螺旋传动设计机械设计工程师培训

1、螺纹的形成螺纹的形成 一、螺纹一、螺纹 dd大径大径d d1 1 小径小径d d2 2中径中径PP螺距螺距SS导程导程 升角升角 牙型角牙型角 牙侧角牙侧角 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 三角形螺纹三角形螺纹 矩形螺纹矩形螺纹 梯形螺纹梯形螺纹 1 1）三角形螺纹（普通螺纹）三角形螺纹（普通螺纹） 牙牙型为三角形，型为三角形，牙型角牙型角6060。牙根厚，强度牙根厚，强度 高，对中性能好。当量摩擦角大，易自锁。同一高，对中性能好。当量摩擦角大，易自锁。同一 公称直径分粗牙和细牙，粗牙用于一般联接，细公称直径分粗牙和细牙，粗牙用于一般联接，细 牙螺纹螺距小，升角小，自锁性能好，多用于薄牙螺纹螺距小，升角

2、小，自锁性能好，多用于薄 壁零件联接和测微装置。壁零件联接和测微装置。 2 2）梯形螺纹梯形螺纹 牙型角为牙型角为3030，牙根强度高，对中性好，牙根强度高，对中性好，是是应用应用 最为广泛的传动最为广泛的传动螺纹螺纹。 3 3）矩形螺纹矩形螺纹 牙型角为牙型角为0 0，传动效率高，牙根强，传动效率高，牙根强 度低，加工困难，对中性差。常用于力度低，加工困难，对中性差。常用于力传动。传动。 矩形螺纹没有标准，对公制矩形螺纹的直径与螺距矩形螺纹没有标准，对公制矩形螺纹的直径与螺距 可按梯形螺纹的直径和螺距选择。可按梯形螺纹的直径和螺距选择。 4 4）锯齿型螺纹）锯齿型螺纹 两侧牙型角分别为两侧牙

3、型角分别为3 3和和3030，3 3的一侧用来承受的一侧用来承受 载荷载荷, ,可得到较高效率；可得到较高效率；3030一侧用来增加牙根强一侧用来增加牙根强 度度, ,适用于单向受载的传动螺纹。适用于单向受载的传动螺纹。 牙 型 三角形螺纹（M） 梯形螺纹（Tr） 矩形螺纹（Tr） 锯齿形螺纹 主要用于 联接 主要用于 传动 根据螺旋线绕行方向分为：根据螺旋线绕行方向分为： 右旋螺纹右旋螺纹 左旋螺纹（左旋螺纹（车床溜板箱、煤气罐开关、车床溜板箱、煤气罐开关、 自行车中轴）自行车中轴） 单线螺纹单线螺纹 双线螺纹双线螺纹 多线螺纹多线螺纹 根据螺旋线数目分为：根据螺旋线数目分为： 二、螺旋传动

4、的概述二、螺旋传动的概述 螺旋传动是精密机械中常用的一种传动型式。 它是利用螺杆与螺母的相对运动，将旋传运动 变为直线运动。 其运动关系为 2 h P l 螺旋传动螺旋传动按其在精密机械中的作用，可分为：按其在精密机械中的作用，可分为： 调整螺旋调整螺旋 传力螺旋传力螺旋 传导螺旋传导螺旋 用以调整、固定零件的相对位置，如机床、用以调整、固定零件的相对位置，如机床、 仪器及测试装置中的微调机构的螺旋。调整螺仪器及测试装置中的微调机构的螺旋。调整螺 旋不经常转动，一般在空载下调整。旋不经常转动，一般在空载下调整。 （1）调整螺旋）调整螺旋 测微目镜示数螺旋传动 转动手轮6，螺杆3转动并移动，因而

5、推动分划板框2移动， 螺杆的移动距离即分划板的移动距离，并直接从刻度套筒4和5中 读出。 它以传递动力为主，要求以它以传递动力为主，要求以 较小的转矩产生较大的轴向推力，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。传力螺旋传动承具有自锁能力。传力螺旋传动承 受的载荷较大受的载荷较大，因此要有足够的因此要有足

