第二章螺旋機(jī)構(gòu)

1、Northeastern University1Northeastern University2螺旋機(jī)構(gòu)應(yīng)用較廣，常用的螺旋機(jī)構(gòu)：螺旋機(jī)構(gòu)應(yīng)用較廣，常用的螺旋機(jī)構(gòu)： 千斤頂千斤頂、千分尺千分尺、絲杠絲杠等。等。三種螺旋機(jī)構(gòu)圖：三種螺旋機(jī)構(gòu)圖：（1 1）螺桿）螺桿1 1轉(zhuǎn)動并移動，螺母轉(zhuǎn)動并移動，螺母2 2固定固定1.組成：組成：螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)的組成：的組成：螺母螺母、螺桿螺桿、機(jī)架機(jī)架Northeastern University3（2 2）螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動）螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動（3 3）螺桿移動，螺母轉(zhuǎn)動）螺桿移動，螺母轉(zhuǎn)動Northeastern University4Northeast

2、ern University52. 2. 螺旋機(jī)構(gòu)的功用螺旋機(jī)構(gòu)的功用變換運(yùn)動方式：移動變轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動變移動。圖例變換運(yùn)動方式：移動變轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動變移動。圖例2-22-2微小位移量的測量：微小位移量的測量： 例例1 1：螺旋千分尺：螺旋千分尺 習(xí)題圖習(xí)題圖2-72-7，P26P26 例例2 2：微壓計(jì)：微壓計(jì) 圖圖2-32-3，P16P16微調(diào)：微調(diào)：增力：例如千分尺增力：例如千分尺Northeastern University61. 1. 螺紋的形成螺紋的形成將底邊為將底邊為 d d的直角三角形，繞在直徑為的直角三角形，繞在直徑為d d、底面與三角形底、底面與三角形底邊共面的圓柱體上，則三角形斜

3、邊就在圓柱面上形成螺線。邊共面的圓柱體上，則三角形斜邊就在圓柱面上形成螺線。Northeastern University7螺紋螺紋d2螺旋線螺旋線- - 一動點(diǎn)在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋一動點(diǎn)在一圓柱體的表面上，一邊繞軸線等速旋 轉(zhuǎn)，同時(shí)沿軸向作等速移動的軌跡。轉(zhuǎn)，同時(shí)沿軸向作等速移動的軌跡。螺紋螺紋- - 一平面圖形沿螺旋線運(yùn)動，運(yùn)動時(shí)保持該圖形通過圓一平面圖形沿螺旋線運(yùn)動，運(yùn)動時(shí)保持該圖形通過圓 柱體的軸線，就得到螺紋。柱體的軸線，就得到螺紋。Northeastern University8（2）螺紋的參數(shù)）螺紋的參數(shù)外徑（大徑）外徑（大徑）d d（D D）： 與外螺紋牙頂相重

4、合的假想圓柱面直徑，與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，亦稱公稱直徑。亦稱公稱直徑。內(nèi)徑（小徑）內(nèi)徑（小徑）d1(D1) d1(D1) ： 與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑。與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑。中徑中徑d2 d2 ： 在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，柱面的直徑，d20.5(d+d1)d20.5(d+d1)。螺紋升距螺紋升距S S ： 螺紋旋繞一周升高的距離。螺紋旋繞一周升高的距離。S螺紋升角螺紋升角 ： 用規(guī)定螺紋中徑的螺旋線升角代替螺紋升角。用規(guī)定螺紋中徑的螺旋線升角代替螺紋升角。2dStgNortheastern U

5、niversity9牙形角牙形角： 軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角。 牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角。 三角螺紋：三角螺紋： 2 =60 梯形螺紋：梯形螺紋：2 =30 矩形螺紋：矩形螺紋：2 =0螺紋旋向螺紋旋向： 有有左旋左旋和和右旋右旋之分，右旋最常用。之分，右旋最常用。螺紋線數(shù)螺紋線數(shù)Z Z： 有有單線單線螺紋、螺紋、雙線雙線螺紋、螺紋、三線三線螺紋。螺紋。螺距螺距P P： 相鄰螺紋對應(yīng)點(diǎn)之間的軸向距離，與升距之間的關(guān)系如下：相鄰螺紋對應(yīng)點(diǎn)之間的軸向距離，與升距之間的關(guān)系如下：ZSP Northeastern

6、University10Northeastern University11按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋Northeastern University12螺紋的牙型螺紋的牙型矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋1530330潘存云教授研制潘存云教授研制Northeastern University13內(nèi)螺紋外螺紋Pd1d

