太原理工大学《机械设计基础》课件-第9章螺旋传动

2026/10/28第九章螺旋传动1第九章螺旋传动太原理工大学《机械设计基础》2026/10/28第九章螺旋传动2内容概述滑动螺旋传动滚珠螺旋传动静压螺旋传动简介2026/10/28第九章螺旋传动3第一节概述螺旋传动的概念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，将旋传运动变为直线运动，其运动关系为2026/10/28第九章螺旋传动4二、螺旋传动的分类按其在精密机械中的作用，分为示数螺旋传动传动链中，精确传递相对运动或相对位移的螺旋传动；要求：传动精度高，空回误差小。传力螺旋传动传动链中，传递动力的螺旋传动；要求：足够的强度一般螺旋传动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。按其接触面间摩擦的性质，分为滑动螺旋传动滚动螺旋传动静压螺旋传动2026/10/28第九章螺旋传动5第二节滑动螺旋传动一、滑动螺旋传动的特点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。2026/10/28第九章螺旋传动6二、滑动螺旋传动的型式及应用滑动螺旋传动的两种基本型式螺母固定，螺杆转动并移动优点：螺母起支承作用，易获得较高的传动精度。缺点：轴向尺寸大，刚性较差，适用于行程短的情况。螺杆转动，螺母移动结构紧凑，刚度较大，适用于工作行程较长的情况。2026/10/28第九章螺旋传动7二、滑动螺旋传动的型式及应用滑动螺旋传动的应用例1：测微目镜中的示数螺旋传动，属类型I。2026/10/28第九章螺旋传动8二、滑动螺旋传动的型式及应用例2：测量显微镜纵向测微螺旋属类型II。2026/10/28第九章螺旋传动9二、滑动螺旋传动的型式及应用类型III：差动螺旋传动原理情况1：螺杆3左、右两段螺纹旋向相同，螺杆转动φ，可动螺母2移动距离如果导程差很小，则l很小，可用于各种微动装置。情况2：螺杆3左、右两段螺纹旋向相反，螺杆转动φ，可动螺母2移动距离快速移动螺旋，用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置。2026/10/28第九章螺旋传动10三、滑动螺旋传动的计算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2026/10/28第九章螺旋传动11三、滑动螺旋传动的计算（一）耐磨性计算根据耐磨性的计算确定螺杆的直径和螺母高度螺纹工作表面的压强磨损速度与螺纹工作表面压强的大小直接关系，为提高螺旋传动寿命，须限制螺纹工作表面的压强2026/10/28第九章螺旋传动12（一）耐磨性计算螺纹直径设计d2应根据标准圆整，并选取标准公称直径d及螺距P。考虑螺纹间载荷实际分布不均匀，螺母螺纹的扣数n应小于10，n=H/P≤10，若n>10，考虑更换螺母材料或增大螺纹直径。2026/10/28第九章螺旋传动13（二）刚度计算螺杆变形的产生螺杆在轴向载荷Fa和转矩T的作用下产生变形，引起螺距的变化，影响传动精度。设计时应进行刚度计算，把螺距变化限制在允许范围内。螺距变化量的计算螺杆在轴向载荷作用下，一个螺距产生的变化量螺杆在转矩作用下，相应于一个螺距长度产生的变化量螺杆在轴向载荷和转矩作用下，一个螺距的变化量1m长螺纹上螺距累积变化量2026/10/28第九章螺旋传动14（二）刚度计算2026/10/28第九章螺旋传动15（二）刚度计算2026/10/28第九章螺旋传动16（三）稳定性验算稳定性验算的必要性受轴向压力的螺杆，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。稳定性验算根据工程力学，螺杆失稳时的临界轴向载荷为2026/10/28第九章螺旋传动17

2026/10/28第九章螺旋传动18（四）强度计算螺杆的强度计算2026/10/28第九章螺旋传动19（四）强度计算螺纹强度计算螺杆材料强度比螺母材料强度高，因此只需验算螺母螺纹强度。2026/10/28第九章螺旋传动20（五）驱动力矩、效率和自锁的计算对于传力螺旋，为避免螺旋副因摩擦力过大而转动不灵活，应进行驱动力矩及效率的计算，以便确定原动机的功率和螺旋副的自锁条件。驱动力矩2026/10/28第九章螺旋传动21（五）驱动力矩、效率和自锁的计算效率2026/10/28第九章螺旋传动22（五）驱动力矩、效率和自锁的计算自锁例9－12026/10/28第九章螺旋传动23四、滑动螺旋传动的设计原则（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多采用梯形螺纹（三）螺旋副材料的确定根据用途、精度等级及热处理要求等条件选定。