螺旋传动(新).pptx

重庆大学专用作者 潘存云教授 第九章螺旋传动 9 1螺旋机构概述 9 2滑动螺旋传动 9 3滚珠螺旋传动 9 4静压螺旋传动 重庆大学专用作者 潘存云教授 第九章螺旋机构 螺旋传动是精密机械中常用的一种传动形式 它利用螺杆与螺母的相对运动 将旋转运动转化为直线运动 9 1螺旋机构概述 l螺旋传动按其在精密机械中的作用 可分为 1 1 示数螺旋传动 微动螺旋用以精确地传递相对运动或相对位移的螺旋传动 常用于机床进给 分度结构或测量仪器中的螺旋测微装置中 其传动精度直接影响机构的工作精度 因此 要求传动精度高 空回误差小 1 2 传力螺旋传动 在传动链中用以传递力的螺旋传动 如 螺旋压力机 螺旋千斤顶等 要求足够的强度 运动关系为 l Ph 2 重庆大学专用作者 潘存云教授 3 一般螺旋传动 只做一般驱动用的螺旋传动 对强度 刚度 精度均无较高要求 l按其接触面间摩擦性质分 1 滑动螺旋传动 2 滚动螺旋传动 主要介绍滚珠螺旋传动3 静压螺旋传动 9 2滑动螺旋传动 一 滑动螺旋传动的特点 1 降速比大 螺杆 或螺母 转动一转 螺母 或螺杆 移动一个螺距 单头螺纹 因为螺距很小 在很大的转角时才有很小的位移 这样大大地缩短了机构的传动链 因而 结构简单 紧凑 传动精度高 工作平稳 重庆大学专用作者 潘存云教授 2 具有力放大作用 给主动件一个小力 从动件上产生大轴向力 3 能自锁 螺旋升角很小时 4 效率低 磨损快 工作面为滑动 一般为30 40 不适用于大功率和高速传动 二 螺纹 一 螺纹的形成和种类螺旋传动的基础是螺纹 图9 1中有一直径为的圆柱体和一底边长为的直角三角形 若将三角形绕在圆柱体上 并使三角形的底边与圆柱体的底边圆周重合 则三角形的斜边就在圆柱面上形成一条螺旋线 重庆大学专用作者 潘存云教授 如果将三角形 矩形和梯形的平面图形沿螺旋线移动 就形成各种类型的螺纹 图9 1 图9 2螺纹的类型 重庆大学专用作者 潘存云教授 1 三角形螺纹 图9 2a 牙型为三角形 牙型角2 60 牙根厚 强度高 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 细牙螺纹螺距小 升角小 自锁性能好 多用于薄壁零件联接和测微装置 2 梯形螺纹 图9 2b 牙型角2 30 牙根强度高 对中性好 用剖分螺母可调整间隙 多用于传动和传力螺旋 3 矩形螺纹 图9 2c 牙型为正方形 牙型角为0 传动效率高 牙根强度低 加工困难 对中性差 常用于力传动 与蜗杆相似 螺纹可分为右旋螺纹和左旋螺纹 按螺旋线的数目 可分为单头螺纹和多头螺纹 三角形螺纹 梯形螺纹 矩形螺纹 重庆大学专用作者 潘存云教授 二 螺纹主要参数1 大径d D 螺纹的最大直径 在标准中定为公称直径 代表螺纹的规格 图9 2 2 小径d1 D1 螺纹的最小直径 强度计算时常作为螺杆危险剖面的计算直径 3 中径d2 D2 螺纹轴向剖面内牙厚与牙间相等处的一假想圆柱面直径 近似等于螺纹平均直径 螺纹受力分析时以中径为准 它也是确定螺纹几何参数和配合性质的直径 4 螺距P 螺纹相邻两个牙上对应点间的轴向距离 5 导程 升距 Ph 同一根螺旋线上相邻两个牙上对应点间的轴向距离 单线螺纹 多线螺纹Ph n P n为螺纹线数 重庆大学专用作者 潘存云教授 三 螺旋传动的型式及应用运动特点 一般情况下是螺杆连续回转 螺母轴向移动 型式多样 主要根据螺母 丝杆那一个动那一个不动来分 主要有以下几种型式 1 螺杆转动并移动 螺母固定 图9 3 a 图9 4 6转 3移 2移示数螺旋机构优点 螺母本身起支承作用 简化了结构 消除了螺杆与轴承之间的轴向窜动 易获得较高的传动精度 缺点 所占轴向尺寸较大 