精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-第九章 螺旋傳動(dòng)

1、第九章螺旋傳動(dòng) 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng) 第三節(jié)滾珠螺旋傳動(dòng) 第四節(jié)靜壓螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介 第一節(jié) 概述 一、螺旋傳動(dòng)： 利用螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng) 二、分類(lèi)： 1、按作用分： （1）示數(shù)螺旋傳動(dòng) （2）傳力螺旋傳動(dòng) （3）一般螺旋傳動(dòng) 2、按摩擦的性質(zhì)分： （1）滑動(dòng)螺旋傳動(dòng) （2）滾動(dòng)螺旋傳動(dòng) （3）靜壓螺旋傳動(dòng) 第二節(jié) 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng) 一、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)特點(diǎn)： (1)降速傳動(dòng)比大 (2)具有增力作用 (3)能自鎖 (4)效率低、磨損快 二、型式及應(yīng)用: 1、螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) (圖91a圖92) （1）優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)，能自動(dòng)消除竄動(dòng)，易獲高精度。 （2）缺點(diǎn)

2、： 軸向尺寸較大，剛性差。適用于行程短。 圖9-1 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的基本型式 圖9-2 測(cè)微目鏡 2、螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)圖91b圖93 （1）優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較大，適用于行程較長(zhǎng)。 （2）缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 圖9-3 測(cè)量顯微鏡縱向測(cè)微螺旋 3、差動(dòng)螺旋傳動(dòng)： （1）原理圖94 l=/2（Ph1-Ph2) （2）特點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn)微動(dòng)或快速移動(dòng) 圖9-4 差動(dòng)螺旋原理 三、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的計(jì)算： 1、 主要失效形式： 1）磨損 2）螺桿的變形 3）螺桿或螺紋牙的斷裂等 2、耐磨性計(jì)算 式中：式中：p螺紋工作表面實(shí)際平均壓強(qiáng)；螺紋工作表面實(shí)際平均壓強(qiáng)； p許用壓強(qiáng)，見(jiàn)表許用壓強(qiáng)，見(jiàn)表9-1 軸向載荷

3、；軸向載荷； 螺紋中徑；螺紋中徑； 螺母高度；螺母高度； h螺紋工作高度螺紋工作高度 令令H= ，則上式可寫(xiě)成，則上式可寫(xiě)成 2 p hHd PF p a a F 2 d 2 d 2 ph PF d a 10 P H n 表9-1 螺旋副材料的許用壓強(qiáng) 3、剛度計(jì)算 （1）軸向載荷作用 （2）轉(zhuǎn)矩作用（圖95） 逆螺旋方向作用時(shí) “+”號(hào)，反之取“-”號(hào) EA PFa pf p GI TP p PT GI TPPP 222 2 表9-5 螺距扭轉(zhuǎn)變形圖 （3）總變形量 式中：Fa軸向載荷； T轉(zhuǎn)矩； P螺距 E、G分別為螺桿材料的彈性模量和剪切彈性模量； A、Ip分別為螺桿螺紋段截面面積和極慣

4、性距，梯形螺 紋剛度計(jì)算中，按螺紋中徑d2計(jì)算，即 表9-2螺桿每米長(zhǎng)的螺距累積變化量的允許值。 PTPFp 3 2 10) 2 ( p a P GI TP EA PF 4/ 2 2 dA 32/ 4 2 dI P 表9-2 螺桿每米長(zhǎng)允許螺距變化量 4、穩(wěn)定性驗(yàn)算 式中螺桿最大工作長(zhǎng)度； Ia螺桿的截面慣性矩，梯形螺紋螺 紋按中徑計(jì)算 螺桿材料的彈性模量； 2 2 )( L EI F a ac 64/ 4 2 dI a 螺桿材料的彈性模量； u長(zhǎng)度系數(shù)，與螺桿的支承情況有關(guān)。 式中m螺桿支承系數(shù)， 式中 最大軸向載荷； 安全系數(shù)， =2.54。 64/ 4 2 dI a 2 3 64 E m

