11螺旋传动

剖面α-α的剪切强度条 件为：

Fa [ ] Dbn
3）螺杆的强度计算 螺杆工作时同时受轴面压力（拉力）Q与扭矩T的作 用，截面受拉（压）应力与扭剪应力的复合作用。
4 Fa 2 T 2 ca 3 ( 2 ) 3( ) [ ] 3 d1 0.2d1
2 2
4）自锁性验算
2.3.2 传力螺旋设计
1）耐磨性计算 滑动螺旋中磨损是最主要的一 种失效形式，它会引起传动精度下 降、强度下降。 磨损的影响因素：工作面的比 压，螺纹表面质量，滑动速度和润 滑状态。 所以耐磨性计算主要限制螺纹 工作面上比压 P要求小于材料的许用 比压。
耐磨性条件：
P Fa Fa [ P] A d 2 hn
2.2 滑动螺旋传动的类型与应用
1）螺母固定，螺杆转动并移动 工作时，螺杆在螺母左右两个极端位置所占据的长度 大于螺杆行程的2倍。这种型式结构简单，消除了采用螺杆 支承可能产生的轴向跳动，对提高传动精度是有利的，其 缺点是轴向空间较大，刚性较差，因此仅适用于行程较短 的场合。
螺旋千斤顶是一种传 力螺旋，能以较小的转矩 获得很大轴向力滑动摩擦 螺旋螺母转动，螺杆直线 移动。
(1)螺距P的确定 螺距的数值已经标准化了，因而只能从标准中选取。 选取时，应考虑螺杆与螺母转过一周所需位移的大小、是 否要求自锁、传动精度等因素。
要求位移大时，可选取较大的螺距或多头螺纹；
要求位移小或自锁时，可选细牙螺纹； 要求高的传动精度，则应采用单头螺纹。
(2)螺杆公称直径d的确定 受力较小的传动螺旋和示数螺旋一般都不用进行强度 计算，可根据需要和结构情况按标准选定。 (3)螺杆长度的确定
3）静压螺旋 向螺旋副注入压力油，使螺纹工作面被油膜分开的螺 旋称为静压螺旋。 这种螺旋磨损小，传动效率高，工作寿命长。但结构 较复杂，需要一套供油装置，仅用于高效率要求场合。
§12-2 滑动螺旋传动
2.1 滑动螺旋传动的特点
1）精度较高
能够准确地调整直线运动的距离和位置。常用于精密机械 和测量仪器，特别适用于一些机构的微细调节。
L np arctg arctg v d 2 d 2
5）螺杆的稳定性计算 当螺杆较细长且受较大轴向压力时，可能会双向弯曲 而失效,螺杆相当于细杆，螺杆所承受的轴向压力F小于其 临界压力Fca 。
2 EI 105 d14 Fac 2 ( L) ( L) 2
Fac—螺杆失稳时的临界载荷；
3.3 滚动螺旋传动的结构形式
1）内循环螺旋传动 内循环方式是在螺母上开有侧孔，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回器， 越过螺杆牙顶进入相邻螺纹滚道，形成循环回路。 内循环式滚动螺旋传动， 径向尺寸小，结构紧凑，滚珠 滚畅性好，故传动效率高。但 是，反向器的制造工艺复杂， 它的滚道是一一个空间高次曲 线，难以精确加工。
令H/d2=φ，则有校核公式：
P Fa p Fa p [ P] 2 d 2 hn d 2 h
设计公式：
d2 Fa P h[ P]
2）螺纹牙强度计算
由于螺母材料的强度通常低于螺杆材料的强度，因 此螺纹牙受剪和弯曲均在螺母上。
螺纹牙根部危险剖面的变曲强度条件为：
b
3Fa h M [ b ] 2 W Dnb
2）传动比大
将定轴转动转换为速度较低的直线运动。
3）增力显著
对于水平推力的运动机构也能在任意位置得到精确定 位如水平运动的机床工作台进给机构夹紧装置。
4）传动平稳﹐无噪音，能够实现自锁 螺纹升角小，使得摩擦力的轴向分力大于正压力的轴 向分力，发生自锁
5）摩擦磨损大，效率较低
效率30%～40%，易磨损。
1.2 螺旋传动的类型 1.2.1 螺旋传动按其用途分类
1 ）传导螺旋传动（示数螺旋传动）：以传递运动为 主，要求有较高的传动精度； 2 ）传力螺旋传动：以传递动力为主，一般要求用较 小的转矩产生较大的轴向力。传力螺旋多用在工作时间短、 速度较低的场合，通常需要有自锁能力； 3 ）普通螺旋传动：对强度、精度以及刚度均无高要 求，只是作为一般驱动、调整用。
2）外循环滚珠丝杠 滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环称为外循环。在 这种结构中，螺母上钻有一个纵向通孔作为滚珠返回通道， 螺母两端装有铣出短槽的端盖，短槽端部与螺纹滚道相切， 便于滚珠进入，形成回路。
3）主要参数 滚动螺旋的主要参数包括公称直径 do（即钢球中心所 在圆柱直径）、导程Ph,、螺纹旋向、钢球直径Dw、接触角 α（滚动体合力作用线和螺旋轴线垂直平面间的夹角）、 负载钢球的圈数和精度等级等 。 GB/T17587.3-1998规定了公称直径为6～200mm、适用 于机床的滚动螺旋副和性能要求等，精度分为 7 个等级， 即1、2、3、4、5、7和1 0级；其中1级精度最高，10级精 度最低，其他机械可参照选用 。
§12-3 滚动螺旋传动
