第九章 螺旋传动.ppt

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,螺纹的形成,第一节概述,一、螺纹,1、螺纹的种类,根据平面图形的形状分为：,螺纹有外螺纹与内螺纹之分，它们共同组成螺旋副,大径(外径)d螺纹的最大直径，与外螺纹的牙顶（或内螺纹牙底）相重合的假想圆柱体的直径。规定为螺纹的公称直径。小径(内径)d1螺纹的最小直径，与外螺纹的牙底（或内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱体的直径。中径d2处于大径和小径之间的一个假想圆柱体直径，该圆柱的母线上牙型沟槽与凸起宽度相等。,2、螺纹的主要几何尺寸,螺距相邻两牙上在中径线上对应点之间的轴向距离。导程同一螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离。,Ph=nP,升角中径d2的圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。牙型角通过螺纹轴线的截面内、螺纹牙型相邻两侧边的夹角。,二、螺旋传动的型式,螺旋传动是精密机械中常用的一种传动形式，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：,l-螺杆（或螺母）位移；Ph-导程；-螺杆和螺母间的相对转角。,螺旋传动的类型,1、按螺旋传动在精密机械中的作用，可分为,（1）示数螺旋传动（调整螺旋）,（2）传力螺旋传动,（3）一般螺旋传动,用以精确地传递相对运动或相对位移的螺旋传动。常用于机床中进给、分度机构或测量仪器中的螺旋测微装置。其传动误差直接影响机构的工作精度，因此，对示数螺旋传动的主要要求是传动精度高，空回误差小。,（1）示数螺旋传动（调整螺旋）,机床进给机构,测微目镜,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）传力螺旋传动,在传动链中只作一般驱动用的螺旋传动。对强度、刚度和精度均无较高要求。,（3）一般螺旋传动,（l）滑动螺旋传动（2）滚动螺旋传动（3）静压螺旋传动,2、螺旋传动按其接触面间摩擦的性质可分为：,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。,第二节滑动螺旋传动,（1）降速传动比大（2）具有增力作用（3）能自锁50；对于示数螺旋，要求热处理后有较好的尺寸稳定性，可选用9Mn2V等合金工具钢及GCr15、GCr15SiMn等滚动轴承钢，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45号钢。,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,螺杆螺纹部分的长度，应尽可能短。一般取,为了保证螺杆的刚度，螺杆的直径应选大些，并使L/d125。,在测微螺旋中，螺距应取为标准值，如1、0.75、0.5mm等。为了避免周期误差，应用单头螺纹。只有在转角小而要求获得大位移的情况下，才采用多头螺纹。,普通螺纹的公差制结构：,（五）螺纹公差,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，必须规定公差带在多大的旋合长度范围内有效，即要考虑公差带与旋合长度两个因素。旋合长度分短、中等和长等三组，代号分别为S、N和L。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（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。将不同的公差等级（公差带大小）和基本偏差（公差带位置）组合，可得各种公差带，公差带代号由表示公差等级的数字和表示基本偏差的字母组成，如7H、8g。,M10；M101；,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。标记：M10HM1016gM202左H/5g6gS,中等旋合长度、6级公差为中等精度，6级公差是基本级，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、外螺纹公差带在表中所处位置一一对应。在满足设计要求的前提下。尽量选用带*的公差带。为了确保有足够的接触高度，内、外螺纹最好组成Hg、Hh或Gh的配合。Hh配合的最小间隙为零，一般多采用此种配合；Gh、Hg配合具有保证间隙，适用于要求快速装卸的螺纹；其他配合用在需涂镀保护层的螺纹及在高温状态下工作的螺纹。,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。