7、2d60內(nèi)螺紋外螺紋Pd1d2d60內(nèi)螺紋外螺紋Pd1d2d60內(nèi)螺紋外螺紋Pd1d2d60外螺紋內(nèi)螺紋Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋Pd1d2d30Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋30Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋30Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋30Pd1d2d外螺紋內(nèi)螺紋P330內(nèi)螺紋外螺紋d1d2dP330內(nèi)螺紋外螺紋d1d2dP330內(nèi)螺紋外螺紋d1d2dP330內(nèi)螺紋外螺紋d1d2d鋸齒形螺紋三角形螺紋矩形螺紋梯形螺紋Northeastern University14按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按

8、螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋右旋螺紋左旋螺紋左旋螺紋Northeastern University15按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋右旋螺紋左旋螺紋左旋螺紋單線螺紋單線螺紋多線螺紋多線螺紋一般

9、一般: n 4: n 4n n線螺紋線螺紋: : S = S = n n P P雙線螺紋雙線螺紋單線螺紋單線螺紋PSS = 2PPSPS =PNortheastern University16按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋右旋螺紋左旋螺紋左旋螺紋單線螺紋單線螺紋多線螺紋多線螺紋外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋Northeastern University1

10、7外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋潘存云教授研制潘存云教授研制Northeastern University18按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋右旋螺紋左旋螺紋左旋螺紋單線螺紋單線螺紋多線螺紋多線螺紋外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接螺紋傳動螺紋傳動螺紋螺旋傳動螺旋傳動Northeastern University19潘存云教授研制聯(lián)接螺紋聯(lián)接螺紋傳動螺紋

11、傳動螺紋Northeastern University20按螺紋的牙型分按螺紋的牙型分螺螺紋紋的的分分類類按螺紋的旋向分按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按螺旋的作用分按母體形狀分按母體形狀分矩形螺紋矩形螺紋三角形螺紋三角形螺紋梯形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋右旋螺紋左旋螺紋左旋螺紋單線螺紋單線螺紋多線螺紋多線螺紋外螺紋外螺紋內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接螺紋傳動螺紋傳動螺紋圓柱螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋圓錐螺紋Northeastern University21圓柱螺紋圓柱螺紋圓錐螺紋圓錐螺紋管螺紋管螺紋Northeastern

12、 University221. 1.簡單螺旋機(jī)構(gòu)簡單螺旋機(jī)構(gòu) 指由單一升程（導(dǎo)程）的螺旋副組成的螺旋機(jī)構(gòu)。指由單一升程（導(dǎo)程）的螺旋副組成的螺旋機(jī)構(gòu)。 例例1. 車床車床螺旋副螺旋副Northeastern University23螺桿轉(zhuǎn)動時(shí)，螺桿移動的距離為H，由于是線性關(guān)系，可以寫為：HS2故有：2SHNortheastern University242. 差動螺旋機(jī)構(gòu)差動螺旋機(jī)構(gòu) 由升距不同的多對螺旋副組成的復(fù)合螺旋機(jī)構(gòu)。由升距不同的多對螺旋副組成的復(fù)合螺旋機(jī)構(gòu)。 功用功用：微量調(diào)節(jié)時(shí)，采用差動螺旋機(jī)構(gòu)更為有效。微量調(diào)節(jié)時(shí)，采用差動螺旋機(jī)構(gòu)更為有效。 例例2.螺桿螺桿1含有兩種螺紋：含有

13、兩種螺紋： 與螺母與螺母2（固定不動）組成升距（固定不動）組成升距s1的螺紋副；的螺紋副； 與螺母與螺母3（與針閥是一個(gè)整體，只能沿導(dǎo)軌移動，不能轉(zhuǎn)動）（與針閥是一個(gè)整體，只能沿導(dǎo)軌移動，不能轉(zhuǎn)動） 組成升距組成升距S2的螺旋副。的螺旋副。Northeastern University25螺母螺母2 2固定，螺桿固定，螺桿1 1轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動 角時(shí)，帶動閥芯向左移角時(shí)，帶動閥芯向左移動距離動距離H1H1為：為：與螺母與螺母3 3組成的螺旋運(yùn)動，螺桿組成的螺旋運(yùn)動，螺桿1 1轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動角時(shí)，閥芯角時(shí)，閥芯向右移動距離為向右移動距離為H2H2利用線性疊加原理，有：利用線性疊加原理，有：211SH222SH

