螺纹的形成与螺旋传动.ppt

1、第11章螺纹形成和螺旋传动，11.1螺纹形成原理和类型及其主要参数，11.2螺旋副的受力分析、效率和自锁，11.3螺旋传动*，11.1螺纹形成原理和类型及其主要参数，螺纹一个平面图形沿着螺旋线移动，移动时，保持图形通过圆柱体的轴，得到螺纹。螺纹、螺纹类型、螺纹分类、螺纹旋转、旋转的内外表面、矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿螺纹、螺纹类型、螺纹分类、螺纹旋转、旋转的内外表面、矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿螺纹、右旋螺纹左旋螺纹根据螺纹形状、螺纹分类、螺纹旋转方向、螺旋数、旋转的内外表面、螺旋作用和母体形状进行分类。矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹、右旋螺纹、左旋螺纹、单螺纹和多螺纹螺纹，一

2、般为： n 4，双线螺纹和单线螺纹。S=2P，S=P，N螺纹： S=n P，除以螺纹轮廓，螺纹分类，螺纹旋转方向，旋转的内外表面，矩形螺纹，三角形螺纹，梯形螺纹，右旋螺纹，左旋螺纹，外螺纹和内螺纹，(3) (1)一个假想圆柱体的直径，其大直径D与外螺纹的顶部(或内螺纹的底部)重合。(2)假想圆柱的直径，其小直径d1与外螺纹根部(或内螺纹顶部)重合。(4)在中间直径线上，与两个间距为p的相邻齿相对应的两点之间的轴向距离。(5)导程S，(6)螺旋切线与圆柱上垂直于螺纹轴的平面之间的角度，中间直径d2为螺纹升角，(7)螺纹轮廓的两个相邻边之间在轮廓角的轴向截面上的角度。齿廓侧面与螺纹轴线垂线之间的角

3、度。齿侧角，S=nP，同一螺旋线上的两个相邻齿之间的轴向距离p对应于中间直径线上的两个点，11.2螺纹的主要几何参数，(8)接触高度h内螺纹和外螺纹拧紧后接触面的径向高度。如图所示，在外力(或外力矩)的作用下，螺旋副的相对运动可视为推动滑块沿螺纹面运动。11.2螺旋副的受力分析、效率和自锁，11.2.1矩形螺纹，如图所示，矩形螺纹沿中间直径d2展开，得到一个倾角为l的斜面，斜面上的滑块代表螺母，螺母和螺钉之间的相对运动可视为滑块在斜面上的运动。如图所示，当滑块沿斜面匀速向上运动时，作用力包括轴向载荷FQ、水平推力F、斜面对滑块的法向反作用力FN和摩擦力Ff。FN和Ff的合力为fr，Ff=fFN

4、，f为摩擦系数，FR和FN之间的夹角为摩擦角.根据由力FR、f和FQ组成的力多边形闭合图，旋转螺纹所需的扭矩为，螺旋副的效率h指的是有效功与输入功之比。螺母旋转一周所需的输入功为W1=2pT1，有效功为W2=FQS，其中S=pd2tanl。(11-2)，螺旋副的效率为，(11-3)，效率h与螺纹升角l和摩擦角r有关。如果螺旋线的数量大，升角大，效率高，反之亦然。当r为常数时，可得到公式(11-3)的最大值，上升角为l40时效率最高。由于螺纹角度太大，制造螺纹非常困难，l25后效率提高不明显，所以角度通常不超过25。如图11-5b所示，当滑块沿斜面以恒定速度向下滑动时，轴向载荷FQ成为驱动滑块以

5、恒定速度向下滑动的驱动力，f是阻止滑块向下滑动的支撑力，并且摩擦方向Ff与滑块的移动方向相反。由FR、f和FQ组成的力多边形是clo因此，螺旋副的自锁条件是，当设计螺旋副时，对于需要在正向和反向旋转中自由运动的螺旋副，应该避免自锁现象，并且螺旋副的自锁特性也可以应用于工程中，例如，如果提升螺旋被制成自锁螺旋，则可以省略制动装置。非矩形螺纹是指齿角不等于零的螺纹，包括三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。如图11-6所示，当非矩形螺纹螺母与螺杆相对移动时，相当于楔形滑块沿楔形槽的斜面移动。11.2.2非矩形螺纹的应力分析与矩形螺纹相同，但矩形螺纹与非矩形螺纹的区别在于，在相同的轴向载荷FQ下，非矩形