JB2886-92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3、4、5、6、7、8、9七个精度等级，3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径、中径和小径公差和牙型半角公差外，还单独规定了丝杠的螺距公差。,1、刚性联接结构这种联接结构的特点是牢固可靠，但当螺杆轴线与滑板运动方向不平行时，螺纹工作面的压力增大，磨损加剧，严重时还会发生卡住现象。刚性联接结构多用于受力较大的螺旋传动中。,（六）螺旋副零件与滑板联接结构的确定,片簧7的一端固定在滑板8上，另一端套在螺母的锥形销上。为了消除两者之间的间隙，片簧以一定的预紧力压向螺母（或用螺钉压紧）。当工作台运动方向与螺杆轴线偏斜角时，可以通过片簧变形进行调节。如果偏斜角时，螺母可绕轴线自由转动而不会引起过大的应力。弹性联结结构适用于受力较小的精密螺旋传动。,2、弹性联接结构,恢复力F（弹簧力）使联接部分保持经常接触。当滑板1的运动方向与螺杆2的轴线不平行时，通过螺杆端部的球面与滑板在接触处自由滑动，或中间杆3自由偏斜，从而可以避免螺旋副中产生过大的应力。,3、活动联接结构,五、影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施,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：（1）制造误差（螺纹参数误差）（2）螺杆轴向窜动误差（3）偏斜误差（4）使用中的误差（温度误差）,（一）螺纹参数误差,在螺纹的各项参数误差中，影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差以及牙型半角误差。,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0.002mm。,1、螺距误差,螺距累积误差是指在螺纹全长范围内，任意两个螺距之间的最大误差。它与螺纹的长度有关，螺纹长度越长，螺距累积误差越大。螺距累积误差是由制造过程中加工机床本身的精度不够、加工中装卡螺杆时位置不正确（主要是螺杆安装与机床导轨运动方向不平行）以及制造过程中室内温度变化等造成的。,螺距误差对传动精度的影响是很明显的。若把螺旋副展开进行分析，可清楚地看出，螺杆的螺距误差无论是螺距累积误差还是单个螺距误差都将直接影响传动精度。而螺母的螺距累积误差对传动精度没有影响，它的单个螺距误差也只有当螺杆也有单个螺距误差时才会引起传动误差。因此在精密螺旋传动中，对螺杆的精度比对螺母的精度要求高一些。,螺杆和螺母在大径、小径和中径都会有制造误差。大径和小径处有较大间隙，互不接触，中径是配合尺寸，为了使螺杆和螺母转动灵活和储存润滑油，配合处用要有一定的均匀间隙，因此，对螺杆全长上中径尺寸变动量的公差，应予以控制。此外，对长径比（螺杆全长与螺纹公称直径之比）较大的螺杆，由于其细而长，刚性差、易弯曲，使螺母在螺杆上各段的配合产生偏心，这也会引起螺杆螺距误差，故应控制其中径跳动公差。,2、中径误差,螺纹实际牙型半角与理论牙型半角之差称为牙型半角误差。当螺纹各牙之间的牙型角有差异（牙型半角误差各不相等）时，将会引起螺距变比，从而影响传动精度。但是，如果螺纹全长是在一次装刀切削出来的，所以牙型半角误差在螺纹全长上变化不大，对传动精度影响很小。,3、牙型半角误差,（二）螺杆轴向窜动误差,若螺杆轴肩的端面与轴承的止推面不垂直于螺杆轴线而有1和2的偏差，则当螺杆转动时，将引起螺杆的轴向窜动误差，并转化为螺母位移误差。螺杆的轴向窜动误差是周期性变化的，以螺杆转动一转为一个循环。最大的轴向窜动误差为：,（三）偏斜误差,在螺旋传动机构中，如果螺杆的轴线方向与移动件的运动方向不平行，而有一个偏斜角时，就会发生偏斜误差。设螺杆的总移动量为l，移动件的实际移动量为x，则偏斜误差为：,（四）温度误差,当螺旋传动的工作温度与制造温度不同时，将引起螺杆长度和螺距发生变化，从而产生传动误差，这种误差称为温度误差。其大小为：,为了提高传动精度，应尽可能减小或消除上述误差：为此，可以通过提高螺旋副零件的制造精度来达到，但单纯提高制造精度会使成本提高；因此，对于传动精度要求较高的精密螺旋传动，除了根据有关标准或具体情况规定合理的制造精度以外，可采取某些结构措施提高其传动精度。,由于螺杆的螺距误差是造成螺旋传动误差的最主要因素，因此采用螺距误差校正装置是提高螺旋传动精度的有效措施之一。,螺距误差,附加转角,校正尺工作面的形状,因为螺纹中径误差及牙型半角误差对螺旋传动精度的影响均反映在螺距的变化上，所以螺距误差校正装置校正的正是由于加工中的螺距误差、螺纹中径误差及牙型半角误差所引起的综合螺距误差。,坐标镗床螺距误差校正装置,利用上述的校止原理，亦可用来校正温度误差。这时，只要把校正尺制成直尺，并使其与螺杆轴线倾斜某一角度即可。,为了消除螺杆轴向窜动误差，可采用图9-3示的结构。