5、 F a ac S F F max maxa F F S F S 表9-3 支承系數(shù)m 5、強(qiáng)度計(jì)算 （1）螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 螺桿的強(qiáng)度可按第四強(qiáng)度理論進(jìn)行驗(yàn)算。 其計(jì)算公式為 式中 螺桿材料的許用應(yīng)力， （ 為材料的屈服極限）； d1 螺桿螺紋小徑； Fa軸向載荷； T轉(zhuǎn)矩。 ) 2 . 0 (3) 4 ( 2 3 1 2 2 1 d T d Fa )53( s S （2）螺紋強(qiáng)度計(jì)算（螺母）螺紋強(qiáng)度計(jì)算（螺母） 1）剪切強(qiáng)度）剪切強(qiáng)度 dbn Fa 2）彎曲強(qiáng)度 w式中：d螺紋大徑（mm）； wb螺紋根部寬度（mm），對(duì)于梯 形螺紋，b=0.65P； wnH/P； w 分別為螺紋材料的許用剪

6、切應(yīng)力 和許用彎曲應(yīng)力表 94 、 表9-4 螺母材料的許用應(yīng)力 6、驅(qū)動(dòng)力矩、效率和自鎖的計(jì)算 （1）驅(qū)動(dòng)力矩 w 式中 導(dǎo)程角； w 誘導(dǎo)摩擦角， ； w 螺紋表面滑動(dòng)摩擦系數(shù)；表（95） w 螺紋牙型半角； w 螺紋中徑。 )tan( 2 2 va d FT v cos arctan f v f 2 d 表9-5 摩擦系數(shù)f （2）效率 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)螺母（或螺桿）一轉(zhuǎn)時(shí)，所需輸人功為 式中 導(dǎo)程 )tan(2 21va FdTW tan 22 dFPFW aha h P )tan( tan 2 1 2 v ha T PF W W 2 ha PF T （3）自鎖 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩T去除后，軸向力Fa變

7、為驅(qū)動(dòng)力。 如果螺旋不自鎖，則在Fa的作用下將反向加 速運(yùn)動(dòng)（與Fa同向），此時(shí)，其傳動(dòng)效率和 轉(zhuǎn)矩分別為： 當(dāng)0，則螺旋自鎖，此時(shí)v，即 tan )tan( v 2 ha PF T v h d P 2 arctan 六、消除螺旋傳動(dòng)的空回的方法 1、空回： 當(dāng)螺旋機(jī)構(gòu)中存在間隙，若螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向 改變，螺母不能立即產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng)，只有螺 桿轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度后才能使螺母開(kāi)始反向運(yùn)動(dòng)， 這種現(xiàn)象稱(chēng)為空回。 2、消除空回的方法 （1）利用單向作用力 圖92 （2）利用調(diào)整螺母 1）徑向調(diào)整法 利用不同的結(jié)構(gòu)，使螺母產(chǎn)生徑向收縮，減小 空回。圖9-13 2）軸向調(diào)整法，圖914 （3）利用塑料螺母消除空回

8、 圖915 圖9-13 螺紋間隙徑向調(diào)整結(jié)構(gòu) 圖9-14 螺紋間隙軸向調(diào)整結(jié)構(gòu) 圖9-15 塑料螺母結(jié)構(gòu) 第三節(jié)滾珠螺旋傳動(dòng) 一、組成 螺桿、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置四部 分。圖916 二、滾珠螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)： 圖9-16 滾珠螺旋傳動(dòng)工作原理圖 w1）傳動(dòng)效率高，約為滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)效率的三 倍。 w2）啟動(dòng)力矩小、顫動(dòng)及滯后時(shí)間。 w3）傳動(dòng)精度高。 w4）具有傳動(dòng)的可逆性，不能自鎖。 w5）制造工藝復(fù)雜，成本較高，但使用壽命長(zhǎng)， 維護(hù)簡(jiǎn)單。 三、滾珠螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)型式與類(lèi)型 1、螺紋滾道法向截形 （1）接觸角 滾珠與滾道表面在接觸點(diǎn)處的公法線(xiàn)與過(guò) 滾珠中心的螺桿直徑線(xiàn)間的夾角。 （2）型

