螺旋傳動(新).pptx

重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 第九章螺旋傳動 9 1螺旋機(jī)構(gòu)概述 9 2滑動螺旋傳動 9 3滾珠螺旋傳動 9 4靜壓螺旋傳動 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 第九章螺旋機(jī)構(gòu) 螺旋傳動是精密機(jī)械中常用的一種傳動形式 它利用螺桿與螺母的相對運(yùn)動 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動 9 1螺旋機(jī)構(gòu)概述 l螺旋傳動按其在精密機(jī)械中的作用 可分為 1 1 示數(shù)螺旋傳動 微動螺旋用以精確地傳遞相對運(yùn)動或相對位移的螺旋傳動 常用于機(jī)床進(jìn)給 分度結(jié)構(gòu)或測量儀器中的螺旋測微裝置中 其傳動精度直接影響機(jī)構(gòu)的工作精度 因此 要求傳動精度高 空回誤差小 1 2 傳力螺旋傳動 在傳動鏈中用以傳遞力的螺旋傳動 如 螺旋壓力機(jī) 螺旋千斤頂?shù)?要求足夠的強(qiáng)度 運(yùn)動關(guān)系為 l Ph 2 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 3 一般螺旋傳動 只做一般驅(qū)動用的螺旋傳動 對強(qiáng)度 剛度 精度均無較高要求 l按其接觸面間摩擦性質(zhì)分 1 滑動螺旋傳動 2 滾動螺旋傳動 主要介紹滾珠螺旋傳動3 靜壓螺旋傳動 9 2滑動螺旋傳動 一 滑動螺旋傳動的特點(diǎn) 1 降速比大 螺桿 或螺母 轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn) 螺母 或螺桿 移動一個螺距 單頭螺紋 因?yàn)槁菥嗪苄?在很大的轉(zhuǎn)角時(shí)才有很小的位移 這樣大大地縮短了機(jī)構(gòu)的傳動鏈 因而 結(jié)構(gòu)簡單 緊湊 傳動精度高 工作平穩(wěn) 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 2 具有力放大作用 給主動件一個小力 從動件上產(chǎn)生大軸向力 3 能自鎖 螺旋升角很小時(shí) 4 效率低 磨損快 工作面為滑動 一般為30 40 不適用于大功率和高速傳動 二 螺紋 一 螺紋的形成和種類螺旋傳動的基礎(chǔ)是螺紋 圖9 1中有一直徑為的圓柱體和一底邊長為的直角三角形 若將三角形繞在圓柱體上 并使三角形的底邊與圓柱體的底邊圓周重合 則三角形的斜邊就在圓柱面上形成一條螺旋線 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 如果將三角形 矩形和梯形的平面圖形沿螺旋線移動 就形成各種類型的螺紋 圖9 1 圖9 2螺紋的類型 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 1 三角形螺紋 圖9 2a 牙型為三角形 牙型角2 60 牙根厚 強(qiáng)度高 對中性能好 當(dāng)量摩擦角大 易自鎖 同一公稱直徑分粗牙和細(xì)牙 粗牙用于一般聯(lián)接 細(xì)牙螺紋螺距小 升角小 自鎖性能好 多用于薄壁零件聯(lián)接和測微裝置 2 梯形螺紋 圖9 2b 牙型角2 30 牙根強(qiáng)度高 對中性好 用剖分螺母可調(diào)整間隙 多用于傳動和傳力螺旋 3 矩形螺紋 圖9 2c 牙型為正方形 牙型角為0 傳動效率高 牙根強(qiáng)度低 加工困難 對中性差 常用于力傳動 與蝸桿相似 螺紋可分為右旋螺紋和左旋螺紋 按螺旋線的數(shù)目 可分為單頭螺紋和多頭螺紋 三角形螺紋 梯形螺紋 矩形螺紋 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 二 螺紋主要參數(shù)1 大徑d D 螺紋的最大直徑 在標(biāo)準(zhǔn)中定為公稱直徑 代表螺紋的規(guī)格 圖9 2 2 小徑d1 D1 螺紋的最小直徑 強(qiáng)度計(jì)算時(shí)常作為螺桿危險(xiǎn)剖面的計(jì)算直徑 3 中徑d2 D2 螺紋軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間相等處的一假想圓柱面直徑 近似等于螺紋平均直徑 