素有关。 一般螺母材料比螺杆材料软，所以磨损主要发生在螺母螺纹表 面。耐磨性计算主要限制螺纹工作面上的压力 p，使其小于材 料的许用压力 p。 如图 16设作用于螺杆上的
6、轴向力为 F，被旋合的 螺纹工作表面均匀承受，则其工作面上的耐磨条件为 p (16 滑动螺旋传动 16 滑动螺旋传动 式中， 螺纹的中径； ； p为许用压力，见表 16 式 (16于校核计算。为了导出设计计算式，令 = H / 代入式（ 16整理后可得： (16对于矩形和梯形螺纹，取 h = 齿形螺纹，取 h = 母高度 H = (16式中 ，对于整体螺母，由于磨损后，间隙不能调整， =于剖分式螺母， = 动精度较 高，要求寿命较长时，允许取 = 4。 滑动螺旋传动 螺杆受有轴向载荷 F，旋合圈数为 Z，假设各圈螺纹受载相 等，则每圈螺纹承受的载荷为 F/Z，作用于螺纹中径上。将螺母 一圈螺纹
7、展开，则可看作宽度为 图 16示。 螺纹牙危险截面的抗剪强度条件为 (16螺纹牙危险截面的抗弯强度条件为 b (16式中， 于矩 形螺纹， b = 于梯形螺纹， b = 于锯齿形 D 6滑动螺旋传动 16动螺旋传动 螺纹， ， 臂， ， 为许用切应力（ 见表 16 为许用弯曲应力（ 见表 16 3螺杆的强度计算 螺杆工作时承受轴向拉力（或压力） 的联合作 用，根据第四强度理论求出其危险截面的当量应力，强度条件 为 (16式中， 2 b2 ta n ( )2 滑动螺旋传动 v = v， 当量摩擦因数 ， ， 为螺纹牙型角 ， 摩擦因数 见 表 16为许用应力 （ ） 见表 16 4受压螺杆的稳定
8、性计算 对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力超过某一临界值 时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而失稳，故需验算其稳定性， 螺杆稳定性条件为 (16式中， 全因数， 4； 杆的临界载荷。 c o s 2v 滑动螺旋传动 为求螺杆的临界载荷 先计算螺杆的长细比 式中， 为螺杆长度系数，与螺杆端部结构 有关，见 表 16 式 中，螺杆危险截面轴惯性矩 ，螺杆危险截面面 积 ，将 A、 。 求得 后，按 的大小选择下列公式计算 （ 1）当 80 90时，临界载荷按欧拉公式计算 (16（ 2）当 80 90时，按下式计算对未淬火钢 90时 a64 414 21412(a滑动螺旋传动 (16 对 淬火钢 (16（
9、 3）对于 40，优质碳素钢 60时，不必校核螺杆的稳定性。 式中， E = 104（ 为螺杆长度系数，见表 16 若上式计算不满足螺杆稳定条件，应适当增大螺杆小径。 除上述计算外，对于高精度的螺旋传动，应进行螺杆的刚度计 算；对于高速旋转的螺旋还应校核其临界转速。 12 8540 0 0 0 212 第三节 滚动螺旋传动 滚动螺旋传动 学习要求 : 了解滚动螺旋的类型和设计计算及设计中应注意的问题。 滚动螺旋是一定型产品，由专门生产厂家制造，应用中关键 是根据实际工作情况，正确选择其类型和尺寸，其设计计算为 校核计算。滚动螺旋传动已在数控机床和机器人中得到广泛应 用。 工作原理及结构类型 主
10、要参数及标注方法 滚动螺旋副的选用计算 设计中应注意的问题 滚动螺旋传动 一、工作原理及结构类型 1工作原理 滚动螺旋传动又称滚动丝杠副或滚动丝杠传动， 其螺杆与旋合螺母的螺纹滚道间置有适量滚动体（绝 大多数滚动螺旋采用钢球，也有少数采用滚子），使 螺纹间形成滚动摩擦。在滚动螺旋的螺母上有滚动体 返回通道，与螺纹滚道形成闭合回路，当螺杆（或螺 母）转动时，使滚动体在螺纹滚道内循环，如图 16示。由于螺杆和螺母之间为滚动摩擦，从而提高了 螺旋副的效率和传动精度。 滚动螺旋传动 16滚动螺旋传动 2结构类型及特点 根据螺纹滚道截面形状和滚动体在滚道中的循环 方式对滚动螺旋进行分类。 （ 1）螺纹滚
11、道法向截面形状有矩形、单圆弧和双圆弧 三种，如图 16形截面，制造简单，接 触应力高，只用于轴向载荷小，要求不高的传动； 单圆弧截面可用磨削得到较高的加工精度，有较高 的接触强度，为保证接触角 = 45，必须严格控 制径向间隙；双圆弧截面，加工较复杂，但有较高 的接触强度，理论上轴向间隙和径向间隙为零，接 触角稳定。 （ 2）钢球的循环方式有内循环和外循环两种。 滚动螺旋传动 16滚动螺旋传动 1）内循环方式如图 16-4 b），在螺母上开有侧孔，孔内镶有返 向器，将相邻两螺纹滚道联接起来，钢球从 螺纹滚道进入返 向器，越过螺杆牙顶进入相邻螺纹滚 道，形成循环回路。该 种循环方式，螺母径向尺寸较小，和滑动螺旋副大致相同。钢 球循环通道短，有利于减少钢球数量，减小摩擦损失，提高传 动效率，但返向器回行槽加工要求高，不适宜重载传动。 2）外循环方式分为螺旋槽式和插管式，如图 1
