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螺旋传动知识培训 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 将旋转运动变为直线运动 其运动关系为 螺旋传动按其在精密机械中的作用 可分为 调整螺旋传力螺旋传导螺旋 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 调整螺旋不经常转动 一般在空载下调整 1 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 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 通常具有自锁能力 传力螺旋传动承受的载荷较大 因此要有足够的强度 2 传力螺旋 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 传导螺旋常需在较长的时间内连续工作 工作速度较高 因此要求具有较高的传动精度 3 传导螺旋 1 滑动螺旋传动2 滚动螺旋传动3 静压螺旋传动 螺旋传动按其按接触面间摩擦的性质分为 滑动螺旋滑动螺旋结构简单 便于制造 易于自锁 应用范围较广 但主要缺点是摩擦阻力大 传动效率低 一般为30 40 磨损快 传动精度低 滚动螺旋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处理及磨削工艺质量 刚性和抗振性能较差 静压螺旋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 可以将静压原理应用于螺旋传动中 制成静压螺旋 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 具有增力作用只要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 磨损快螺旋工作面为滑动摩擦 传动效率低 30 40 磨损快 不适于高速和大功率传动 第二节滑动螺旋传动 一 滑动螺旋传动的特点 二 滑动螺旋传动的型式及应用 1 螺母固定 螺杆转动并移动 2 螺杆转动 螺母移动 3 螺母转动 螺杆移动 4 螺杆固定 螺母转动并移动 1 螺母固定 螺杆转动并移动 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 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 因此仅适用于行程短 25mm 的情况 测微目镜 2 螺杆转动 螺母移动 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 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 因此适用于工作行程较长的情况 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 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 所占空间又较大 应用较少 3 螺母转动 螺杆移动 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 4 螺杆固定 螺母转动并移动 滑动螺旋传动的失效形式螺纹的磨损螺杆的变形螺杆或螺纹牙的断裂滑动螺旋传动的计算耐磨性刚度稳定性强度驱动力矩 效率 自锁 三 滑动螺旋传动的计算 一 传动型式的选择 二 螺纹类型的确定示数螺旋传动多采用三角形螺纹 传力螺旋传动采用梯形螺纹 四 滑动螺旋传动的设计原则 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 三 螺旋副材料的确定 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 在一般情况下 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校核计算 四 主要参数的确定 五 螺纹公差 滚珠螺旋传动是在螺杆和螺母间放入适量的滚珠 使滑动摩擦变为滚动摩擦的螺旋传动 滚珠螺旋传动由螺杆 螺母 滚珠和滚珠循环返回装置四部分组成 第三节滚珠螺旋传动 当螺杆转动时 滚珠沿螺纹滚道滚动 为了防止滚珠沿滚道面掉出来 螺母上设有滚珠循环返回装置 构成了一个滚珠循环通道 滚珠从滚道的一端滚出后 沿着循环通道返回另一端 重新进入滚道 从而构成一闭合回路 1 传动效率高 一般可达90 以上 约为滑动螺旋传动效率的三倍 2 传动精度高 3 具有传动的可逆性 但不能自锁 用于垂直升降传动时 需附加制动装置 4 制造工艺复杂 成本较高 但使用寿命长 维护简单 一 滚珠螺旋传动的特点 按用途和制造工艺不同 滚珠螺旋传动的结构型式有多种 它们的主要区别在于螺纹滚道法向截形 滚珠循环方式 消除轴向间隙的调整预紧的方法等三方面 