第13单元螺旋机构

1、Copyright 机械工业出版社机械工业出版社机械基础机械基础螺旋机构螺旋机构机械工业出版社机械工业出版社案例导入案例导入 机床是利用刀具对金属毛坯进行切削加工的一种加工机床是利用刀具对金属毛坯进行切削加工的一种加工设备，被广泛用于加工零部件。如图设备，被广泛用于加工零部件。如图13-1所示为所示为CA6140型卧式车床的外形结构图。型卧式车床的外形结构图。为了实现刀具的进给量和车制为了实现刀具的进给量和车制螺纹等功能，车床在不同箱体多处采用螺旋机构。螺纹等功能，车床在不同箱体多处采用螺旋机构。 图图13-1 CA6140型卧式车床的外形结构图型卧式车床的外形结构图机械工业出版社机械工业出版

2、社第第1313单元单元 螺旋机构螺旋机构1螺纹的基本知识螺纹的基本知识1螺旋机构的类型、应用及特点螺旋机构的类型、应用及特点2课堂练习课堂练习6滑动螺旋机构滑动螺旋机构3滚动螺旋机构滚动螺旋机构4综合案例分析综合案例分析5机械工业出版社机械工业出版社学习目标学习目标 了解螺纹的形成、螺纹基了解螺纹的形成、螺纹基本参数本参数 了解螺旋机构工作原理、了解螺旋机构工作原理、型、特点、功用及应用场合型、特点、功用及应用场合 了解滚动螺旋机构的工作原了解滚动螺旋机构的工作原理、特点理、特点机械工业出版社机械工业出版社学习重点和难点学习重点和难点 螺纹的基本参数，会查阅相螺纹的基本参数，会查阅相应的国家标

3、准应的国家标准 螺旋机构中，螺纹的旋向、螺杆的螺旋机构中，螺纹的旋向、螺杆的转向和螺母沿轴线的位移三者关系转向和螺母沿轴线的位移三者关系 螺旋传动的工作原理、特螺旋传动的工作原理、特点及应用点及应用 机械工业出版社机械工业出版社13.1 螺纹的基本知识螺纹的基本知识图图13-2 螺旋线及其展开图螺旋线及其展开图 1. 1.螺纹的形成螺纹的形成 将一底边长等于将一底边长等于d2的直角三角形绕到直径为的直角三角形绕到直径为d的圆柱的圆柱体上，三角形斜边在圆柱体表面形成的空间曲线称为螺旋体上，三角形斜边在圆柱体表面形成的空间曲线称为螺旋线。线。 机械工业出版社机械工业出版社13.1 螺纹的基本知识螺

4、纹的基本知识图图13-3 按线数分类的螺纹按线数分类的螺纹 2. 2.螺纹的分类螺纹的分类 1）按螺纹旋向不同，可分为）按螺纹旋向不同，可分为左旋螺纹左旋螺纹和和右旋螺纹右旋螺纹两两种，常用的是右旋螺纹（图种，常用的是右旋螺纹（图13-3a、c）。其旋向的判别方）。其旋向的判别方法为：将圆柱体直竖，螺旋线左低右高法为：将圆柱体直竖，螺旋线左低右高(向右上升向右上升)为右旋，为右旋，反之则为左旋（图反之则为左旋（图13-3b）。 机械工业出版社机械工业出版社13.1 螺纹的基本知识螺纹的基本知识图图13-3 按线数分类的螺纹按线数分类的螺纹 2）按螺纹线的线数不同螺纹分为）按螺纹线的线数不同螺纹

5、分为单线单线(图图13-3a） 、双线双线（图（图13-2b）或）或多线多线（图（图13-3c） 。 单线螺纹：常用于联接；单线螺纹：常用于联接； 双线或多线螺纹：主要用于传动。为制造方便，螺纹双线或多线螺纹：主要用于传动。为制造方便，螺纹的线数一般不超过的线数一般不超过4。 机械工业出版社机械工业出版社13.1 螺纹的基本知识螺纹的基本知识图图13-4 螺纹的主要参数螺纹的主要参数 在圆柱体的表面上形成的螺纹称为在圆柱体的表面上形成的螺纹称为外螺纹外螺纹，在圆柱体内，在圆柱体内表面上形成的螺纹称为表面上形成的螺纹称为内螺纹内螺纹。由内、外螺纹旋合而成的。由内、外螺纹旋合而成的运动副称为运动副