6、够的 强度。强度。 （2）传）传力螺旋力螺旋 小小 型型 车车 床床 它以传递运动为主，有时也承受较大的轴向它以传递运动为主，有时也承受较大的轴向 载荷，如机床进给机构的螺旋等。传导螺旋常需载荷，如机床进给机构的螺旋等。传导螺旋常需 在较长的时间内连续工作，工作速度较高在较长的时间内连续工作，工作速度较高因此因此 要求具有较高的传动精度。要求具有较高的传动精度。 （3）传导螺旋）传导螺旋 1 1）滑动螺旋传动）滑动螺旋传动 2 2）滚动螺旋传动）滚动螺旋传动 3 3）静压螺旋传动）静压螺旋传动 螺旋传动螺旋传动按按其按接触面间摩擦的性质分为其按接触面间摩擦的性质分为: 滑动螺旋滑动螺旋 滑动螺

7、旋结滑动螺旋结 构简单，便于制造，易构简单，便于制造，易 于自锁，应用范围较广。于自锁，应用范围较广。 但主要缺点是摩擦阻力但主要缺点是摩擦阻力 大，传动效率低（一般大，传动效率低（一般 为为30%30%40%)40%)，磨损快，磨损快， 传动精度低。传动精度低。 滚动螺旋滚动螺旋 滚动螺旋传动具有传动效率高、启动力矩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。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缺点是制

8、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。处理及磨削工艺质量，刚性和抗振性能较差。 静压螺旋静压螺旋 为了降低螺旋传动的摩擦，提高传动效率，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。理应用于螺旋传动中，制成静压螺旋。 第二节第二节 滑动螺旋传动滑动螺旋传动 降速传动比大降速传动比大 螺距一般很小，在转角很大的情况下，能获得很小 的直线位移量，可大大缩短机构的传动链； 结构简单、紧凑、传动精度高，工作平稳。 具有增力作用具有增力作用 只要

9、给主动件一个较小的转矩，从动件即获得较大 的轴向力 能自锁能自锁 螺旋线升角小于摩擦角时，螺旋传动具有自锁作用。 效率低、磨损快效率低、磨损快 螺旋工作面为滑动摩擦，传动效率低（3040 ），磨损快，不适于高速和大功率传动。 一、滑动螺旋传动的特点一、滑动螺旋传动的特点 二、滑动螺旋传动的型式及应用二、滑动螺旋传动的型式及应用 n（1 1）螺母固定，螺杆转动并移动）螺母固定，螺杆转动并移动 n（2 2）螺杆转动，螺母移动）螺杆转动，螺母移动 n（3 3）螺母转动，螺杆移动）螺母转动，螺杆移动 n（4 4）螺杆固定，螺母转动并移动）螺杆固定，螺母转动并移动 （1 1）螺母固定，螺杆转动并移动）螺

10、母固定，螺杆转动并移动 螺旋起重器螺旋起重器 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。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。因此仅适用于上螺母高度），刚性较差。因此仅适用于行程短行程短 （25mm）的情况。的情况。 测微目镜测微目镜 （2 2）螺杆转动，螺母移动）螺杆转动，螺母移动 这种传动型式的特点是结

11、构紧凑（所占轴向尺寸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。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，因此适用于工作尺寸几乎可缩为前者的一半，因此适用于工作行程较行程较 长长的情况。但这种结构需要两个支承，同时要限制螺的情况。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。母转动，结构比较复杂，不利于提高传动精度。 这种传动型式需要限制螺杆转动和螺母移动，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

12、占空间又较大，应用较少。结构比较复杂，所占空间又较大，应用较少。 n（3 3）螺母转动，螺杆移动）螺母转动，螺杆移动 这种传动型式，结构复杂、紧凑，但在多这种传动型式，结构复杂、紧凑，但在多 数场合下使用不方便，应用较少。数场合下使用不方便，应用较少。 n（4 4）螺杆固定，螺母转动并移动）螺杆固定，螺母转动并移动 三、滑动螺旋传动的计算三、滑动螺旋传动的计算 滑动螺旋传动的失效形式滑动螺旋传动的失效形式 螺纹的磨损螺纹的磨损 螺杆的变形螺杆的变形 螺杆或螺纹牙的断裂螺杆或螺纹牙的断裂 滑动螺旋传动的计算滑动螺旋传动的计算 耐磨性耐磨性 刚度刚度 稳定性稳定性 强度强度 驱动力矩、效率、自锁驱

13、动力矩、效率、自锁 四、滑动螺旋传动的设计原则四、滑动螺旋传动的设计原则 （一）传动型式的选择（一）传动型式的选择 （二）螺纹类型的确定（二）螺纹类型的确定 示数螺旋传动多采用三角形螺纹，传力螺旋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。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，应使螺杆的和螺母最好选用不同的材料，同时，应