6、螺纹的法向力大于矩形螺纹。不同线程对之间的力、引入等效摩擦系数fv和等效摩擦角rv来考虑非矩形螺纹法向力的增加，即用等效摩擦角rv代替公式(11-1)至(11-6)中的R，可以相应地得到非矩形螺纹。当螺母分别匀速上升和匀速下降时，螺母所需的水平推力F、转动螺母所需的扭矩T1、螺旋副效率H和螺旋副自锁条件的计算公式。齿角a越大，螺纹效率越低。三角形螺纹比矩形螺纹具有更好的自锁性能，而静态连接螺纹需要自锁，因此经常使用大齿形角的三角形螺纹。传动螺纹要求螺旋副的高效率，一般采用小齿角的梯形螺纹。在机械中，有时需要把旋转变成直线运动。螺旋传动是实现这一转变的常用传动方式。例如，机床进给机构采用螺旋传动

7、实现刀具或工作台的直线进给，螺旋压力机和螺旋千斤顶工作部件的直线运动通过螺旋传动实现。(1)传力螺杆：这种传力螺杆主要承受较大的轴向力，通常间歇工作，工作时间短，工作速度慢，需要自锁。如螺旋千斤顶，11.3.1型螺旋传动，由螺杆和螺母组成。根据用途，可分为：(2)传动螺杆：主要传递运动，如精密车床的进给螺杆。(3)调节螺钉：用于调节和固定零件之间的相对位置，如千分尺中的螺钉。(1)滑动螺旋：当螺旋对相对运动时产生滑动摩擦的螺旋。根据其摩擦特性，螺旋传动可分为：(2)滚动螺旋：螺旋副相对运动时产生滚动摩擦的螺旋。(3)静压螺杆：将静压原理应用于螺杆传动需要供油系统。图11-9是最简单的滑动螺旋传

8、动。其中螺母3可以相对于支架1轴向移动。假设螺杆的导程为S，螺距为P，螺纹数为N，那么螺母的位移L与螺杆的转角(弧度)之间的关系如下：11.3.2滑动螺杆传动，如图所示，是一种差动滑动螺杆传动，其中螺杆2、支架1和螺母3分别形成螺杆副A和B，分别带有导程s a和SB，螺母3只能移动而不能转动。如果左右螺纹的螺纹方向相同，螺母3的位移l与螺钉2的旋转角度(rad)具有以下关系。从公式(11-9)可以看出，如果A和B螺旋副的导程sa和SB很小，则位移l也很小。这种差动滑动螺旋驱动器广泛应用于各种微动设备中。如果图11-10中的两个螺纹的螺纹方向相反，那么螺钉2的旋转角度和螺母3的位移l之间的关系是

9、，低硬度的螺钉通常由45和50钢制成；T12、65Mn、40Cr、40WMn、18CrMnTi等。可用于硬度较高的重要传动装置，通过热处理可获得较高的硬度。对于精密螺杆，要求热处理后具有较好的尺寸稳定性，可选择9Mn2V、CrWMn、38CrMoAlA等。螺母的常用材料是青铜和铸铁。在更高要求情况下该图显示了螺旋千斤顶的结构。螺母5与框架固定在一起，同时螺杆7旋转和移动，在一个方向上传递力(外部载荷Q向下作用)。在图中所示的结构中，螺母旋转，螺杆移动，力沿一个方向传递(外部载荷向上作用)。滚动螺旋传动，在螺杆和螺母之间有一个封闭的循环滚道，滚道内充满滚珠，使螺旋面的滑动摩擦变成滚动摩擦。组成：

10、螺杆，螺母，滚珠，返回通道，类型：外循环，内循环，螺杆和螺母之间的轴向间隙可以通过预紧消除，可以获得更高的传动精度和轴向刚度。静摩擦和动摩擦之间的差异很小，启动时没有振动，低速时运动仍然稳定；工作寿命长；具有运动的可逆性，即它可以在轴向力的作用下从直线运动转变为旋转运动；滚动螺旋传动主要用于传动精度要求高的场合，如精密机床的进给机构。为了防止机构反转，必须有一个防反转装置；理论上，滚珠与滚道为点接触，不适合传递大载荷，抗冲击能力差；结构更加复杂；材料要求较高；这很难制造。滚动螺旋传动的缺点静压螺旋传动的工作原理如图11-14所示。压力油从内螺纹侧的油腔通过节流阀进入螺旋副的间隙，然后通过回油孔(虚线所示)返回油箱。当螺钉未受力时，螺纹位于螺母螺纹的中间，处于平衡状态。此时，螺纹两侧的间隙相等，通过螺纹两侧流出的油流相等。因此，油室压力相等。引进静压螺旋传动当螺杆在轴向力Fa的作用下向左移动时(图11-14a)，间隙C1减小，C2增大(图11-14c)。由于节流阀的作用，齿左侧的压力大于右侧的压力，产生大小相等、方向相反的平衡反作用力，使螺杆再次处于平衡状态。当螺杆在径向力Fr的作用下向下移动时，油室的A侧间隙减小，而B侧和C侧间隙增大(图11-14b)。由于节