机械设计基础第章螺旋传动

第十二章螺旋传动12.1螺旋传动的类型、特点与应用螺旋传动是精密机械中常用的一种传动形式。它是利用螺杆和螺母的相对运动来传递运动和动力的一种传动机构，将旋转运动变为直线运动，其运动关系为

式中:

l——螺杆（或螺母）的位移；

Ph——导程；

j——螺杆和螺母间的相对转角。1示数螺旋传动在传动链中用以精确的传递相对运动或相对位移的螺旋传动——传动精度高、空回误差小、运动灵活。2.传力螺旋传动在传动链中用以产生增力、推举重物、施加压力等传递能量为主要目的螺旋机构——要有足够的强度。3.一般螺旋传动在传动链中只作一般驱动用的螺旋传动——强度、刚度、和精度均无较高要求。分类:螺旋传动按其接触面间摩擦的性质，可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动、静压螺旋传动，目前常见的是滑动螺旋传动。12.1.1螺旋传动的类型、特点与应用212.2.1滑动螺旋传动的特点1.降速传动比大在转角很大的情况下，能获得很小的直线位移量，且螺旋传动结构简单、紧凑、传动精度高，运动灵活、工作平稳。2.具有增力作用主动件上输入较小转矩，从动件即能够得到较大的轴向力。3.能自锁当螺旋线升角小于摩擦角时，螺旋传动具有自锁作用。4.效率低易磨损、低速易出现爬行。且螺旋工作面为滑动摩擦，其传动效率低,一般为30％～40％，因此不适于高速和大功率传动。

12.2滑动螺旋传动312.2.2滑动螺旋机构的组成和运动形式1.

螺杆转动螺母移动轴向尺寸取决于螺母长度及其行程大小,可获得较高精度,适用于工作行较长的精密设备和检测仪器中的移动工作台等。2.螺母转动螺杆移动

轴向尺寸取决于螺母长度和两倍行程其行程大小，故所占轴向空间较大，精度较低，结构复杂，适用于仪表设备中的调节机构。螺杆转动螺母移动螺母转动螺杆移动43.

固定螺杆转动并移动轴向尺寸取决于螺母长度和两倍行程其行程大小及其移动件的长度，所需轴向空间较大，但结构简单，容易获得较高精度，适用于工作行较短的仪器仪表设备中的测微与微调机构。4.螺杆固定螺母转动并移动轴向尺寸较小，结构上难以实现转动，精度低，常见与仪表和设备中的构件工作调整和锁紧结构。螺母固定螺杆转动并移动螺杆固定螺母转动并移动55.

螺母为从动件的复式螺旋机构

一种具有两个螺旋副，一机构个自由度的特殊螺旋机构。如图螺杆1上A、B两段为旋向相同(或相反)螺距分别为和的螺旋。当螺杆相对于螺母3转动角时，可动螺母2的移动距离为：其中,一般Ph1＞Ph2

且相差很小，若A、B两段为旋向相同则取“-”；若A、B两段为旋向反取“+”，因此、当旋向相同，很小l从动件可获得很小与精确的位移（各种微动装置中常见）；当旋向相反，则螺旋变成快速移动螺旋，即螺母2相对于螺母3快速趋近或离开。这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。612.2.3滑动螺旋传动的计算1.滑动螺旋传动参数的选择和确定(1)传动形式选择按设计条件具体确定。(2)螺纹类型的确定滑动螺旋、主要采用公制普通螺纹和梯形螺纹（测微读数螺旋——三角形螺纹；传力螺旋传动——用梯形螺纹）。(3)螺距的确定按移动范围和降速比确定。细牙螺纹——位移量较小、降速比大、逆行程自锁（光学仪器特种细牙螺纹—d相同螺距和螺纹深度小）。(

P=1、0.75，0.5）梯形螺纹或普通粗牙螺纹——要求相对位移量较大的传动螺旋。（P=1，1.5，2）7(4)螺旋线数、旋向与升角测量螺旋传动中——单头（传动精度比多头螺纹精度高）高传动速度——多头螺纹、精度不高如目镜螺纹。螺旋传动的旋向——运动要求、应优先选用右旋。螺旋升角——综合传动效率与自锁（逆行程自锁≤ρΔ传动效率，值取大。(5)螺母长度与螺杆长度的确定

螺母长度影响螺旋付的摩擦、磨损、传动精度。H=ψd2,ψ——比例系数，整体式螺母ψ=1.5~2.5；开式螺母ψ=2.5~3.5。螺杆螺纹长度尽可能短（整个工作行程内与螺母正确旋合前提下）。