14、使螺杆的 硬度高于螺母的硬度，以保护价格较贵和对传动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。精度影响较大的螺杆。 n（三）螺旋副材料的确定（三）螺旋副材料的确定 螺杆的材料一般可选螺杆的材料一般可选A5、45、50号钢，调质处理；号钢，调质处理； 对于重要传动，要求耐磨性高，可选用对于重要传动，要求耐磨性高，可选用T10、T12、 65Mn、40Cr、18CrMnTi等，淬火处理等，淬火处理HRC50； 对于示数螺旋，要求热处理后有较好的尺寸稳定性，可对于示数螺旋，要求热处理后有较好的尺寸稳定性，可 选用选用9Mn2V等合金工具钢及等合金工具钢及GCr15、 GCr15

15、SiMn 等滚动轴等滚动轴 承钢，淬火处理承钢，淬火处理HRC55 。 螺母的材料，一般可选用锡青铜、黄铜、聚乙烯、尼龙螺母的材料，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、球墨铸铁和耐磨铸铁等；重载时可选用铝青铜或铸造黄铜、球墨铸铁 和和45号钢。号钢。 螺旋传动的主要参数有：螺杆直径和长度、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。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类比的方法确定。但对于重要传动进行必要的 校核计

16、算。校核计算。 n（四）主要参数的确定（四）主要参数的确定 1.主要主要参数：参数： 螺杆直径和长度螺杆直径和长度 螺距螺距 螺旋线头数螺旋线头数 螺母高度螺母高度 2.确定方法确定方法 参照同类机构，用类比的方法确定参照同类机构，用类比的方法确定 对于重要传动，进行必要的校核计算对于重要传动，进行必要的校核计算 n（四）主要参数的确定（四）主要参数的确定 3.注意的问题 螺杆螺纹部分的长度Lw 保证整个工作行程Lg内与螺母正确旋合为原则，尽 可能短。 一般LwLg+H（螺母高度） 螺杆直径 为保证螺杆的刚度，直径选大些，并使L（长度） /d1（螺纹小径）25； 如果L/d125，对受压螺杆应

17、进行稳定性验算。 螺距 测微螺旋中，螺距应取标准值。 螺纹头数 为避免周期误差，应选单头螺纹。 只有在转角小而要获得大位移的情况下，才采用多 头螺纹。 普通螺纹普通螺纹 公差公差（GB/T 1972003） 普通螺纹的公差制结构：普通螺纹的公差制结构： n（五）螺纹公差（五）螺纹公差 公差带大小公差带大小 螺纹精度螺纹精度 公差带公差带 旋合长度旋合长度 公差等级公差等级 基本偏差基本偏差公差带位置公差带位置 螺距的累积误差一般随螺纹扣数的增多而增大。螺距的累积误差一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，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

18、在多大的必须规定公差带在多大的旋合长度旋合长度范围内有效，范围内有效， 即要考虑即要考虑公差带与旋合长度公差带与旋合长度两个因素。两个因素。 旋合长度分短、中等和长等三组，代号分别为旋合长度分短、中等和长等三组，代号分别为 S、N和和L。一般情况下，多按中等长度考虑。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，（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。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）和基本偏差将不同的公

19、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（公差带位置）组合，可得各种公差带，公差带代 号由表示号由表示公差等级的数字和表示基本偏差的字母公差等级的数字和表示基本偏差的字母组组 成，如成，如7H、8g。 M10； M101； 为了有利于生产，尽量减少刀具、量具的为了有利于生产，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。规格和数量。一般应采用国标规定的公差带。 v 直径直径10mm10mm，螺距，螺距1.5mm1.5mm，中径顶径公差带为，中径顶径公差带为6H6H的的 内螺纹内螺纹：M10M106H6H v 直径直径10mm10mm，螺距，螺

20、距1mm1mm， 中径顶径公差带为中径顶径公差带为6g6g的的 外螺纹外螺纹：M10M101 16g6g 例：例：M20 X 2 M20 X 2 左左6H/5g6g6H/5g6gS S 旋合长度旋合长度 外螺纹顶径公差带外螺纹顶径公差带 外螺纹中径公差带外螺纹中径公差带 内螺纹中径和顶径公差带内螺纹中径和顶径公差带 左旋左旋 螺距螺距 公称直径公称直径 牙型代号牙型代号 螺纹副螺纹副 中等旋合长度、中等旋合长度、6级公差为中等精度，级公差为中等精度，6级公差是级公差是 基本级基本级，使用最多。内、外螺纹的公差带可以任意组，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