6、称为螺旋副螺旋副。机械工业出版社机械工业出版社13.1 螺纹的基本知识螺纹的基本知识 3 3）按螺纹的牙形的不同，可分为）按螺纹的牙形的不同，可分为三角形螺纹三角形螺纹、矩形螺矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹等，等，表表13-1其牙形特点及应用。其牙形特点及应用。机械工业出版社机械工业出版社13.1 螺纹的基本知识螺纹的基本知识 13.1.2 螺纹的主要参数螺纹的主要参数螺纹的主要参数如图螺纹的主要参数如图13-4所示所示 （1）大径大径(d、D) 螺纹的最大直径，标准中规定为螺纹的螺纹的最大直径，标准中规定为螺纹的公称直径。外螺纹记为公称直径。外螺纹记为d，内螺纹记为，

7、内螺纹记为D。 （2）小径小径 (d1、D1) 螺纹的最小直径，也是螺杆强度计算螺纹的最小直径，也是螺杆强度计算时的危险截面直径。外螺纹记为时的危险截面直径。外螺纹记为d1，内螺纹记为，内螺纹记为D1。 机械工业出版社机械工业出版社13.1 螺纹的基本知识螺纹的基本知识图图13-4 螺纹的主要参数螺纹的主要参数 （3）中径中径 (d2、D2) 介于大、小径圆柱体之间，螺纹的牙介于大、小径圆柱体之间，螺纹的牙厚与牙间宽相等的假想圆柱体的直径，是确定螺纹几何参厚与牙间宽相等的假想圆柱体的直径，是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。外螺纹记为数和配合性质的直径。外螺纹记为d2，内螺纹记为，内螺纹记为D

8、2。 （4）线数线数n：螺纹的螺旋线数目，可分为单线、双线、三：螺纹的螺旋线数目，可分为单线、双线、三线（图线（图13-3） 三线螺纹三线螺纹 机械工业出版社机械工业出版社13.1 螺纹的基本知识螺纹的基本知识图图13-4 螺纹的主要参数螺纹的主要参数 （5）螺距螺距P ：螺纹相邻两牙在中径线上对应点之间的轴：螺纹相邻两牙在中径线上对应点之间的轴向距离。向距离。 （6）导程导程S：同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应点之间的轴向距离。点之间的轴向距离。 机械工业出版社机械工业出版社13.1 螺纹的基本知识螺纹的基本知识图图13-4 螺纹的主要参数螺纹的主要参

9、数 （7）螺旋升角螺旋升角：中径圆柱体上螺旋线的切线与垂直中径圆柱体上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面之间的夹角，于螺纹轴线的平面之间的夹角，用来表示螺旋线倾斜的用来表示螺旋线倾斜的程度。程度。 （8）牙型角牙型角：螺纹轴向剖面内，螺纹两侧边间的夹螺纹轴向剖面内，螺纹两侧边间的夹角角，称为，称为牙型角牙型角。 机械工业出版社机械工业出版社13.1 螺纹的基本知识螺纹的基本知识图图13-4 螺纹的主要参数螺纹的主要参数 （9）牙侧角牙侧角：螺纹牙型的侧边与垂直螺纹轴线的平面：螺纹牙型的侧边与垂直螺纹轴线的平面间的夹角间的夹角，称为，称为牙侧角牙侧角。 三角形螺纹三角形螺纹=60，=/2=30，

10、称为，称为牙型半角牙型半角；梯形；梯形螺纹螺纹=30，=15；锯齿形螺纹；锯齿形螺纹=33，=3、30。机械工业出版社机械工业出版社13.2 螺旋机构的类型、应用及特点螺旋机构的类型、应用及特点 螺旋传动螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。要求的。 它主要用于将回转运动转变为直线运动或将直线运动它主要用于将回转运动转变为直线运动或将直线运动转变为回转运动，同时传递运动或动力。转变为回转运动，同时传递运动或动力。机械工业出版社机械工业出版社13.2 螺旋机构的类型、应用及特点螺旋机构的类型、应用及特点13.2.1 13.2.1 螺旋机构的类