在螺杆和螺母之间设有封闭循环的滚道，在滚道间填 充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，提高传动效 率，这种传动称为螺旋传动，又称为滚珠丝杠副。
3.1 滚动螺旋的特点
滚动螺旋的优点： 1）滚动摩擦系数小，传动效率高90～95%； 2）启动扭矩接近运转扭矩，仅为滑动螺旋传动的30% 左右，工作较平稳； 3 ）磨损小且寿命长，可用调整装置调整间隙，传动 精度与刚度均得到提高； 4）不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动。
Fac s Fa max
Famax—最大轴向载荷； S —螺杆稳定许用安全系数 ①传导螺旋S=2.5～4.0； ②传力螺旋S=3.5～5.0； ③精密螺杆或水平螺杆S>4
Hale Waihona Puke 2.4 传动螺旋回差调整由于螺旋副中存在间隙，因此当螺旋传动需要反向运 动时，螺杆需要转动一定角度才能开始移动，这被称为是 螺旋传动的回差。
回差见直接影响到螺旋传动的运动精度，在使用过程 中必须要加以消除。
1）径向调节法 a)是开槽螺母，拧紧锁紧螺钉即可使螺母产生径向收 缩，使螺母和螺杆的配合间隙减小。
b)所示为卡簧式螺母结构，其中主螺母1开有三个纵 向槽，拧紧副螺母2使具有锥形头的开槽螺母1产生径向收 缩，以减小螺纹间隙。
c)所示为对开螺母结构，由两个螺钉来调整螺母的径 向收缩，调整螺钉下面有螺旋弹簧，其作用是使压紧力均 匀，并有一定的自动调节作用。
滚动螺旋的缺点：
1）结构复杂，制造困难； 2）在需要防止逆转的机构中，要加字所机构； 3）承载能力不如滑动螺旋传动大。 滚动螺旋多用在车辆转向机构及对传动精度要求较 高的场合。
3.2 滚动螺旋的分类
1）按用途分类 定位滚动螺旋，通过旋转角度和导程控制轴向位移量， 称为P类滚动螺旋。 传动滚动螺旋，用于传动动力的滚动螺旋，称为 T 类 滚动螺旋。 2）按循环方式分类 内循环滚动螺旋 外循环滚动螺旋
2）轴向调节法 a)下图结构由主、副螺母组成。调整时，转动副螺母 使主、副螺母产生相对位移，从而使主、副螺母的螺纹分 别压紧在螺杆螺纹相反的侧面上，从而消除螺杆轴向窜动 的间隙。
b) 用一弹簧向左、右分开主、副螺母，使轴向间隙 消除。副螺母上的小螺钉防止主、副螺母之间的相对转 动 。
3）单面接触法 单面接触法利用弹簧产生单向作用力，使螺纹的工作 表面保持单面接触，从而消除间隙引起的回差 。
4）代号及标注
精度等级 类型(P/T) 承载钢珠圈数 螺纹旋向
公称导程 公称直径 结构特征
预紧方式 循环方式
谢
谢
1.2.2 螺旋机构按螺旋副的摩擦状态分类
1）滑动螺旋 螺旋副做相对运动时产生滑动摩擦的螺旋称为滑动螺 旋。 这种螺旋副常用梯形螺纹或矩形螺纹，其结构简单， 加工方便，机构能自锁，但传动效率低（30%～40%），易 磨损。
2）滚动螺旋 螺旋副做相对运动时产生滚动摩擦的螺旋称为滚动 螺旋。 滚动螺旋的摩擦阻力小，传动效率高可达 90% ，运 动灵敏度高，磨损小，精度易保持。但结构复杂，成本高， 不能自锁,主要用于对传动精度要求较高的场合。
当图中左右两段螺纹旋向相同，而螺距不同时，称为 差动螺旋机构，这种螺旋机构又称为微动螺旋机构，用于 测微计（千分尺）、分度机构、调节机构（镗刀微调机构） 中。 螺杆旋转一周时，两 螺母的相对位移为： s =( lA－lB)φ/2π lA-lB lB A 3 B
lA
2.3 滑动螺旋传动的设计计算
2.3.1 传动螺旋参数确定
2）螺杆转动，螺母移动 这种型式的特点是结构紧凑，刚度较大，适用于工作 行程较长的情况，是一种应用比较广泛的型式
3）其他形式 螺旋传动中还有两类特殊类型 —— 复式螺旋传动和差 动螺旋传动。 当图中左右两段螺纹旋向相反时，称为复式螺旋机构， 用于两螺母快速靠近或离开，比如电杆拉线机构等。 螺杆旋转一周时，两螺 母的相对位移为： s =(lA＋lB)φ/2π
E— 螺 杆 材 料 的 弹 性 模 量 ， 钢 的 弹 性 模 量 E=2.06×l05N/mm2；
I—螺杆危险截面的惯性矩，I= πd14/64 mm4； L—螺杆的最大工作长度；
μ —长度系数，与螺杆支承情况有关；一般支承，取
μ=1，一端固定、一端自由时，取μ=2。 要保证螺杆不失稳要满足以下条件：
螺杆长度应根据所要求的工作行程来确定。若L1为螺 杆螺纹部分长度， L2 为螺杆工作行程， L3 为螺母的高度 （1.5～2d），则L1≥L2 +L3 。
螺杆总长度 L0 与公称直径 d 之间的比值 L0/d 称为长径 比，一般限定L0/d≤25，长径比过大会使螺杆的刚度减小， 在加工或使用过程中会出现因变形产生的误差。
第十二章
螺旋传动
§12-1 概述 §12-2 滑动螺旋传 动 §12-3 滚动螺旋传 动
§12-1
概述
螺旋传动由螺杆、螺母和机架组成，主要用于将回 转运动转换为直线运动，同时传递动力的运动。