第五章 螺紋連接及螺旋傳動

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(xué)時課程本章重點(diǎn)：本章難點(diǎn)：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(shè)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(shè)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(xué)時課程螺桿與螺母的相對運(yùn)動關(guān)系式為：

螺旋傳動在精密機(jī)械中廣泛應(yīng)用，它主要是通過螺桿與螺母的相對運(yùn)動，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)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(yùn)動，而連接主要考慮扭矩和摩擦力之間的平衡關(guān)系。§5—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(diǎn)：降速傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動精度高。具有增力作用。能自鎖，當(dāng)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)。常用于機(jī)床進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)和測量儀表中的螺旋測微機(jī)構(gòu)。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(yùn)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(jī)構(gòu)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(qiáng)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(jī)構(gòu)（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(qiáng)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(yùn)動并使K平面始終通過圓柱體軸線YY-這樣就構(gòu)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(xì)牙螺紋——同樣的公稱直徑下，螺距最小，自鎖性好，適于薄壁細(xì)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(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離5）導(dǎo)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(yīng)兩點(diǎn)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(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)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(diǎn)與應(yīng)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(xì)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(diǎn)與應(yīng)用

1、應(yīng)用

：螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動將直線運(yùn)動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動，同時傳遞運(yùn)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(diǎn)：低速、間歇工作，傳遞軸向力大、自鎖2）傳導(dǎo)螺旋——機(jī)床進(jìn)給匯杠—傳遞運(yùn)動和動力特點(diǎn)：速度高、連續(xù)工作、精度高3）調(diào)整螺旋——機(jī)床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。特點(diǎn)：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(gòu)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(diǎn)：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(dāng)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(diǎn)：傳動效率高（可達(dá)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(yùn)動效率相同，可實(shí)現(xiàn)逆?zhèn)鲃印Ｈ秉c(diǎn)：不自鎖，需附加自鎖裝置，抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)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(jìn)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(diǎn)：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(gòu)復(fù)雜（需密封），需一穩(wěn)壓供油系統(tǒng)、成本較高。適用于精密機(jī)床中進(jìn)給和分度機(jī)構(gòu)

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

千斤頂?shù)湫徒Y(jié)構(gòu)

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(shè)計計算時要考慮以下幾方面的內(nèi)容：3、剛度計算

4、強(qiáng)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(shè)計計算

第四節(jié)滑動螺旋傳動的設(shè)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)?。?.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(hù)螺桿，通常選用較軟材料加工。螺桿：強(qiáng)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(shè)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(qiáng)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(dāng)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(shè)計公式：

耐磨性計算：

螺紋副材料滑動速度，m/min許用壓強(qiáng)，MPa螺紋副材料滑動速度，m/min許用壓強(qiáng)，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(qiáng)[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(shè)計計算螺桿的強(qiáng)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(yīng)力與扭剪應(yīng)力的復(fù)合作用∴按彎扭復(fù)合強(qiáng)度條件計算——第四強(qiáng)度理論

第四節(jié)滑動螺旋傳動的設(shè)計計算螺母的螺紋牙強(qiáng)度計算：

由于螺母材料的強(qiáng)度通常低于螺桿材料的強(qiáng)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(qiáng)度條件為：剪切強(qiáng)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(shè)計計算螺桿的穩(wěn)定性計算：當(dāng)螺桿較細(xì)長且受較大軸向壓力時，可能會雙向彎曲而失效，螺桿相當(dāng)于細(xì)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(dǎo)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(shè)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(shí)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(gòu)c.彈性雙螺母結(jié)構(gòu)（包括塑料螺母）利用雙螺母軸向預(yù)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(dāng)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(fù)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(jī)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(diǎn)。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(dāng)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(diǎn)

滾珠螺旋傳動除具有螺旋傳動的一般特點(diǎn)(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(diǎn)：(1)傳動效率高，一般可高達(dá)90％以上，大約是滑動螺旋傳動效率的三倍。(2)經(jīng)調(diào)整預(yù)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(hù)簡單。(4)不能自鎖，傳動具有可逆性，當(dāng)用于垂直升降傳動時，需采用防止逆轉(zhuǎn)裝置。(5)結(jié)構(gòu)、工藝比較復(fù)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(gòu)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(dǎo)入通向螺旋槽的孔中而構(gòu)成循環(huán)。這種結(jié)構(gòu)形式稱為螺旋槽式。如用彎管代替螺旋槽式中的凹槽，構(gòu)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(gòu)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(yīng)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(fù)荷能力也較高。但它的反向器結(jié)構(gòu)復(fù)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(fù)雜，但可使螺母軸向尺寸較小。兩種循環(huán)方式各有特點(diǎn)，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)。