螺紋受力分析時(shí)以中徑為準(zhǔn) 它也是確定螺紋幾何參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑 4 螺距P 螺紋相鄰兩個牙上對應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離 5 導(dǎo)程 升距 Ph 同一根螺旋線上相鄰兩個牙上對應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離 單線螺紋 多線螺紋Ph n P n為螺紋線數(shù) 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 三 螺旋傳動的型式及應(yīng)用運(yùn)動特點(diǎn) 一般情況下是螺桿連續(xù)回轉(zhuǎn) 螺母軸向移動 型式多樣 主要根據(jù)螺母 絲桿那一個動那一個不動來分 主要有以下幾種型式 1 螺桿轉(zhuǎn)動并移動 螺母固定 圖9 3 a 圖9 4 6轉(zhuǎn) 3移 2移示數(shù)螺旋機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn) 螺母本身起支承作用 簡化了結(jié)構(gòu) 消除了螺桿與軸承之間的軸向竄動 易獲得較高的傳動精度 缺點(diǎn) 所占軸向尺寸較大 螺桿行程兩倍加螺母高度 剛性差 用于行程短的情況 6 升角 螺旋線展開后中徑處與垂直于軸線平面的夾角 圖9 1 7 牙型角 2 螺紋軸向剖面內(nèi) 螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角 三角形螺紋2 60 梯形螺紋2 30 矩形螺紋2 0 螺紋已標(biāo)準(zhǔn)化 除矩形螺紋外 標(biāo)準(zhǔn)螺紋的尺寸和標(biāo)記 可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 2 螺桿轉(zhuǎn)動螺母移動 圖9 3 b 圖9 5 1轉(zhuǎn) 3移 7帶動8移 測量顯微鏡縱向測微螺旋傳動 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)緊湊 所占軸向尺寸決定行程大小 剛度大 適用于工作行程較長的情況 3 螺母轉(zhuǎn)動螺桿移動 千斤頂4 螺母轉(zhuǎn)動并移動 螺桿固定 升降臺調(diào)整5 差動螺旋傳動 多個螺旋傳動副組合而成 有多種型式 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 作者 潘存云教授 且 P1 P2 l P1 P2 2 當(dāng)差 P1 P2 很小時(shí) s將很小 這種螺旋機(jī)構(gòu)稱為微 差 動螺旋機(jī)構(gòu) 用于測微計(jì) 千分尺 分度機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 鏜刀微調(diào)機(jī)構(gòu) 中 l1 P1 2 螺母2相對于螺桿1的位移為 l2 P2 2 螺母2相對于機(jī)架3的位移為 圖示差動螺旋機(jī)構(gòu) 螺母A固定 螺母2可沿軸向移動 1 當(dāng)A B段螺紋旋向相同時(shí) 螺桿1相對于機(jī)架3的位移為 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 作者 潘存云教授 作者 潘存云教授 2 當(dāng)A B段螺紋旋向相反時(shí) 螺母2的位移為 s P1 P2 2 l1 1 25mm 右 鏜刀進(jìn)給量調(diào)整微動螺旋機(jī)構(gòu) 稱為復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu) 用于車輛的快速靠近或離開 虎鉗等 差動螺旋應(yīng)實(shí)例 復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu) l2 1mm 右 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 滑動螺旋傳動的失效形式主要為螺紋的磨損 螺桿的變形 螺桿或螺紋牙的斷裂等 因此螺旋傳動的計(jì)算通常包括耐磨性 剛度 穩(wěn)定性及強(qiáng)度四個方面計(jì)算 根據(jù)需要 