精密机械行业设计基础螺旋传动

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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简介第一节 概述 一、螺旋传动：利用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动 二、分类：1、按作用分：（1）示数螺旋传动（2）传力螺旋传动（3）一般螺旋传动 2、按摩擦的性质分：（1）滑动螺旋传动（2）滚动螺旋传动（3）静压螺旋传动第二节 滑动螺旋传动 一、滑动螺旋传动特点：(1)降速传动比大 (2)具有增力作用 (3)能自锁 (4)效率低、磨损快 二、型式及应用:1、螺母固定，螺杆转动并移动 (图91a图92)（1）优点：结构简，能自动消除窜动，易获高精度。（2）缺点：轴向尺寸较大，刚性差。适用于行

2、程短。图9-1 滑动螺旋传动的基本型式图9-2 测微目镜 2、螺杆转动，螺母移动图91b图93（1）优点：结构紧凑，刚度较大，适用于行程较长。（2）缺点：结构较复杂图9-3 测量显微镜纵向测微螺旋 3、差动螺旋传动：（1）原理图94 l=/2（Ph1-Ph2)（2）特点：实现微动或快速移动图9-4 差动螺旋原理三、滑动螺旋传动的计算：1、主要失效形式：1）磨损 2）螺杆的变形 3）螺杆或螺纹牙的断裂等2、耐磨性计算式中：式中：p螺纹工作表面实际平均压强；螺纹工作表面实际平均压强；p许用压强，见表许用压强，见表9-1 轴向载荷；轴向载荷；螺纹中径；螺纹中径；螺母高度；螺母高度；h螺纹工作高度螺纹

3、工作高度令令H=，则上式可写成，则上式可写成表9-1 螺旋副材料的许用压强 3、刚度计算（1）轴向载荷作用（2）转矩作用（图95）逆螺旋方向作用时“+”号，反之取“-”号表9-5 螺距扭转变形图（3）总变形量式中：Fa轴向载荷；T转矩；P螺距 E、G分别为螺杆材料的弹性模量和剪切弹性模量；A、Ip分别为螺杆螺纹段截面面积和极惯性距，梯形螺纹刚度计算中，按螺纹中径d2计算，即表9-2螺杆每米长的螺距累积变化量的允许值。表9-2 螺杆每米长允许螺距变化量4、稳定性验算 式中螺杆最大工作长度；Ia螺杆的截面惯性矩，梯形螺纹螺纹按中径计算 螺杆材料的弹性模量；螺杆材料的弹性模量；u长度系数，与螺杆的支

4、承情况有关。式中m螺杆支承系数，式中 最大轴向载荷；安全系数，=2.54。表9-3 支承系数m 5、强度计算 （1）螺杆的强度计算 螺杆的强度可按第四强度理论进行验算。其计算公式为 式中 螺杆材料的许用应力，（为材料的屈服极限）；d1 螺杆螺纹小径；Fa轴向载荷；T转矩。（2）螺纹强度计算（螺母）螺纹强度计算（螺母）1）剪切强度）剪切强度2）弯曲强度w式中：d螺纹大径（mm）；wb螺纹根部宽度（mm），对于梯形螺纹，b=0.65P；wnH/P；w 分别为螺纹材料的许用剪切应力和许用弯曲应力表 94表9-4 螺母材料的许用应力 6、驱动力矩、效率和自锁的计算（1）驱动力矩w 式中 导程角；w 诱

5、导摩擦角，；w 螺纹表面滑动摩擦系数；表（95）w 螺纹牙型半角；w 螺纹中径。表9-5 摩擦系数f（2）效率 当转动螺母（或螺杆）一转时，所需输人功为 式中 导程 （3）自锁 当驱动力矩T去除后，轴向力Fa变为驱动力。如果螺旋不自锁，则在Fa的作用下将反向加速运动（与Fa同向），此时，其传动效率和转矩分别为：当0，则螺旋自锁，此时v，即 六、消除螺旋传动的空回的方法 1、空回：当螺旋机构中存在间隙，若螺杆的转动方向改变，螺母不能立即产生反向运动，只有螺杆转动某一角度后才能使螺母开始反向运动，这种现象称为空回。2、消除空回的方法（1）利用单向作用力 图92（2）利用调整螺母 1）径向调整法 利

