第6章 螺旋传动传动

1、第第6章章 螺旋传动设计螺旋传动设计 6.1 螺旋传动类型及特点螺旋传动类型及特点 6.2 螺旋传动的材料及许用应力螺旋传动的材料及许用应力 6.3 滑动螺旋传动的设计滑动螺旋传动的设计 6.4 滚动螺旋传动简介滚动螺旋传动简介 （b）压力机压力机 6.1 螺旋传动类型及特点螺旋传动类型及特点 螺旋传动的功用：螺旋传动的功用： 根据用途的螺旋传动分类根据用途的螺旋传动分类 利用螺杆和螺母实现传递运动和动力。利用螺杆和螺母实现传递运动和动力。 传力螺旋传力螺旋 传导螺旋传导螺旋 调整螺旋调整螺旋 FN T FN T 它既能将回转运动转变为直线运动，又能将直线运动转变为它既能将回转运动转变为直线运

2、动，又能将直线运动转变为 回转运动。回转运动。 （a）千斤顶千斤顶 （c）进给机构进给机构 F 以传递动力为主，能承受较大的轴向力。一般为间歇性工作，以传递动力为主，能承受较大的轴向力。一般为间歇性工作， 每次工作时间较短，且工作速度不高。通常要求有自锁功能。每次工作时间较短，且工作速度不高。通常要求有自锁功能。 6.1.1 传力螺旋传力螺旋 以传递运动为主，有时也能承受以传递运动为主，有时也能承受 较大的轴向力。传导螺旋一般在较大的轴向力。传导螺旋一般在 一段时间内连续工作，工作速度一段时间内连续工作，工作速度 较高，因此要求较高的传动精度。较高，因此要求较高的传动精度。 6.1.2 传导螺

3、旋传导螺旋 用于调整并固定零件或部件之间用于调整并固定零件或部件之间 的相对位置，如机床卡盘、压力的相对位置，如机床卡盘、压力 机的调整螺旋等。调整螺旋不经常机的调整螺旋等。调整螺旋不经常 转动，一般在空载下调整。转动，一般在空载下调整。 6.1.3 调整螺旋调整螺旋 托杯托杯 手柄手柄 螺母螺母 螺杆螺杆 底座底座 按照螺纹副的摩擦性质分类按照螺纹副的摩擦性质分类 滑动螺旋滑动螺旋 滚动螺旋滚动螺旋 （b）滚动螺旋）滚动螺旋 （a）滑动螺旋）滑动螺旋 1螺杆螺杆 2回程通道回程通道 3滚珠滚珠 4螺母螺母 滑动螺旋结构简单，易于制造，传力大，易于自锁，所以应用滑动螺旋结构简单，易于制造，传力

4、大，易于自锁，所以应用 最广泛，但其缺点是摩擦阻力大，传动效率低（一般为最广泛，但其缺点是摩擦阻力大，传动效率低（一般为 30%40%）；）； 滚动螺旋和静压螺旋的摩擦阻力小，传动效率高（一般为滚动螺旋和静压螺旋的摩擦阻力小，传动效率高（一般为90% 以上），但结构复杂，制造要求高，多用于高精度、高效率的以上），但结构复杂，制造要求高，多用于高精度、高效率的 机构。机构。 6.2 螺旋传动的材料及许用应力螺旋传动的材料及许用应力 6.2.1 螺杆和螺母的材料螺杆和螺母的材料 足够的强度，良好的耐磨性，螺杆和螺母材料配合时摩擦足够的强度，良好的耐磨性，螺杆和螺母材料配合时摩擦 系数要小。系数要小

5、。 对螺杆和螺母材料的要求：对螺杆和螺母材料的要求： 螺杆和螺母常用材料：螺杆和螺母常用材料： 用途用途 螺杆螺杆 螺母螺母 材料材料是否热处理是否热处理 一般常用一般常用 Q235、Q275、45和和50钢钢 重载、高速的重要传动重载、高速的重要传动 是是 T12、40Cr、65Mn等等 是是 精密传导螺旋传动中精密传导螺旋传动中9Mn2V、38CrMoAl等等 否否 ZCuSn10Pb1、 ZCuAl9Fe4Ni4Mn2等，等， 一般常用一般常用 低速轻载低速轻载 可选用耐磨铸铁可选用耐磨铸铁 否否 否否 名称名称 6.2.2 滑动螺旋传动的许用压强滑动螺旋传动的许用压强 配配 对对 材材

6、 料料钢对铸铁钢对铸铁钢对青铜钢对青铜淬火钢对青铜淬火钢对青铜 许用压强许用压强p p 速度速度 V12m/min 4 47 77 7101010101313 低速，如人力低速，如人力 驱动等驱动等 1010181815152525 表表6.1螺旋副的许用压强螺旋副的许用压强p/MPa 滑动螺旋主要承载：滑动螺旋主要承载：转矩、轴向力转矩、轴向力 主要失效形式：主要失效形式： 磨损磨损 工作能力验算的内容：工作能力验算的内容： 螺杆危险截面、螺纹牙的强度验算螺杆危险截面、螺纹牙的强度验算 螺杆的稳定性计算螺杆的稳定性计算 耐磨性计算耐磨性计算 6.3 滑动螺旋传动的设计滑动螺旋传动的设计 耐磨