還要進(jìn)行驅(qū)動力矩 效率與自鎖等其他方面的計(jì)算 四 滑動螺旋傳動的計(jì)算 一 耐磨性計(jì)算磨損為螺旋傳動的主要失效形式 通常根據(jù)耐磨性的計(jì)算確定螺桿直徑和螺母高度 主要通過計(jì)算螺紋工作表面的壓強(qiáng) 并使它在許用值內(nèi) 二 剛度計(jì)算螺桿在軸向載荷和轉(zhuǎn)矩的作用下將產(chǎn)生變形 引起螺距變化 影響螺紋傳動精度 因此設(shè)計(jì)時(shí)要使螺桿剛度在許用范圍內(nèi) 在軸向力作用下 一個螺距產(chǎn)生的變化量為 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 三 穩(wěn)定性驗(yàn)算受軸向載荷 壓力 的螺桿 當(dāng)軸向力較大 且螺桿長度與直徑比值較大時(shí) 螺桿可能失去穩(wěn)定而產(chǎn)生側(cè)向彎曲 因此要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算 根據(jù)工程力學(xué)知識 螺桿失穩(wěn)時(shí)的臨界軸向載荷為 9 7 為計(jì)算方便 9 10簡化為 L 螺桿最大工作長度 一般為支承間距離 Ia 螺桿截面的截面慣性矩 E 螺桿材料彈性模量 長度系數(shù) 與支承有關(guān) m 螺桿支承系數(shù) 見表9 3為不失穩(wěn) Fac Famax SfSf 安全系數(shù) 取2 5 4如不滿足要求 可增大d2 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 四 螺紋強(qiáng)度計(jì)算 包括螺桿 螺母強(qiáng)度計(jì)算 1 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 用材料力學(xué)第四強(qiáng)度理論計(jì)算 2 螺紋強(qiáng)度計(jì)算 因?yàn)槁輻U材料強(qiáng)度比螺母強(qiáng)度高 所以只需驗(yàn)算螺母螺紋強(qiáng)度 可用以下方法計(jì)算 軸向力Fa 作用于螺紋中徑d2上 剪切強(qiáng)度 彎曲強(qiáng)度 五 驅(qū)動力矩 效率 自鎖的計(jì)算 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 1 傳動形式選擇 2 螺紋類型選擇 示數(shù)傳動常用三角形 傳力常用梯形 3 螺旋副材料選擇 根據(jù)用途 精度及熱處理要求等條件選擇4 主要參數(shù)確定 螺桿直徑 小徑 中徑 大徑 長度 螺距 螺紋線頭數(shù) 螺母高度 牙型半角等 5 螺旋副零件與滑板聯(lián)接結(jié)構(gòu)的確定1 剛性聯(lián)接 圖9 102 活動聯(lián)接 圖9 11 五 滑動螺旋傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算原則 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 六 螺旋傳動精度與空回 2 螺桿軸向竄動誤差 圖9 13螺桿軸肩的端面與軸承止推面不垂直螺桿轉(zhuǎn)動軸線 兩種情況分析 一 螺旋傳動精度精度是指螺桿與螺母間實(shí)際相對運(yùn)動保持理論值的準(zhǔn)確程度 影響螺旋傳動精度的因素主要有以下幾項(xiàng) 1 螺紋參數(shù)差 1 螺距誤差 分單個螺距誤差 螺距累積誤差 而螺母的累積誤差對傳動沒有影響 因此在加工時(shí) 螺桿比螺母精度高 2 中徑誤差 應(yīng)控制中徑跳動誤差3 牙型半角 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 4 溫度誤差當(dāng)螺旋傳動的制造溫度與工作溫度不同時(shí) 一定引起螺桿長度或螺距發(fā)生變化 產(chǎn)生傳動誤差 稱溫度誤差 3 偏斜誤差螺桿軸線方向與移動件運(yùn)動方向不一致 圖9 14 二 提高精度方法 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 因?yàn)槁輻U螺母間隙的存在 若螺桿方向改變 螺母不能立即產(chǎn)生反向運(yùn)動 只有螺桿轉(zhuǎn)動一定角度 螺母才能運(yùn)動的現(xiàn)象稱空回 幾種方法 1 利用單向力 如利用彈簧力使螺桿和螺母螺紋工作面保持單向接觸 