螺杆的刚度——长度/螺纹小径≤25，否则进行稳定性验算。8

(6)螺旋副材料的确定

螺杆材料——强度耐磨性加工性能好。（精密传导螺旋、热处理后有较好的尺寸稳定性、较低的摩擦系数和较高的耐磨性,螺杆材料硬度比螺母要高）。

螺杆——45、50钢（中碳钢）调质处理；热处理后有较高硬度和耐磨性的重要螺杆可用T12、65Mn、40Cr等钢；热处理后要求尺寸稳定性好可用9Mn2V、CrWMn、38CrMoAlA、GCr15、GCr15SiMn（滚动轴承钢）。

螺母——锡青铜、黄铜、聚乙烯、尼龙和耐磨铸铁（重载可选用铝青铜或铸造黄铜、球墨铸铁和45钢）。

92.滑动螺旋传动主要计算

滑动螺旋传动螺杆受到的载荷主要是转矩和轴向拉（压）力，这些力引起螺纹的磨损、螺杆的变形、螺杆或螺纹牙的断裂、螺杆失稳（长径比大）。10耐磨磨性性计计算算磨损损是是滑滑动动螺螺旋旋传传动动的的主主要要失失效效形形式式，，而而磨磨损损的的速速度度与与螺螺纹纹工工作作表表面面压压强强的的大大小小有有直直接接系系，，因因此此，，在在轴轴向向载载荷荷Fa作用用下下，，旋旋合合长长度度范范围围内内螺螺纹纹工工作作表表面面单单位位面面积积上上的的压压力力也也就就是是工工作作比比压压p小于于或或等等于于许许用用压压强强[p]即式中中:p———螺纹纹工工作作表表面面实实际际平平均均压压强强；；[P]———许用用压压强强；；Fa———轴向向载载荷荷；；d2———螺纹纹中中径径；；H———螺母母高高度度；；h———螺纹纹工工作作高高度度，，梯梯形形螺螺纹纹h=0.5P；三三角角螺螺纹纹h=0.5413P。11注意意：：1.d2算出出后后按按标标准准圆圆整整、、得得相相应应的的标标准准公公称称直直径径及及螺螺距距。。2.考虑虑螺螺纹纹间间载载荷荷实实际际分分布布不不均均匀匀，，n≤10；n>10时，，更更换换螺螺母母材材料料或或增增大大螺螺纹纹直直径径。设计计公公式式按螺纹形式确定：整体式螺母，取1.2~2.5；剖分式螺母，取2.5~3.5。：令12螺杆杆受受轴轴向向载载荷荷和和转转矩矩的的作作用用变变形形，，P改变变，，影响响螺螺旋旋传传动动的的精精度度。。一个个螺螺距距产产生生的的变变化化量量为为：：轴向向载载荷荷Fa(拉、、压压））式中中：：P———螺距距；；E———螺杆杆材材料料拉拉压压弹弹性性摸摸量量，，E钢=2.15××105MPa；A———螺杆杆螺螺纹纹截截面面面面积积，，对对梯梯形形螺螺纹纹按按螺螺纹纹中中径径计计算算，，即即d2；（当当螺螺杆杆受受拉拉时时上上式式取取““＋＋””号号，，受受压压时时取取““－－””号号））扭矩矩T作用用转转角角为为螺距距的的变变化化量量为为（逆逆螺螺旋旋方方向向作作用用时时取取““＋＋””号号，，顺顺螺螺旋旋方方向向作作用用时时取取““－－””号号））轴向向载载荷荷和和转转矩矩作作用用下下，，一一个个螺螺距距的的变变化化量量为为（m）13式中中：：——轴向载荷；——转矩；——螺距；——螺杆螺纹段截面极惯性矩，在梯形螺纹刚度计算中，按螺纹中径