螺杆行程两倍加螺母高度 刚性差 用于行程短的情况 6 升角 螺旋线展开后中径处与垂直于轴线平面的夹角 图9 1 7 牙型角 2 螺纹轴向剖面内 螺纹牙型两侧边的夹角 三角形螺纹2 60 梯形螺纹2 30 矩形螺纹2 0 螺纹已标准化 除矩形螺纹外 标准螺纹的尺寸和标记 可查阅有关标准 重庆大学专用作者 潘存云教授 2 螺杆转动螺母移动 图9 3 b 图9 5 1转 3移 7带动8移 测量显微镜纵向测微螺旋传动 优点 结构紧凑 所占轴向尺寸决定行程大小 刚度大 适用于工作行程较长的情况 3 螺母转动螺杆移动 千斤顶4 螺母转动并移动 螺杆固定 升降台调整5 差动螺旋传动 多个螺旋传动副组合而成 有多种型式 重庆大学专用作者 潘存云教授 作者 潘存云教授 且 P1 P2 l P1 P2 2 当差 P1 P2 很小时 s将很小 这种螺旋机构称为微 差 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 l1 P1 2 螺母2相对于螺杆1的位移为 l2 P2 2 螺母2相对于机架3的位移为 图示差动螺旋机构 螺母A固定 螺母2可沿轴向移动 1 当A B段螺纹旋向相同时 螺杆1相对于机架3的位移为 重庆大学专用作者 潘存云教授 作者 潘存云教授 作者 潘存云教授 2 当A B段螺纹旋向相反时 螺母2的位移为 s P1 P2 2 l1 1 25mm 右 镗刀进给量调整微动螺旋机构 称为复式螺旋机构 用于车辆的快速靠近或离开 虎钳等 差动螺旋应实例 复式螺旋机构 l2 1mm 右 重庆大学专用作者 潘存云教授 滑动螺旋传动的失效形式主要为螺纹的磨损 螺杆的变形 螺杆或螺纹牙的断裂等 因此螺旋传动的计算通常包括耐磨性 刚度 稳定性及强度四个方面计算 根据需要 还要进行驱动力矩 效率与自锁等其他方面的计算 四 滑动螺旋传动的计算 一 耐磨性计算磨损为螺旋传动的主要失效形式 通常根据耐磨性的计算确定螺杆直径和螺母高度 主要通过计算螺纹工作表面的压强 并使它在许用值内 二 刚度计算螺杆在轴向载荷和转矩的作用下将产生变形 引起螺距变化 影响螺纹传动精度 因此设计时要使螺杆刚度在许用范围内 在轴向力作用下 一个螺距产生的变化量为 重庆大学专用作者 潘存云教授 三 稳定性验算受轴向载荷 压力 的螺杆 当轴向力较大 且螺杆长度与直径比值较大时 螺杆可能失去稳定而产生侧向弯曲 因此要进行稳定性计算 根据工程力学知识 螺杆失稳时的临界轴向载荷为 9 7 为计算方便 9 10简化为 L 螺杆最大工作长度 一般为支承间距离 Ia 螺杆截面的截面惯性矩 E 螺杆材料弹性模量 长度系数 与支承有关 m 螺杆支承系数 见表9 3为不失稳 Fac Famax SfSf 安全系数 取2 5 4如不满足要求 可增大d2 重庆大学专用作者 潘存云教授 四 螺纹强度计算 包括螺杆 螺母强度计算 1 螺杆的强度计算 用材料力学第四强度理论计算 2 螺纹强度计算 因为螺杆材料强度比螺母强度高 所以只需验算螺母螺纹强度 可用以下方法计算 轴向力Fa 作用于螺纹中径d2上 剪切强度 弯曲强度 五 驱动力矩 效率 自锁的计算 重庆大学专用作者 潘存云教授 1 传动形式选择 2 螺纹类型选择 示数传动常用三角形 传力常用梯形 3 螺旋副材料选择 根据用途 精度及热处理要求等条件选择4 主要参数确定 螺杆直径 小径 中径 大径 长度 螺距 螺纹线头数 螺母高度 牙型半角等 5 螺旋副零件与滑板联接结构的确定1 刚性联接 图9 102 活动联接 图9 11 五 滑动螺旋传动的设计计算原则 重庆大学专用作者 潘存云教授 六 螺旋传动精度与空回 2 螺杆轴向窜动误差 图9 13螺杆轴肩的端面与轴承止推面不垂直螺杆转动轴线 