7、性计算耐磨性计算主要是限制螺纹工作面间的压力；主要是限制螺纹工作面间的压力； 6.3.1 耐磨性计算耐磨性计算 耐磨性的校核公式为耐磨性的校核公式为 A F p p 2 F d hz hHd FP 2 h zd2 F F螺杆受的轴向力， 螺杆受的轴向力，N； 2 d螺纹中径，螺纹中径，mm； h 螺纹工作高度，螺纹工作高度，mm； z参加旋合的圈数；参加旋合的圈数； H螺母旋合段的长度， 螺母旋合段的长度，mm； P螺矩，螺矩，mm； p许用压强；许用压强； 以上参数选取见教材相关内容。以上参数选取见教材相关内容。 2 ph FP d 耐磨性的设计公式为耐磨性的设计公式为 主要针对螺纹牙的塑性

8、变形和断裂主要针对螺纹牙的塑性变形和断裂 6.3.2 螺杆牙的强度计算螺杆牙的强度计算 螺纹牙的主要失效形式：螺纹牙的主要失效形式： 剪切、挤压破坏剪切、挤压破坏 计算一般只针对螺母的螺纹牙计算一般只针对螺母的螺纹牙 计算的力学模型的建立：计算的力学模型的建立： 将螺母的螺纹牙看作宽度为将螺母的螺纹牙看作宽度为D的悬臂梁。的悬臂梁。 假设螺母每圈所承受的平均压力为假设螺母每圈所承受的平均压力为F/Z， 并作用在螺纹中径为直径的圆周上并作用在螺纹中径为直径的圆周上 螺母螺纹圈的受力螺母螺纹圈的受力 D D2 F/Z 6 2 bb ZDb Fl DbZ F 螺纹牙危险截面的剪切强度条件螺纹牙危险截

9、面的剪切强度条件 螺纹牙危险截面的弯曲强度条件螺纹牙危险截面的弯曲强度条件 Z相旋合的螺纹圈数相旋合的螺纹圈数； b 螺纹牙根部的厚度，螺纹牙根部的厚度，mm ； l弯曲力臂，弯曲力臂，mm； 螺母材料的许用剪应力，螺母材料的许用剪应力，Mpa ； 螺母材料的许用弯曲应力，螺母材料的许用弯曲应力，Mpa。 b 2 2 DD l a a b 6.3.3 螺杆强度计算螺杆强度计算 螺杆强度计算适应的对象：螺杆强度计算适应的对象： 工作时螺杆危险截面的应力：工作时螺杆危险截面的应力： 转矩产生的剪应力转矩产生的剪应力 轴向力产生的拉（或压）应力。轴向力产生的拉（或压）应力。 受力很大的螺杆受力很大的

10、螺杆 其强度条件为：其强度条件为： 3 2 2 T ca W T A F 4 3 1 2 1 2 d T F A ca 也可表示为：也可表示为： 公式中各参数（见下页）公式中各参数（见下页） 螺杆螺纹端的危险截面面积，螺杆螺纹端的危险截面面积，mm;A 2 1 4 dA 螺杆螺纹段的抗扭截面模量，螺杆螺纹段的抗扭截面模量，mm3， T W 螺杆所受的扭矩，螺杆所受的扭矩，Nmm ， T 螺杆材料的许用应力，螺杆材料的许用应力，Mpa 。见表。见表6.2。 1 d 螺杆螺纹小径，螺杆螺纹小径，mm； 螺杆所受的轴向拉力（或压力），螺杆所受的轴向拉力（或压力），N；F 416 1 3 1 d A

11、d WT )( 2 2 V tg d FT 6.3.4 螺杆的稳定性计算螺杆的稳定性计算 须作稳定性计算的情况：须作稳定性计算的情况： 长径比大的受压螺杆，长径比大的受压螺杆， 所受的轴向力所受的轴向力F大于某一临界值大于某一临界值Fc 螺杆失稳：螺杆失稳： 在过大压力作用下，细长螺杆突然发生侧向弯曲的现象。在过大压力作用下，细长螺杆突然发生侧向弯曲的现象。 稳定性校核公式：稳定性校核公式： S F F S c c c S螺杆稳定性的计算安全系数；螺杆稳定性的计算安全系数； S螺杆稳定性安全系数螺杆稳定性安全系数; S= 3.55.0，传力螺杆；传力螺杆； 2.54.0，传导螺旋传导螺旋; 4,，精密或水平螺杆。，精密或水平螺杆。 螺杆的临界载荷，螺杆的临界载荷，N。 c FS F F S c c Fc可根据柔度可根据柔度求得：求得： （1）当）当8590， 2 2 l EI F a c （2）当）当8590， 4 00013.01 340 2 1 2 d i l Fc （3）当当85， 4 0002. 01 490 2 1 2 d i l Fc （4）当）当40，可不作稳定性计算。可不作稳定性计算。 6.3.5 螺旋副的自锁条件螺旋副的自锁条件 i l l 螺杆的最大工作长度，螺杆的最大工作长度，mm； i 螺杆危险截面的惯性半径，螺杆危险截面的惯性半径，mm，