14、2)()22(212121SSSSHHHNortheastern University26簡單螺旋機(jī)構(gòu)與差動螺旋機(jī)構(gòu)二者相比簡單螺旋機(jī)構(gòu)與差動螺旋機(jī)構(gòu)二者相比 要實(shí)現(xiàn)微調(diào)，利用簡單螺旋機(jī)構(gòu)，要實(shí)現(xiàn)微調(diào)，利用簡單螺旋機(jī)構(gòu)，S S必須很小，但必須很小，但S S受受限制，一般最小為限制，一般最小為0.2mm0.2mm左右（再小就難以加工了），左右（再小就難以加工了），故利用下式，故利用下式，S1S1和和S2S2取值相接近取值相接近時(shí)，能有效地實(shí)現(xiàn)微調(diào)。時(shí)，能有效地實(shí)現(xiàn)微調(diào)。2)()22(212121SSSSHHHNortheastern University27r0MRFABQ1. 1. 螺旋機(jī)構(gòu)的

15、受力分析螺旋機(jī)構(gòu)的受力分析FQRABvA2r0p研究螺旋傳動時(shí)，假定螺桿螺母之間的正壓力是作用在平均半徑為r0的螺旋線上。如果忽略各圓柱面上螺旋線升角的差異，當(dāng)將螺旋的螺紋展開后，得連續(xù)斜面 滑塊A受到下列諸力處于平衡狀態(tài)：（1）軸向作用力Q（重物及螺母的集中重量），垂直向下；（2）斜面對滑塊的反力R 法向支反力N及摩擦力F之合力，與鉛垂線夾角為+（3）水平力FNortheastern University28（1 1）上行運(yùn)動時(shí)）上行運(yùn)動時(shí)AQFBRNvAFf=fNQRF)( QtgF螺紋副受力分析螺紋副受力分析Northeastern University29（2 2）下行運(yùn)動時(shí)）下行運(yùn)動

16、時(shí)Ff=fNRNFABQvAQFR)( QtgF)(tgFQNortheastern University30u上行運(yùn)動時(shí)，水平力F為驅(qū)動力，Q為工作阻力。u下行運(yùn)動時(shí)，Q變?yōu)轵?qū)動力，F(xiàn)則轉(zhuǎn)變?yōu)榫S持Q勻速下滑的水平力，即工作阻力。Northeastern University312. 2. 自鎖自鎖 上行：上行： 22即即時(shí)，時(shí)，F(xiàn)0，F(xiàn)為負(fù)值，反向，與題意不符。為負(fù)值，反向，與題意不符。u當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 表明表明F F無論多大（驅(qū)動力）都不能驅(qū)動滑無論多大（驅(qū)動力）都不能驅(qū)動滑塊運(yùn)動塊運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為自鎖自鎖。2F上行自鎖上行自鎖的條件為：的條件為：2)( QtgF)(tgF

17、Qu當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，下行：下行：當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， Q或?yàn)樨?fù)值，下行時(shí)將自鎖?；?yàn)樨?fù)值，下行時(shí)將自鎖。)( QtgFNortheastern University32一般情況下，不要求上行自鎖（因?yàn)樯闲惺枪ぷ鳡顟B(tài)，自鎖則不能正常工作）。一般情況下，不要求上行自鎖（因?yàn)樯闲惺枪ぷ鳡顟B(tài)，自鎖則不能正常工作）。但是但是下行自鎖有其實(shí)際的意義下行自鎖有其實(shí)際的意義。例如：千斤頂舉起重物后松手，即不再維持驅(qū)動力矩例如：千斤頂舉起重物后松手，即不再維持驅(qū)動力矩T T后，不應(yīng)自行下降。后，不應(yīng)自行下降。結(jié)論：結(jié)論：自鎖現(xiàn)象：自鎖現(xiàn)象：即驅(qū)動力無論多大都不能驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動的現(xiàn)象。即驅(qū)動力無論多大都不能驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動的現(xiàn)

18、象。自鎖的本質(zhì)：自鎖的本質(zhì)：即驅(qū)動力不能克服其自身產(chǎn)生的摩擦阻力。即驅(qū)動力不能克服其自身產(chǎn)生的摩擦阻力。Northeastern University33例如：上行運(yùn)動時(shí)F為驅(qū)動力； 其驅(qū)動分力為 ，摩擦力為 cosFsinFf cossinFFf)2(tgctgf)2( tgtg若要自鎖，則即：有：2Northeastern University34例如：下行運(yùn)動時(shí)：Q為驅(qū)動力； 其驅(qū)動分力為 ，摩擦力為 cosQfsinQsincosQQfcossinftgtg若要自鎖：即 Northeastern University35自鎖現(xiàn)象自鎖現(xiàn)象的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：（1 1）摩擦阻力是由驅(qū)動力產(chǎn)生的