计算比较合理，即；。E、G———分别别为为螺螺杆杆材材料料的的弹弹性性模模量量和和剪剪切切弹弹性性模模量量。。14稳定定性性计计算算，，受受轴轴向向压压力力的的螺螺杆杆，，当当轴轴向向压压力力较较大大，，螺螺杆杆可可能能失失去去稳稳定定而而产产生生侧侧向向弯弯曲曲即即失失稳稳。。螺螺杆杆失失稳稳时时的的临临界界轴轴向向载载荷荷主主要要与与材材料料和和柔柔度度有有关关，，即即=μL/i（i-螺杆危险险截面惯惯性半径径）≥100时：15工程计算算16为了保证证螺杆不不失稳，，必须使使：式中：Famax——最大轴向向载荷；；SF——安全系数数，SF＝2.5～4。如果不能能满足上上述条件件，应增增大直至至满足为为止。必须指出出：上述述讨论仅仅限于≥100时的情况况，取值不同同有关Famax的计算详详见机械械设计手手册，另另外＜40，不必进进行稳定定性校核核。17螺纹强度度计算螺纹强度度计算包包括螺杆杆螺纹及及螺母螺螺纹强度度的计算算，然而而由于螺螺杆材料料强度一一般比螺螺母材料料强度高高，故只只需验算算螺母螺螺纹强度度。设轴轴向载荷荷Fa作用于螺螺纹中径径，忽略略螺杆与与螺母之之间的径径向间隙隙，则螺螺母螺纹纹强度计计算公式式如下：：剪切强度度弯曲强度度式中：——螺纹大径径（mm）；——旋合扣数数，；；[]、[b]——分别为螺螺纹材料料的许用用剪切应应力和许许用弯曲曲应力；——螺纹根部部宽度（（mm），对于于梯形螺螺纹。18螺杆的强强度计算算螺螺杆杆在轴向向载荷和和转矩的的作用下下产生正正应力和和切应力力,螺杆的强强度可按按第四强强度理论论进行验验算。其其计算公公式为式中：——螺杆材料料的许用用应力，，＝＝/（3～5）（为材材料的的屈服极限限）；——螺杆螺纹纹小径；；Fa——轴向载荷荷；——转矩。1912.3.1螺旋传动动误差与与空程误误差螺旋传动动误差是当主动动件单向向回转转转角时从从动件的的实际位位移量对对于理论论位移量量偏差的的最大幅幅度值。。（直线线1为理论位位移曲线线、直线线2为实际位位移曲线线）螺旋传动动的空程程是当主动动件改变变回转方方向从动动件不能能立即随随之反向向移动，，从动件件滞后于于主动件件时所对对应的位位移。12.3滑动螺旋旋传动误误差与精精度提高高的措施施20螺旋传动动误差与与空程误误差产生生的主要要因素螺旋副的的固有误误差，如如螺距、、牙形半半角误差差等；螺旋传动动机构的的装置误误差，如如螺杆轴轴向跳动动、螺杆杆轴线与与导轨运动动方向偏偏斜等；；使用误差差，如工工作中的的弹性变变形和热热变形等等。21(1)螺距误差差单个螺距距误差螺纹全长长上，任意意单个实实际螺距距对基本本螺距的的偏差的的最大代代数差。。螺距累积积误差规定的螺螺纹长度度内，任任意两同同侧螺纹纹面间实实际距离离对公称称尺寸的的偏差的的最大代代数差。。注意：螺螺母的螺螺距累积积误差对对传动精精度没有有影响。。22(2)中径误差差螺旋副中中，大径径、小径径并无相相对接触触，中径径是配合合尺寸，，因此要要控制中中径变动动量。第二节滑滑动动螺旋传传动(3)牙型半角角误差螺纹牙型型半角可可能偏离离标准值值。但是是，如果果采用一一把刀，，一次装装卡，牙牙型半角角误差在在螺纹全全长上一一般变化化不大。。23(4)螺杆轴向向窜动误误差(5)偏斜误差差(6)温度误差差241.螺旋副零零件与滑滑板连接接结构的的确定(1)刚性连接接结构结构简单单，连接接刚度大大，多用用于受力力较大的的传动中中。螺旋旋副位移移方向与与滑板运运动方向向间易发发生干涉涉。第二节滑滑动动螺旋传传动12.3.2提高螺旋旋传动精精度与减减少空程程误差的的方法25(2)弹性连接结构适用于受受力较小小的精密密螺旋传传动。第二节滑滑动动螺旋传传动26(3)活动连接结构彻底排除除螺旋副副与滑板板运动方方向间的的干涉，，需要封封闭力F。第二节滑滑动动螺旋传传动272.螺距误差差校正装装置提高高精度的的方法28第二节滑滑动动螺旋传传动3.消除螺旋旋传动空空回的方方法空回－螺螺杆旋转转方向改改变，在在螺杆转转动某一一角度后后，螺母母才产生生反向运运动。原原因是螺螺杆、螺螺母传动动副存在在间隙。。(1)利用单向向作用力力29(2)利用调整整螺母1)径向调整整法利用不同同结构，，使螺母母产生径径向收缩缩，以减减小传动动副间隙隙。第二节滑滑动动螺旋传传动302)轴向调整整法利用双螺螺母轴向向预紧消消除传动动副间隙隙。第二节滑滑动动螺旋传传动3)塑料螺母母31螺杆、螺螺母、滚滚珠、滚滚珠循环环返回装装置。滚珠螺旋旋传动除除螺旋传传动的一一般特点点外还有有以下特点点：1.传动效率率高，启启动力矩矩小。2.传动精度度高。3.具有传动动的可逆逆性，不不能自锁锁。4.寿命长，，维护简简单。5.制造工艺艺复杂，，成本高高。第三节滚滚珠珠螺旋传传动12.4滚珠螺旋旋传动3212.4.1滚珠螺旋旋传动的的结构与与类型1.螺纹滚道道法向截截型单圆弧型型工艺简单单，运行行特性不不够稳定定。双圆弧型型工艺难度度大，有有利润滑滑，运行行特性