消除另一測螺紋間隙對空回的影響 三 螺旋傳動的空回誤差及消除方法 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 3 利用塑料螺母消除間隙 圖9 19 2 利用調(diào)整螺母 1 徑向調(diào)整法 圖9 172 軸向調(diào)整法 圖9 18 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 9 3滾珠螺旋傳動 一 原理 結(jié)構(gòu)及類型 滾動螺旋傳動 摩擦性質(zhì)為滾動摩擦 滾動螺旋傳動是在具有圓弧形螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動體 多用鋼球 當(dāng)傳動工作時(shí) 滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環(huán) 按循環(huán)方式分 1 內(nèi)循環(huán) 滾珠始終與螺桿保持接觸的循環(huán) 分2 4個反向器2 外循環(huán) 3種結(jié)構(gòu) 螺旋槽式 插管式 端蓋式 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 滾珠絲桿間隙調(diào)整及預(yù)緊 1 雙螺母2 墊片3 螺紋4 齒差式 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 二 傳動特點(diǎn) 1 傳動效率高 可達(dá)90 約為螺旋傳動的3倍 起動力矩小 傳動靈活平穩(wěn) 低速不爬行 同步性好 在伺服控制系統(tǒng)中廣泛使用 同時(shí)正逆運(yùn)動效率相同 可實(shí)現(xiàn)逆?zhèn)鲃?2 傳動精度高 摩擦力小 螺桿變形小 通過預(yù)緊可得無間隙傳動 達(dá)到高的傳動精度和定位精度以及高的軸向剛度 數(shù)控設(shè)備中大量使用 3 使用壽命長 維護(hù)簡單 缺點(diǎn) 不自鎖 需附加自鎖裝置 特別對垂直升降運(yùn)動時(shí) 抗振性差 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 制造工藝要求高 成本較高 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 滾珠螺旋副已制成標(biāo)準(zhǔn)件 根據(jù)使用條件 負(fù)載 速度 行程精度 壽命直接選用 三 滾珠螺旋副的精度 代號和標(biāo)記方法 一 滾珠螺旋副的精度 在JB T3162 2 91標(biāo)準(zhǔn)中 根據(jù)使用范圍和要求分為兩個類型 P類定位滾珠螺旋副和T類傳動螺旋副 7個等級 1 5 7 10 1級最高 規(guī)定了基本公差 二 代號和標(biāo)記方法P251表9 9至9 11 1 代號 循環(huán)方式代號 內(nèi)循環(huán) 外循環(huán) 螺旋傳動副結(jié)構(gòu)特征代號 預(yù)緊方式代號 2 標(biāo)記方法有9個位置 分別填代號或數(shù)字 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 9 4靜壓螺旋傳動 流體摩擦 來自外部液壓系統(tǒng)的潤滑油5 經(jīng)溢流閥6調(diào)壓后 通過精密過濾器2以一定壓力通過節(jié)流閥1 由內(nèi)螺紋牙側(cè)面油腔進(jìn)入人工作螺紋間隙 促使螺桿 螺母 螺紋牙間產(chǎn)生壓力油膜而分隔開 然后經(jīng)回油孔流回油箱 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 特點(diǎn) 摩擦系數(shù)小 效率高 工作穩(wěn)定 無爬行現(xiàn)象 定位精度高 磨損小 壽命長 但螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜 需密封 需一穩(wěn)壓供油系統(tǒng) 成本較高 適用于精密機(jī)床中進(jìn)給和分度機(jī)構(gòu) 重慶大學(xué)專用作者 潘存云教授 1 位移公式為 上式的正負(fù)符號 表示可做快速和微動位移輸出 用于快速夾緊的夾具和鎖緊裝置以及微動裝置中 老虎鉗 三 滑動螺旋傳動的計(jì)算滑動螺旋傳動的失效形式主要為螺紋的磨