19、）摩擦阻力是由驅(qū)動力產(chǎn)生的，即驅(qū)動力增大的同時(shí)，即驅(qū)動力增大的同時(shí)， 摩擦阻力也相應(yīng)同時(shí)按比例增大。摩擦阻力也相應(yīng)同時(shí)按比例增大。 例如例如 上行時(shí)，上行時(shí)， ；下行時(shí)，；下行時(shí)，（2 2）與驅(qū)動力大小無關(guān)。）與驅(qū)動力大小無關(guān)。即驅(qū)動力無限增大也不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動；即驅(qū)動力無限增大也不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動；（3 3）自鎖是有方向性的。）自鎖是有方向性的。即對驅(qū)動力可能產(chǎn)生的運(yùn)動方向自鎖，即單向自鎖。即對驅(qū)動力可能產(chǎn)生的運(yùn)動方向自鎖，即單向自鎖。（4 4）自鎖是有條件性的。）自鎖是有條件性的。如如 等，這就是所謂的自鎖條件。等，這就是所謂的自鎖條件。應(yīng)用：應(yīng)用： 螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接：一般都是自鎖的，即擰緊后不

20、會在支反力作用下自行松脫；：一般都是自鎖的，即擰緊后不會在支反力作用下自行松脫； 精確定位精確定位：千斤頂精確定位的確定，不會再變動了。：千斤頂精確定位的確定，不會再變動了。sinFf sinQf Northeastern University363. 3. 螺旋機(jī)構(gòu)的效率螺旋機(jī)構(gòu)的效率 機(jī)械效率機(jī)械效率是指機(jī)構(gòu)的有用功和無用功之比。是衡量機(jī)構(gòu)傳動質(zhì)是指機(jī)構(gòu)的有用功和無用功之比。是衡量機(jī)構(gòu)傳動質(zhì)量、能耗大小的主要指標(biāo)。量、能耗大小的主要指標(biāo)。AAAA211式中：式中：A1-A1-有用功（輸出功），機(jī)構(gòu)克服生產(chǎn)阻力所做的功。有用功（輸出功），機(jī)構(gòu)克服生產(chǎn)阻力所做的功。 A2- A2-無用功，摩擦

21、阻力、空氣阻力，運(yùn)動副中的損失等所消耗的功。無用功，摩擦阻力、空氣阻力，運(yùn)動副中的損失等所消耗的功。 A - A -總功，總功，A=A1+A2A=A1+A2，驅(qū)動力所做的全部功。，驅(qū)動力所做的全部功。Northeastern University37下面分析一下螺旋機(jī)構(gòu)的效率下面分析一下螺旋機(jī)構(gòu)的效率22)(dtgQdFA21dtgQSQA上行上行：螺桿旋轉(zhuǎn)一周，驅(qū)動力F做的輸入機(jī)構(gòu)總功A有用功A1是將重物Q升起一個(gè)升距S作的功故效率為：221)(dQtgdtgQAA)(tgtgFNortheastern University3810, 05 . 025 . 02)(2tgtgtgtgtg分析

22、：u 由于摩擦的存在，u 對于自鎖機(jī)構(gòu)有故故螺旋機(jī)構(gòu)的效率較低，低于螺旋機(jī)構(gòu)的效率較低，低于50%50%對于大功率的傳動機(jī)構(gòu)，不宜采用自鎖機(jī)構(gòu)，因其傳動效率較低。對于大功率的傳動機(jī)構(gòu)，不宜采用自鎖機(jī)構(gòu)，因其傳動效率較低。作業(yè)作業(yè)：對于下行時(shí)，螺旋機(jī)構(gòu)的效率進(jìn)行推導(dǎo)：對于下行時(shí)，螺旋機(jī)構(gòu)的效率進(jìn)行推導(dǎo)Northeastern University39分析分析：決定螺旋機(jī)構(gòu)傳動效率的因素： ，； 對于大功率（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）或要求靈活性好的機(jī)構(gòu)（如測量機(jī)構(gòu)），力求增加（節(jié)省能源），這樣可減少信號損失，提高測量精度。因此可以采用滾珠螺旋機(jī)構(gòu)，但它不能設(shè)計(jì)為自鎖的機(jī)構(gòu)（滾動摩擦，較小，不能實(shí)現(xiàn)）Northeastern University404. 4.當(dāng)量摩擦系數(shù)當(dāng)量摩擦系數(shù) 前面講的是矩形螺紋（最簡單的一種），對于其他的螺紋（三角形、梯形和鋸齒形），引入了當(dāng)量摩擦系數(shù)。下面講述當(dāng)量