将螺杆2的端都制成锥面，镶入滚珠5靠弹簧4把其压在定位砧6上达到定位的目的。因而消除了螺杆的轴向窜动误差。,为了减小偏斜误差，使螺旋副的移动件与导轨滑板运动灵活，移动件与滑板的联接应采用活动联接或弹性联接的方法。并尽量缩短行程；对导轨导向面与螺杆轴线的平行度应提出较高的要求。,六、消除螺旋传动的空回的方法,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。对于在正反向传动下工作的精密螺旋传动，空回将直接引起传动误差，必须予以消除。,消除空回的方法就是在保证螺旋副相对运动要求的前提下消除螺杆与螺母之间的间隙。,（一）利用单向作用力,（二）利用调整螺母,（三）利用塑料螺母调整空回,（一）利用单向作用力,利用弹簧1产生单向恢复力，使螺杆和螺母螺纹的工作表面保持单面接触，消除了另一侧间隙对空回的影响。这种结构还可消除轴承的轴向间隙和滑板联接处的间隙而产生的空回。同时，这种结构在螺母上无需开槽或剖分，因此螺杆与螺母接触情况较好，有利于提高螺旋副的寿命。,（二）利用调整螺母,利用不同的结构，使螺母产生径向收缩，以减小螺纹旋合处的间隙，从而减小空回。,1、径向调整法,2、轴向调整法,开槽螺母结构调整螺钉可使螺杆和螺母间的间隙得到调整，结构简单，螺杆和螺母间的螺纹接触不均匀，且不能完全消除间隙。,1、径向调整法,卡簧式螺母结构螺母1上纵向开3个槽，拧紧螺母2靠锥面使螺母1径向收缩而很好地消除间隙，应用广泛。,对开螺母结构为调整方便，在螺钉和螺母之间装有弹簧，使压紧力均匀稳定。为调整间隙在结构中加紧定螺钉，可很好地消除间隙，但结构复杂。,开槽螺母结构拧紧螺钉强迫螺母变形，使其左、右两半部的螺纹分别压紧在螺杆螺纹相反的侧面上，从而消除了螺杆相对螺母轴向窜动的间隙。,2、轴向调整法,刚性双螺母结构当主螺母1、副螺母2相对转动时，即可消除螺杆相对螺母轴向窜动的间隙，调整后再用紧定螺钉将其固定。,弹性双螺母结构利用弹簧的弹力来达到调整的目的。螺钉3的作用是防止主螺母1和副螺母2的相对转动。,（三）利用塑料螺母调整空回,用聚乙烯或尼龙制作螺母，利用塑料的弹性能很好地消除螺旋副的间隙。,第三节滚珠螺旋传动,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。,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。,一、滚珠螺旋传动的特点,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。,二、滚珠螺旋传动的结构型式与类型,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。,（一）螺纹滚道法向截形,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。,滚珠与滚道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叫接触角。理想接触角=45。滚道半径与滚珠直径的比值，称为适应度。适应度值对承载能力的影响较大，一般取0.520.55。,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。,（二）滚珠循环方式,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。,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、四列（即一个螺母上装有24个反向器）。为了结构紧凑，反向器沿螺母周围均匀分布的，即对应二列、三列、四列的滚珠螺旋的反向器分别沿螺母圆周方向互错180、120、90。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，滚过少，滚球的流畅性好，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，若用弯管端都作挡珠器，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。缺点是滚珠通过短槽是容易卡住。,（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牲变形，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2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。当两个螺母接同方向转过一个齿时，其相对轴向位移为：,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。,三、滚珠螺旋副的精度、代号和标记方法,（一）滚