总的要求：具有良好的耐磨性和易于加工为减小磨损，螺杆的硬度高于螺母硬度，保护价格高、对传动精度影响较大的螺杆。螺杆材料螺母材料2026/10/28第九章螺旋传动24四、滑动螺旋传动的设计原则（四）主要参数的确定主要参数：螺杆直径和长度螺距螺旋线头数螺母高度确定方法参照同类机构，用类比的方法确定对于重要传动，进行必要的校核计算2026/10/28第九章螺旋传动25四、滑动螺旋传动的设计原则注意的问题螺杆螺纹部分的长度Lw保证整个工作行程Lg内与螺母正确旋合为原则，尽可能短。一般Lw≥Lg+H（螺母高度）螺杆直径为保证螺杆的刚度，直径选大些，并使L（长度）/d1（螺纹小径）≤25；如果L/d1>25，对受压螺杆应进行稳定性验算。螺距测微螺旋中，螺距应取标准值。螺纹头数为避免周期误差，应选单头螺纹。只有在转角小而要获得大位移的情况下，才采用多头螺纹。2026/10/28第九章螺旋传动26四、滑动螺旋传动的设计原则（五）螺纹公差普通螺纹的公差制结构公差带与旋合长度螺距的累积误差一般随螺纹扣数增多而增大，引起中径变化。仅用公差带大小来说明螺纹精度不够，必须规定公差带在多大的旋合长度范围内有效。即考虑公差带与旋合长度两个因素。旋合长度分：短S、中等N和长L三组。表9－6一般按中等长度考虑2026/10/28第九章螺旋传动27四、滑动螺旋传动的设计原则普通螺纹公差带组成：公差带相对于基本牙型位置（基本偏差）＋公差带大小（公差等级）表9－7表示：公差等级的数字＋基本偏差的字母例：7H，8g为有利于生产，尽量减少刀具、量具的规格和数量，一般采用国际规定的公差带。表9－8螺纹公差带的选用中等旋合长度、6级公差为中等精度，6级公差是基本级，使用最多。内外螺纹公差带可以任意组合尽量选带*公差带为确保足够的接触高度，内外螺纹最好组成H/g、H/h、G/h的配合。G/h的配合最小间隙为零。机床中的传动丝杠、螺母副，常用牙型角30°的梯形螺纹，其基本牙型有相应的标准规定－GB5796.3-86。机床梯形螺纹丝杠、螺母精度标准规定－JB2886-92。2026/10/28第九章螺旋传动28四、滑动螺旋传动的设计原则（六）螺旋副零件与滑板联接结构的确定螺旋副零件与滑板联接结构对螺旋副的磨损有直接影响，设计时应注意。常见的联接结构刚型联接结构牢固可靠，但当螺杆轴线与滑板运动方向不平行时，螺纹工作面压力大，磨损加剧。严重时卡住。多用于受力较大的螺旋传动中。2026/10/28第九章螺旋传动29四、滑动螺旋传动的设计原则弹性联接结构适用于受力较小的精密螺旋传动。2026/10/28第九章螺旋传动30四、滑动螺旋传动的设计原则活动联接结构2026/10/28第九章螺旋传动31五、影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施螺旋传动的传动精度螺杆与螺母间实际相对运动保持理论值的准确程度。L=zPφ/2π=Ph

φ/2π影响螺旋传动精度的因素（一）螺纹参数误差（二）螺杆轴向窜动误差（三）偏斜误差（四）温度误差2026/10/28第九章螺旋传动32（一）螺纹参数误差螺距误差螺距实际值与理论值之差分类单个螺距误差：螺纹全长上，任意单个实际螺距对基本螺距的偏差的最大代数差，与螺纹长度无关。螺距累积误差：规定的螺纹长度内，任意两侧螺纹面间实际距离对公称尺寸的偏差的最大代数差，它与螺纹的长度有关。对传动精度的影响螺杆的螺距误差直接影响传动精度螺母的螺距累积误差对传动精度没有影响，单个螺距误差只有当螺杆也有单个螺距误差时才会引起传动误差。所以精密螺旋传动中，对螺杆的精度比对螺母精度要求高一些。2026/10/28第九章螺旋传动33（一）螺纹参数误差中径误差中径尺寸变动量公差中径是配合尺寸，为螺杆和螺母转动灵活和储存润滑油，配合处需要有均匀间隙。应控制螺杆全长上中径尺寸变动量的公差中径跳动公差长径比较大的螺杆，刚性差，易弯曲，使螺母在螺杆各段的配合产生偏心，也会引起螺杆螺距误差。2026/10/28第九章螺旋传动34（一）螺纹参数误差牙型半角误差螺纹实际牙型半角与理论牙型半角之差。螺纹各牙型半角有差异，会引起螺距变化，影响传动精度。但如果螺纹全长是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。2026/10/28第九章螺旋传动35（二）螺杆轴向窜动误差螺杆轴向窜动误差的产生螺杆轴向窜动误差周期性变化，螺杆转动一转为一个循环。最大轴向窜动误差2026/10/28第九章螺旋传动36（三）偏斜误差偏斜误差的产生偏斜误差偏斜角对偏斜误差影响大，应控制。2026/10/28第九章螺旋传动37（四）温度误差温度误差的产生当螺杆传动的工作温度与制造温度不同，引起螺杆长度和螺距发生变化，产生温度误差。