两种情况分析 一 螺旋传动精度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 影响螺旋传动精度的因素主要有以下几项 1 螺纹参数差 1 螺距误差 分单个螺距误差 螺距累积误差 而螺母的累积误差对传动没有影响 因此在加工时 螺杆比螺母精度高 2 中径误差 应控制中径跳动误差3 牙型半角 重庆大学专用作者 潘存云教授 4 温度误差当螺旋传动的制造温度与工作温度不同时 一定引起螺杆长度或螺距发生变化 产生传动误差 称温度误差 3 偏斜误差螺杆轴线方向与移动件运动方向不一致 图9 14 二 提高精度方法 重庆大学专用作者 潘存云教授 因为螺杆螺母间隙的存在 若螺杆方向改变 螺母不能立即产生反向运动 只有螺杆转动一定角度 螺母才能运动的现象称空回 几种方法 1 利用单向力 如利用弹簧力使螺杆和螺母螺纹工作面保持单向接触 消除另一测螺纹间隙对空回的影响 三 螺旋传动的空回误差及消除方法 重庆大学专用作者 潘存云教授 3 利用塑料螺母消除间隙 图9 19 2 利用调整螺母 1 径向调整法 图9 172 轴向调整法 图9 18 重庆大学专用作者 潘存云教授 9 3滚珠螺旋传动 一 原理 结构及类型 滚动螺旋传动 摩擦性质为滚动摩擦 滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体 多用钢球 当传动工作时 滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环 按循环方式分 1 内循环 滚珠始终与螺杆保持接触的循环 分2 4个反向器2 外循环 3种结构 螺旋槽式 插管式 端盖式 重庆大学专用作者 潘存云教授 重庆大学专用作者 潘存云教授 滚珠丝杆间隙调整及预紧 1 双螺母2 垫片3 螺纹4 齿差式 重庆大学专用作者 潘存云教授 二 传动特点 1 传动效率高 可达90 约为螺旋传动的3倍 起动力矩小 传动灵活平稳 低速不爬行 同步性好 在伺服控制系统中广泛使用 同时正逆运动效率相同 可实现逆传动 2 传动精度高 摩擦力小 螺杆变形小 通过预紧可得无间隙传动 达到高的传动精度和定位精度以及高的轴向刚度 数控设备中大量使用 3 使用寿命长 维护简单 缺点 不自锁 需附加自锁装置 特别对垂直升降运动时 抗振性差 结构复杂 制造工艺要求高 成本较高 重庆大学专用作者 潘存云教授 滚珠螺旋副已制成标准件 根据使用条件 负载 速度 行程精度 寿命直接选用 三 滚珠螺旋副的精度 代号和标记方法 一 滚珠螺旋副的精度 在JB T3162 2 91标准中 根据使用范围和要求分为两个类型 P类定位滚珠螺旋副和T类传动螺旋副 7个等级 1 5 7 10 1级最高 规定了基本公差 二 代号和标记方法P251表9 9至9 11 1 代号 循环方式代号 内循环 外循环 螺旋传动副结构特征代号 预紧方式代号 2 标记方法有9个位置 分别填代号或数字 重庆大学专用作者 潘存云教授 9 4静压螺旋传动 流体摩擦 来自外部液压系统的润滑油5 经溢流阀6调压后 通过精密过滤器2以一定压力通过节流阀1 由内螺纹牙侧面油腔进入人工作螺纹间隙 促使螺杆 螺母 螺纹牙间产生压力油膜而分隔开 然后经回油孔流回油箱 重庆大学专用作者 潘存云教授 特点 摩擦系数小 效率高 工作稳定 无爬行现象 定位精度高 磨损小 寿命长 但螺母结构复杂 需密封 需一稳压供油系统 成本较高 适用于精密机床中进给和分度机构 重庆大学专用作者 潘存云教授 1 位移公式为 上式的正负符号 表示可做快速和微动位移输出 用于快速夹紧的夹具和锁紧装置以及微动装置中 老虎钳 三 滑动螺旋传动的计算滑动螺旋传动的失效形式主要为螺纹的磨