11、型和应用螺旋机构的类型和应用 螺旋机构按其运动形式可分为两类螺旋机构按其运动形式可分为两类 1.变回转运动为直线运动（变回转运动为直线运动（按其用途的不同可分为）按其用途的不同可分为） （1）传动螺旋机构传动螺旋机构：这种机构用于举起重物或克服大的生：这种机构用于举起重物或克服大的生产阻力。产阻力。 传动螺旋机构传动螺旋机构机械工业出版社机械工业出版社13.2 螺旋机构的类型、应用及特点螺旋机构的类型、应用及特点 （2）传导螺旋机构）传导螺旋机构 这种机构用于传递运动，如图这种机构用于传递运动，如图13-6所所示为车床进给螺旋机构。它常要求具有高的运动精度或工作示为车床进给螺旋机构。它常要求具

12、有高的运动精度或工作速度，且能在较长时间内连续工作。速度，且能在较长时间内连续工作。 图图13-6 传导螺旋传导螺旋 机械工业出版社机械工业出版社13.2 螺旋机构的类型、应用及特点螺旋机构的类型、应用及特点 （3）调整螺旋机构调整螺旋机构 这种机构用以调整并固定零件或部这种机构用以调整并固定零件或部件之间的相对位置。一般不在工作载荷作用下转动，要求能件之间的相对位置。一般不在工作载荷作用下转动，要求能自锁，有时也要求有很高的精度。自锁，有时也要求有很高的精度。图图13-7所示为镗刀的微调所示为镗刀的微调机构。机构。 图图13-7 镗刀微调机构镗刀微调机构 1螺杆螺杆 2螺母螺母 3镗杆镗杆

13、4镗刀镗刀机械工业出版社机械工业出版社13.2 螺旋机构的类型、应用及特点螺旋机构的类型、应用及特点 （4）测量螺旋机构测量螺旋机构 测量螺旋是利用螺旋机构中螺杆的测量螺旋是利用螺旋机构中螺杆的精确、连续的位移变化，作精密测量，如图精确、连续的位移变化，作精密测量，如图13-8所示千分尺所示千分尺中的螺旋机构，它主要由测微丝杠、固定套筒及微分筒等组中的螺旋机构，它主要由测微丝杠、固定套筒及微分筒等组成。成。 图图13-8 千分尺示意图千分尺示意图 机械工业出版社机械工业出版社13.2 螺旋机构的类型、应用及特点螺旋机构的类型、应用及特点 2.变直线运动为回转运动变直线运动为回转运动 对于升角很

14、大的螺旋机构，当其反行程不自锁时，可实对于升角很大的螺旋机构，当其反行程不自锁时，可实现将移动变为转动。图现将移动变为转动。图13-9所示为新型螺丝刀是将螺母的移所示为新型螺丝刀是将螺母的移动变为螺杆的转动的应用实例。动变为螺杆的转动的应用实例。 图图13-9 新型螺钉旋具新型螺钉旋具1-更换螺丝刀头更换螺丝刀头 2-螺丝刀夹持器螺丝刀夹持器3-螺杆螺杆 4-空心手柄空心手柄 5-操纵钮操纵钮机械工业出版社机械工业出版社13.2 螺旋机构的类型、应用及特点螺旋机构的类型、应用及特点 想一想想一想 练一练练一练 （1）图）图13-10所示为儿童玩具飞翼，当一手握住螺杆所示为儿童玩具飞翼，当一手握

15、住螺杆1，另一手通过套筒另一手通过套筒3推动飞翼推动飞翼2（即螺母）时，飞翼就会快速转（即螺母）时，飞翼就会快速转动而高高飞起，请问为什么？动而高高飞起，请问为什么？ 图图13-10 儿童玩具飞翼儿童玩具飞翼机械工业出版社机械工业出版社13.2 螺旋机构的类型、应用及特点螺旋机构的类型、应用及特点 想一想想一想 练一练练一练 （2）图）图13-11所示为一个设计巧妙的烟灰缸，该烟灰缸可所示为一个设计巧妙的烟灰缸，该烟灰缸可以防止放入烟灰缸中烟头的烟雾扩散，分析其结构特点，解以防止放入烟灰缸中烟头的烟雾扩散，分析其结构特点，解释其为什么可以实现该功能？释其为什么可以实现该功能？图图13-11 烟

16、灰缸烟灰缸机械工业出版社机械工业出版社13.2 螺旋机构的类型、应用及特点螺旋机构的类型、应用及特点13.2.2 螺旋机构的特点螺旋机构的特点 1.螺旋机构由螺杆和螺母组成，结构比较简单，具有较螺旋机构由螺杆和螺母组成，结构比较简单，具有较大的传动比；大的传动比； 2.螺杆和螺母的啮合是连续的，增力显著、工作平稳无螺杆和螺母的啮合是连续的，增力显著、工作平稳无噪声；噪声； 3.又由于啮合时接触面积较大，故承载能力较高；又由于啮合时接触面积较大，故承载能力较高； 4.合理选择螺旋升角可具有自锁性能的优点，但也存在合理选择螺旋升角可具有自锁性能的优点，但也存在摩擦损耗大、传动效率低等缺点。摩擦损耗