温度误差的大小2026/10/28第九章螺旋传动38五、影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施提高螺旋传动精度的措施提高螺旋副零件的制造精度采取某些结构措施提高其传动精度螺距误差校正装置－校正由于加工中的螺距误差、螺纹中径误差及牙型半角误差引起的综合螺距误差。2026/10/28第九章螺旋传动39五、影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施例：坐标镗床螺距误差校正装置2026/10/28第九章螺旋传动40五、影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施校正温度误差校正尺做成直线，与螺杆轴线倾斜某一角度θ即可。校正螺杆轴向窜动误差：采用图9-3所示结构，D＝0减小偏斜误差，使螺旋副的移动件与导轨滑板运动灵活，采用活动联接的方法，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。2026/10/28第九章螺旋传动41六、消除螺旋传动的空回的方法空回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。空回直接影响正反向传动下工作的精密螺旋传动误差。消除空回的方法：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。2026/10/28第九章螺旋传动42六、消除螺旋传动的空回的方法消除螺旋传动的空回的方法（一）利用单向作用力2026/10/28第九章螺旋传动43六、消除螺旋传动的空回的方法（二）利用调整螺母径向调整法开槽螺母结构卡簧式螺母结构对开螺母结构对开螺母结构，带紧钉螺钉调整螺纹间隙2026/10/28第九章螺旋传动44六、消除螺旋传动的空回的方法（二）利用调整螺母轴向调整法2026/10/28第九章螺旋传动45六、消除螺旋传动的空回的方法（三）利用塑料螺母消除空回2026/10/28第九章螺旋传动46第三节滚珠螺旋传动结构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。组成螺杆螺母滚珠滚珠循环返回装置2026/10/28第九章螺旋传动47一、滚珠螺旋传动的特点与滑动螺旋传动相比较传动效率高，一般可达90％以上。传动精度高具有传动的可逆型，但不能自锁制造工艺复杂，成本高，但使用寿命长，维护简单。2026/10/28第九章螺旋传动48二、滚珠螺旋传动结构型式与类型（一）螺纹滚道法向截形定义：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：单圆弧形，双圆弧形。接触角：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β，理想接触角＝45度。2026/10/28第九章螺旋传动49（一）螺纹滚道法向截形适应度滚道半径rs与滚珠直径Dw的比值，frs=rs/Dw一般取frs＝0.52~0.55单圆弧形的特点砂轮成型比较简单，易于得到较高精度；接触角随初始间隙和轴向力大小变化，效率、承载能力和轴向刚度均不够稳定。双圆弧形的特点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脏物，使磨损减小。砂轮修整、加工、检验比较困难。2026/10/28第九章螺旋传动50二、滚珠螺旋传动结构型式与类型（二）滚珠循环方式内循环滚珠在循环过程中始终与螺杆保持接触的循环。结构：列数：2～4反向器：沿螺母周围均匀分布，轴向间隔视反向器的型式不同而不同。工作圈数：每一循环中绕经螺纹滚道的圈数优点：一列一圈，回路短，滚珠少，流畅性好，效率高。径向尺寸小，零件少，装配简单。缺点：反向器的回珠槽具有空间曲面，加工较复杂。2026/10/28第九章螺旋传动51二、滚珠螺旋传动结构型式与类型（二）滚珠循环方式外循环滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环。按结构的不同，分为：螺旋槽式结构优点：结构工艺简单、易于制造，螺母径向尺寸小缺点：挡珠器刚度较差，容易磨损。插管式端盖式2026/10/28第九章螺旋传动52二、滚珠螺旋传动结构型式与类型插管式结构优点：结构简单、工艺性好，适于批量生产。缺点：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，则耐磨性较差。2026/10/28第九章螺旋传动53二、滚珠螺旋传动结构型式与类型端盖式结构优点：结构紧凑、工艺性好。缺点：滚珠通过短槽时容易卡住。2026/10/28第九章螺旋传动54二、滚珠螺旋传动结构型式与类型（三）消除轴向间隙的调整预紧方法空回误差消除空回误差2026