二 滚珠螺旋传动的结构型式与类型 螺纹滚道法向截形是指通过滚珠中心且垂直于滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状 常用的截形有单圆弧形和双圆弧形两种 一 螺纹滚道法向截形 单圆弧形的特点是砂轮成型比较简单 易于得到较高的精度 但接触角 随着初始间隙和轴向力大小而变化 因此 效率 承载能力和轴向刚度均不够稳定 双圆弧形的接触角 在工作过程中基本保持不变 效率 承载能力和轴向刚度稳定 并且滚道底部不与滚珠接触 可贮存一定的润滑油和赃物 使磨损减小 但双圆弧形砂轮修整 加工 检验比较困难 1 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 二 滚珠循环方式 在同一个螺母上 具有循环回路的数目称为列数 内循环的列数通常有二到四列 即一个螺母上装有2 4个反向器 滚珠在每一循环中绕经螺纹滚道的圈数称为工作圈数 内循环的工作圈数是一列只有一圈 因而回路短 滚珠流畅性好 效率高 此外 径向尺寸小 零件少 装配简单 内循环的缺点是反向器的回珠槽具有空间曲面 加工较复杂 2 外循环滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环称为外循环 按结构的不同 外循环分为螺旋槽式 插管式和端盖式三种 螺旋槽式是直接在螺母1外圆柱面上铣出螺旋线形的凹槽作为滚珠循环通道 凹槽的两端钻出两个通孔分别与螺纹滚道相切 同时用两个导珠器4引导滚珠3通过该两通孔 用套筒2或螺母座内表面盖住凹槽 从而构成滚珠循环通道 螺旋槽式结构工艺简单 易于制造 螺母径向尺寸小 缺点是挡珠器刚度较差 容易磨损 插管式是用弯管2代替螺旋槽式中的凹槽 把弯管的两端插入螺母3上与螺纹滚道相切的两个通孔内 外加压板1用螺钉固定 用弯管的端部或其它形式的挡珠器引导滚珠4进出弯管 以构成循环通道 插管式结构简单 工艺性好 适于批量生产 缺点是弯管突出在螺母的外部 径向尺寸较大 若用弯管端部作挡珠器 耐磨性较差 端盖式是在螺母1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2 短槽端部与螺纹滚道相切 并引导滚珠返回通道 构成滚珠循环回路 端盖式的优点是结构紧凑 工艺性好 缺点是滚珠通过短槽时容易卡住 三 消除轴向间隙的调整预紧方法 如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形 则当螺杆反向转动时 将产生空回误差 为了消除空回误差 在螺杆上装配两个螺母1和2 调整两个螺母的轴向位置 使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面 使其产生一定的变形 从而消除了轴向间隙 也提高了轴向刚度 1 垫片调隙式调整垫片2的厚度 可使螺母1产生轴向移动 以达到消除轴向间隙和预紧的目的 这种方法结构简单 可靠性高 刚性好 为了避免调整时拆卸螺母 垫片可制成剖分式 其缺点是精确调整比较困难 并且当滚道磨损时不能随意调整 除非更换垫圈 2 螺纹调隙式螺母1的外端有凸缘 螺母3加工有螺纹的外端伸出螺母座外 以两个圆螺母锁紧 旋转圆螺母即可调整轴向间隙和预紧 这种方法结构紧凑 工作可靠 调整方便 缺点是不很精确 键4的作用是防止两个螺母的相对转动 3 齿差调隙式在螺母1和2的凸缘上切出齿数相差一个齿的外齿轮 把其装入螺母座中分别与具有相应齿数的内齿轮3和4啮合 调整时 先取下内齿轮 将两个螺母相对螺母座同方向转动一定的齿数 然后把内齿轮复位固定 此时 两个螺母之间产生相应的轴向位移 从而达到调整的目的 这种方法调整精度很高 工作可靠 但结构复杂 加工工艺和装配性能较差 滚珠螺旋副的精度包括螺母的行程误差和空回误差 影响滚珠螺旋副精度的因素同滑动螺旋副一样 主要是螺旋副的参数误差 机构误差和受轴向力后滚珠与螺纹滚道面的接触变形 螺杆刚度不足引起的螺纹变形等所产生的动态变形误差 三 滚珠螺旋副的精度 在JB标准中 根据滚珠螺旋副的使用范围和要求分为两个类型 P类定位滚珠螺旋副和T类传动滚珠螺旋副 七个精度等级 即l 2 3 4 5 7和10级 1级精度最高 依次递减 标准中规定了滚珠螺旋副的螺距公差和公称直径尺寸变动量的公差 并给出了各项参数的检验方法 各类型的检验项目和各精度等级的滚珠螺旋副行程偏差和行程变动量 滚珠丝杠 一 静压螺旋传动的工作原理 第四节静压螺旋传动 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震性能 可以将静压原理应用于螺旋传动中 制成静压螺旋 在静压螺旋中 螺杆仍为一具有梯形螺纹的普通螺杆 但在螺母每圈螺纹牙两个侧面的中径处 各开有3 4个油腔 压力油通过节流器进入油腔 产生一定的油腔压力 当螺杆未受载荷时 螺杆的螺纹牙位于螺母螺纹牙的中间位置 处于平衡状态 此时 螺杆螺纹牙的两侧间隙相等 经螺纹牙两侧流出的油的流量相等 因此 油腔压力也相等 当螺杆受轴向载荷时 螺杆沿受载方向产生一位移 螺纹牙一侧间隙增大 另