17、大、传动效率低等缺点。机械工业出版社机械工业出版社13.3 滑动螺旋机构滑动螺旋机构13.3.1 单螺旋机构单螺旋机构 滑动螺旋机构滑动螺旋机构按它具有的螺旋副数目分为单螺旋机构和按它具有的螺旋副数目分为单螺旋机构和双螺旋机构双螺旋机构 1.单螺旋机构组成：单螺旋机构组成：由螺杆、螺母和机架组成。由螺杆、螺母和机架组成。 通常螺杆相对于机架转动，螺母作轴向移动，如图通常螺杆相对于机架转动，螺母作轴向移动，如图13-12a所示的车床进给机构就是此种单螺旋机构的应用。所示的车床进给机构就是此种单螺旋机构的应用。图图13-12 螺旋机构螺旋机构机械工业出版社机械工业出版社13.3 滑动螺旋机构滑动螺

18、旋机构 2.单螺旋机构的特点单螺旋机构的特点 这种机构主要用于传递运动，故要求其具有较高的精这种机构主要用于传递运动，故要求其具有较高的精度和传动效率。它通常采用多线螺纹来提高效率。度和传动效率。它通常采用多线螺纹来提高效率。 当螺杆相对于螺母转过当螺杆相对于螺母转过角时，螺杆同时相对螺母沿角时，螺杆同时相对螺母沿轴线的位移为：轴线的位移为： 螺母沿轴线位移的方向螺母沿轴线位移的方向：按螺纹的旋向，用右手定则：按螺纹的旋向，用右手定则（右旋螺纹）或左手定则（左旋螺纹）确定。（右旋螺纹）或左手定则（左旋螺纹）确定。2Sl 机械工业出版社机械工业出版社13.3 滑动螺旋机构滑动螺旋机构 13.3.

19、 2. 双螺旋机构双螺旋机构 1.双螺旋机构的组成双螺旋机构的组成 由由螺杆螺杆1 1上有两段不同导程的螺纹，分别与螺母上有两段不同导程的螺纹，分别与螺母2 2、3 3组组成两个螺旋副（图成两个螺旋副（图13-1213-12所示）。所示）。 图图13-12 螺旋机构螺旋机构机械工业出版社机械工业出版社13.3 滑动螺旋机构滑动螺旋机构根据双螺旋机构中两螺旋副的旋向可分为根据双螺旋机构中两螺旋副的旋向可分为 （1）差动螺旋机构差动螺旋机构 当两螺旋副中螺纹旋向相同时，当两螺旋副中螺纹旋向相同时，该机构称为该机构称为差动螺旋机构差动螺旋机构。如图。如图13-7所示的镗刀微调机构。所示的镗刀微调机构

20、。图图13-7 镗刀微调机构镗刀微调机构 1螺杆螺杆 2螺母螺母 3镗杆镗杆 4镗刀镗刀机械工业出版社机械工业出版社13.3 滑动螺旋机构滑动螺旋机构 单螺旋机构若两螺旋副导程分别为单螺旋机构若两螺旋副导程分别为SA、SB，则移动螺母，则移动螺母的位移为的位移为： （2）复式螺旋机构复式螺旋机构 当两螺旋副中螺纹旋向相反时，当两螺旋副中螺纹旋向相反时，该机构称为该机构称为复式螺旋机构复式螺旋机构。若两螺旋副导程分别为。若两螺旋副导程分别为SA、SB，则移动螺母的位移为：则移动螺母的位移为：2)(BASSl2)(BASSl机械工业出版社机械工业出版社13.3 滑动螺旋机构滑动螺旋机构 如图如图1