6、用不同的结构，使螺母产生径向收缩，减小空回。图9-13 2）轴向调整法，图914（3）利用塑料螺母消除空回 图915图9-13 螺纹间隙径向调整结构图9-14 螺纹间隙轴向调整结构图9-15 塑料螺母结构第三节滚珠螺旋传动一、组成螺杆、螺母、滚珠和滚珠循环返回装置四部分。图916二、滚珠螺旋传动的特点：图9-16 滚珠螺旋传动工作原理图w1）传动效率高，约为滑动螺旋传动效率的三倍。w2）启动力矩小、颤动及滞后时间。w3）传动精度高。w4）具有传动的可逆性，不能自锁。w5）制造工艺复杂，成本较高，但使用寿命长，维护简单。三、滚珠螺旋传动的结构型式与类型 1、螺纹滚道法向截形（1）接触角滚珠与滚道

7、表面在接触点处的公法线与过滚珠中心的螺杆直径线间的夹角。（2）型式常用的截形有两种，单圆弧形（图917a）和双圆弧形（图917b）。图9-17 滚道法向截形示意图 （3）单圆弧形特点 1）优点：加工简单，易获高精度。2）缺点 接触角易变化，效率、承载能力、刚度均不稳。（4）双圆弧形特点 1）优点：效率、承载能力和轴向刚度较稳定，润滑油易存。2）缺点：加工困难。2、滚珠循环方式 （1）分类：w内循环w外循环 （2）内循环 滚珠在循环过程中始终与螺杆保持接触的循环叫内循环（图918）。列数通常有二四列（即一个螺母上装有24个反向器），一列只有一圈。图9-18 内循环1）优点：滚珠少，滚珠的流畅性好

8、，效率高。径向尺寸小，装配简单。2）缺点：反向器的回珠槽具有空间曲面，加工较复杂。（3）外循环滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环称为外循环。1）分类：外循环可分为：1.螺旋槽式 2.插管式 3.端盖式2）螺旋槽式（图919）1优点结构工艺简单，易于制造，螺母径向尺寸小。2缺点 挡珠器刚度较差，容易磨损。图9-19 螺旋槽式外循环3）插管式（图9-20）1优点：结构简单，工艺性好，适于批量生产 2缺点：径向尺寸较大，用弯管时端部作挡珠器，则耐磨性较差。图9-20 图9-21 4）端盖式（图921）1优点：结构紧凑，工艺性好 2缺点：滚珠通过短槽时容易卡住 3、消除轴向间隙的调整预紧方法图922（1

9、）垫片调隙式（图923）优点结构简单，可靠性高，刚性好。缺点 精确调整比较困难，且当滚道磨损时不能随意调整，除非更换垫圈。图9-22 图9-23 （2）螺纹调隙式（图924）优点：结构紧凑，工作可靠，调整方便。缺点：不很精确。图9-24 螺纹调整式 （3）齿差调隙式（图925）优点：调整精度很高，工作可靠。缺点：结构复杂，加工工艺和装配性能较差。图9-25 齿差调隙式 三、滚珠螺旋副的精度、代号和标记方法 1、类型 P类定位滚珠螺旋副和T类传动滚珠螺旋副。2、精度等级，即l、2、3、4、5、7和10级。l级精度最高，依次递减。3、滚珠螺旋副的代号和标记方法 表9-9一表9-11。图9-9图9-11第四节静压螺旋传动简介 一、静压螺旋传动的工作原理图9-26 二、静压螺旋传动的特点 1）摩擦阻力小，效率高（可达99）。2）寿命长。螺纹表面不直接接触，能长期保持工作精度。图9-26 静压螺旋传动原理 3）传动平稳，低速时无爬行现象。4）传动精度和定位精度高。5）具有传动可逆性，必要时应设置防止逆转机构。6）需要一套可靠的供油系统，并且螺母结构复杂，加工比较困难。