9、式 常用的截形有兩種，單圓弧形（圖9 17a）和雙圓弧形（圖917b）。 圖9-17 滾道法向截形示意圖 （3）單圓弧形特點(diǎn) 1）優(yōu)點(diǎn)： 加工簡(jiǎn)單，易獲高精度。 2）缺點(diǎn) 接觸角易變化，效率、承載能力、剛度均不 穩(wěn)。 （4）雙圓弧形特點(diǎn) 1）優(yōu)點(diǎn)： 效率、承載能力和軸向剛度較穩(wěn)定，潤(rùn)滑油 易存。 2）缺點(diǎn)： 加工困難。 2、滾珠循環(huán)方式 （1）分類(lèi)： w內(nèi)循環(huán) w外循環(huán) （2）內(nèi)循環(huán) 滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與螺桿保持接觸的循 環(huán)叫內(nèi)循環(huán)（圖918）。 列數(shù)通常有二四列（即一個(gè)螺母上裝有2 4個(gè)反向器），一列只有一圈。 圖9-18 內(nèi)循環(huán) 1）優(yōu)點(diǎn)： 滾珠少，滾珠的流暢性好，效率高。徑向尺 寸小，

10、裝配簡(jiǎn)單。 2）缺點(diǎn)： 反向器的回珠槽具有空間曲面，加工較復(fù)雜。 （3）外循環(huán) 滾珠在返回時(shí)與螺桿脫離接觸的循環(huán)稱(chēng)為外 循環(huán)。 1）分類(lèi)： 外循環(huán)可分為： 1.螺旋槽式 2.插管式 3.端蓋式 2）螺旋槽式（圖919） 1優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)單，易于制造，螺母徑向尺寸小。 2缺點(diǎn) 擋珠器剛度較差，容易磨損。 圖9-19 螺旋槽式外循環(huán) 3）插管式（圖9-20） 1優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，適于批量生產(chǎn) 2缺點(diǎn)： 徑向尺寸較大，用彎管時(shí)端部作擋珠器，則 耐磨性較差。 圖9-20 圖9-21 4）端蓋式（圖921） 1優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，工藝性好 2缺點(diǎn)： 滾珠通過(guò)短槽時(shí)容易卡住 3、消除軸向間隙的調(diào)

11、整預(yù)緊方法圖922 （1）墊片調(diào)隙式（圖923） 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，剛性好。 缺點(diǎn) 精確調(diào)整比較困難，且當(dāng)滾道磨損時(shí)不能隨 意調(diào)整，除非更換墊圈。 圖9-22 圖9-23 （2）螺紋調(diào)隙式（圖924） 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便。 缺點(diǎn)： 不很精確。 圖9-24 螺紋調(diào)整式 （3）齒差調(diào)隙式（圖925） 優(yōu)點(diǎn)： 調(diào)整精度很高，工作可靠。 缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝和裝配性能較差。 圖9-25 齒差調(diào)隙式 三、滾珠螺旋副的精度、代號(hào)和標(biāo)記方法 1、類(lèi)型 P類(lèi)定位滾珠螺旋副和T類(lèi)傳動(dòng)滾珠螺旋副。 2、精度等級(jí)，即l、2、3、4、5、7和10級(jí)。 l級(jí)精度最高，依次遞減。 3、滾珠螺旋副的代號(hào)和標(biāo)記方法 表9-9一表9-11。 圖9-9圖9-11 第四節(jié)靜壓螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介 一、靜壓