21、3-13所示为压榨机构示意图，其为复式螺旋机构。所示为压榨机构示意图，其为复式螺旋机构。图图13-14所示铣床快速夹紧装置也是复式螺旋机构的应用。所示铣床快速夹紧装置也是复式螺旋机构的应用。图图13-13 13-13 压榨机构压榨机构 1螺杆螺杆 2、3螺母螺母 4、5连杆连杆 6压板压板 7机架机架图图13-14 13-14 铣床快速夹紧装置铣床快速夹紧装置1 1螺杆螺杆 2 2、3 3螺母螺母 4 4机架机架 机械工业出版社机械工业出版社13.4 滚动螺旋机构滚动螺旋机构 滚动螺旋机构又称为滚动螺旋机构又称为滚珠丝杠滚珠丝杠是将回转运动转换为直线是将回转运动转换为直线运动用得最广泛的一种新

22、型理想传动装置。滚珠丝杠被广泛运动用得最广泛的一种新型理想传动装置。滚珠丝杠被广泛应用于数控机床的进给机构，车辆、转向机构等高精度、高应用于数控机床的进给机构，车辆、转向机构等高精度、高效传动的机械中。效传动的机械中。图图13-15 滚珠丝杠的结构原理示意图滚珠丝杠的结构原理示意图机械工业出版社机械工业出版社13.4 滚动螺旋机构滚动螺旋机构13.4.1 13.4.1 滚动螺旋机构的工作原理及特点滚动螺旋机构的工作原理及特点 1.滚动螺旋工作原理滚动螺旋工作原理 图图13-15是滚珠丝杠传动的原理图。在丝杠和螺母上加是滚珠丝杠传动的原理图。在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时形

23、成螺旋通道。螺工有弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时形成螺旋通道。螺母上有滚珠回路管道，将将几圈螺旋滚道的两图母上有滚珠回路管道，将将几圈螺旋滚道的两图13-15 滚珠滚珠丝杠的结构原理示意图丝杠的结构原理示意图 端连接起来构成封闭的循环滚道，端连接起来构成封闭的循环滚道，并在滚道内填满滚珠。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既有自并在滚道内填满滚珠。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既有自转又沿滚道循环转动，迫使螺母（或丝杠）轴向移动，转又沿滚道循环转动，迫使螺母（或丝杠）轴向移动， 机械工业出版社机械工业出版社13.4 滚动螺旋机构滚动螺旋机构图图13-15 13-15 滚珠丝杠的结构原理示意图滚珠丝杠的结

24、构原理示意图机械工业出版社机械工业出版社13.4 滚动螺旋机构滚动螺旋机构 2.滚动螺旋特点滚动螺旋特点 1）摩擦系数小，传动效率高，所需传动转矩小；）摩擦系数小，传动效率高，所需传动转矩小； 2）磨损小，寿命长，精度保持性好；）磨损小，寿命长，精度保持性好； 3）灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行；）灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行； 4）丝杠和螺母之间可通过预紧和间隙消除措施提高轴向）丝杠和螺母之间可通过预紧和间隙消除措施提高轴向刚度和反向精度；刚度和反向精度； 5）运动具有可逆性，既可将回转运动变成直线运动，又）运动具有可逆性，既可将回转运动变成直线运动，又可将直线运动变成回转运动。可将直

25、线运动变成回转运动。 6）制造工艺复杂，成本高；）制造工艺复杂，成本高； 7）在垂直安装使不能自锁，需附加制动机构；）在垂直安装使不能自锁，需附加制动机构； 8）承载能力比滑动螺旋机构传动差。）承载能力比滑动螺旋机构传动差。机械工业出版社机械工业出版社13.4 滚动螺旋机构滚动螺旋机构13.4.2 13.4.2 滚珠的循环方式滚珠的循环方式 螺旋副的滚珠循环方式有两种：滚珠在循环过程中有螺旋副的滚珠循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为时与丝杠脱离接触的称为外循环外循环；始终与丝杠保持接触的；始终与丝杠保持接触的称为称为内循环内循环。 （1）外循环）外循环：滚珠丝杠的螺母旋转槽的两端由回珠管滚珠丝杠的螺母旋转槽的两端由回珠管连接起来，返回的滚珠不与丝杠外圆相接触，滚珠可以作连接起来，返回的滚珠不与丝杠外圆相接触，滚珠可以作周而复始的循环运动，在管道的两端还能起到挡珠的作用，周而复始的循环运动，在管道的两端还能起到挡珠的作用，用以避免滚珠沿滚道滑出。用以避免滚珠沿滚道滑出。 图图13-16 13-16 外循环滚珠丝杠外循环滚珠丝杠机械工业出版社机械工业出版社13.4 滚动螺旋机构滚动螺旋机构 （2）内循环）内循环：带有反向器，返回的滚珠经过反向器和带有反向器，返回的滚珠经过反