21、带在表中所处位合，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。置一一对应。在满足设计要求的前提下。 尽量选用带尽量选用带* 的公差带。的公差带。 为了确保有足够的接触高度，为了确保有足够的接触高度， 内、外螺纹最好组内、外螺纹最好组 成成Hg、Hh 或或Gh 的配合。的配合。Hh配合的最小间隙配合的最小间隙 为零，一般多采用此种配合；为零，一般多采用此种配合； Gh 、Hg配合具有配合具有 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。在需涂镀保护层的螺纹及在高温状

22、态下工作的螺纹。 机床中的传动丝杠、螺母副，常用牙型角为机床中的传动丝杠、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。的梯形螺纹，其基本牙型有相应的标准规定。 JB2886-92是机床梯形螺纹丝杠、螺母精度标准，是机床梯形螺纹丝杠、螺母精度标准， 该标准根据用途和使用要求，规定有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，七个精度等级，3级最高，依次降低。为级最高，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，还单独径、中径和小径公差和牙型半角公差外，还

23、单独 规定了丝杠的螺距公差。规定了丝杠的螺距公差。 五、影响螺旋传动精度的因素及提高传动五、影响螺旋传动精度的因素及提高传动 精度的措施精度的措施 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。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：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）制造误差（螺纹参数误差） （2）螺杆轴向窜动误差）螺杆轴向窜动误差 （3）偏斜误差）偏斜误差 （4）使用中的误差（温度误差）使用中的误差（温度误差） （一）螺纹参数误差（一）螺纹参数误差 在螺纹的各项参数误差中，影响传动精度在螺

24、纹的各项参数误差中，影响传动精度 的主要是的主要是螺距误差、中径误差以及牙型半角误螺距误差、中径误差以及牙型半角误 差差。 螺距的实际值与理论值之差称为螺距误差。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）。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（主轴制造过程中，由加工机床本身的精度引起的（主轴

25、晃动、进给螺杆的精度等），它与螺纹的长度无关。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，单个螺距误差可以对于高精度的螺纹磨床，单个螺距误差可以 螺母强度 验算螺母螺纹强度 。表应力和许用弯曲应力，螺纹材料的许用剪切、 ；旋合扣数， ，螺纹根部宽度 ；螺纹大径 弯曲强度 剪切强度 则螺母螺纹强度验算： 的径向间隙，忽略螺杆与螺母之间作用于螺纹中径设轴向载荷 316 / 3 2 2 b b a b a a PHnn mmb mmd ndb hF dbn F dF （五）驱动力矩、效率和自锁计算（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对于传

26、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。确定原动机的功率和螺旋副的自锁条件。 螺纹中径。 螺纹牙型半角； ）数；（表螺纹表面滑动摩擦系 ；当量摩擦角； 导程角； 所需的驱动力矩作用时，欲使螺旋运动螺旋受轴向载荷 2 2 216 cos arctan )tan( 2 d f f d FT F vv va a RB N FA vA Ff=fN R F Q 效率计算：效率计算： 2 tan )tan( 2 )tan( tan 2 tan )tan(2 1 2 22 21 a v

27、a ha v ha aha va F T FT PF T T PF W W dFPFW FdTW 向加速运动，如果螺旋不自锁，则反 变为驱动力。去除后，轴向力驱动力 螺旋传动的效率 推动负载有用功 转动螺母一转，输入功 n自锁条件自锁条件 ）（ ，即：，则螺旋自锁，此时 219arctan 0 2 v h v d P刘鑫培 4 4）锯齿型螺纹）锯齿型螺纹 两侧牙型角分别为两侧牙型角分别为3 3和和3030，3 3的一侧用来承受的一侧用来承受 载荷载荷, ,可得到较高效率；可得到较高效率；3030一侧用来增加牙根强一侧用来增加牙根强 度度, ,适用于单向受载的传动螺纹。

28、适用于单向受载的传动螺纹。 4 4）锯齿型螺纹）锯齿型螺纹 两侧牙型角分别为两侧牙型角分别为3 3和和3030，3 3的一侧用来承受的一侧用来承受 载荷载荷, ,可得到较高效率；可得到较高效率；3030一侧用来增加牙根强一侧用来增加牙根强 度度, ,适用于单向受载的传动螺纹。适用于单向受载的传动螺纹。 螺距的实际值与理论值之差称为螺距误差。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）。累积误差（累积误差）。 单个螺距误差是指螺杆旋转一周，螺母实际位移单个螺距误差是指螺杆旋转一周，螺母实际位移 与