螺紋的形成與螺旋傳動

螺紋的形成與螺旋傳動第一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五11.1螺紋的形成原理和類型及其主要參數(shù)d2螺旋線----將一與水平面傾斜角為的直線繞在圓柱體上，即可形成一條螺旋線。螺紋----一平面圖形沿螺旋線運動，運動時保持該圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。螺紋第二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五螺紋的牙型矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋15o30o3o30o第三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋第四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五螺紋的牙型矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋15o30o3o30o第五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋第六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按螺旋線的根數(shù)分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分按螺旋的作用分按母體形狀分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋單線螺紋多線螺紋一般:n≤4雙線螺紋單線螺紋PSS=2PPSPS=Pn線螺紋:S=nP第七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五按螺紋的牙型分螺紋的分類按螺紋的旋向分按回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外表面分矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋右旋螺紋左旋螺紋外螺紋內(nèi)螺紋螺紋副第八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五外螺紋內(nèi)螺紋第九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五(3)中徑d2

也是一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線上牙型溝槽和凸起寬度相等。βd1d2d(1)大徑d

與外螺紋牙頂(或內(nèi)螺紋牙底)相重合的假想圓柱體的直徑。(2)

小徑d1

與外螺紋牙底(或內(nèi)螺紋牙頂)相重合的假想圓柱體的直徑。(4)

螺距P

相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。(5)

導程S(6)

螺紋升角ψ

中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角

(7)牙型角

α

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。tgψ=πd2

nP

牙側(cè)角

β

αβψπd2SψS=nP同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距P11.2螺紋的主要幾何參數(shù)SPP/2P/2

(8)接觸高度

h

內(nèi)外螺紋旋合后，接觸面的徑向高度。h第十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五如圖所示，在外力（或外力矩）作用下，螺旋副的相對運動，可看作推動滑塊沿螺紋表面運動。11.2螺旋副的受力分析、效率和自鎖11.2.1矩形螺紋第十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五如圖所示，將矩形螺紋沿中徑d2處展開，得一傾斜角為l的斜面，斜面上的滑塊代表螺母，螺母與螺桿的相對運動可看成滑塊在斜面上的運動。第十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五如圖所示，當滑塊沿斜面向上等速運動時，所受作用力包括軸向載荷FQ、水平推力F、斜面對滑塊的法向反力FN以及摩擦力Ff

。FN與Ff的合力為FR，F(xiàn)f=fFN，f為摩擦系數(shù)，F(xiàn)R與FN的夾角為摩擦角r。 由力FR、F和FQ組成的力多邊形封閉圖得F=FQtan(l+r)

（11-1）第十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五 轉(zhuǎn)動螺紋所需的轉(zhuǎn)矩為

螺旋副的效率h是指有用功與輸入功之比。螺母旋轉(zhuǎn)一周所需的輸入功為W1=2pT1，有用功為W2=FQ×S，其中，S=pd2tanl。（11-2）螺旋副的效率為（11-3）第十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五效率h與螺紋升角l和摩擦角r有關，螺旋線的線數(shù)多、升角大，則效率高，反之亦然。當r一定時，對式（11-3）求極值，可得當升角l40°時效率最高。螺紋升角過大，螺紋制造很困難，而且當l>25°后，效率增長不明顯，因此，通常升角不超過25°。

如圖11-5b示，當滑塊沿斜面等速下滑時，軸向載荷FQ變?yōu)轵?qū)動滑塊等速下滑的驅(qū)動力，F(xiàn)為阻礙滑塊下滑的支持力，摩擦力Ff的方向與滑塊運動方向相反。由FR、F和FQ組成的力多邊形封閉圖得F=FQtan(l-r)

（11-4）第十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五（11-5）此時，螺母反轉(zhuǎn)一周時的輸入功為W1=FQS，輸出功為W2=Fpd2，則螺旋副的效率為由式（11-5）可知，當lr時，h

0，說明無論FQ力多大，滑塊（即螺母）都不能運動，這種現(xiàn)象稱為螺旋副的自鎖。h=0表明螺旋副處于臨界自鎖狀態(tài)。lr

因此螺旋副的自鎖條件是第十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五設計螺旋副時，對要求正反轉(zhuǎn)自由運動的螺旋副，應避免自鎖現(xiàn)象，工程中也可以應用螺旋副的自鎖特性，如起重螺旋做成自鎖螺旋，可以省去制動裝置。

第十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五

非矩形螺紋是指牙形角a不等于零的螺紋，包括三角形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。如圖11-6所示，非矩形螺紋的螺母與螺桿相對運動時，相當于楔形滑塊沿楔形槽的斜面移動。11.2.2非矩形螺旋副第十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五 非矩形螺紋的受力分析與矩形螺紋的受力分析過程一樣，而矩形螺紋與非矩形螺紋的不同之處在于，在相同軸向載荷FQ作用下，非矩形螺紋的法向力比矩形螺紋大。

不同螺紋副間的受力

螺母螺桿矩形三角形螺桿螺母第十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五引入當量摩擦系數(shù)fv和當量摩擦角rv來考慮非矩形螺紋法向力的增加量，即用當量摩擦角rv代替式（11-1）至式（11-6）中的r可相應得到非矩形螺紋，當螺母分別處于等速上升和等速下降時，螺母所需的水平推力F、轉(zhuǎn)動螺母所需轉(zhuǎn)矩T1和螺旋副效率h的計算公式以及螺旋副自鎖的條件。

牙形角a越大，螺紋效率越低。三角螺紋自鎖性能比矩形螺紋好，靜聯(lián)接螺紋要求自鎖，故多采用牙形角大的三角螺紋。傳動螺紋要求螺旋副的效率h要高，一般采用牙形角較小的梯形螺紋。

第二十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五

在機械中，有時需要將轉(zhuǎn)動變?yōu)橹本€移動。螺旋傳動是實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變經(jīng)常采用的一種傳動。例如機床進給機構(gòu)中采用螺旋傳動實現(xiàn)刀具或工作臺的直線進給，又如螺旋壓力機和螺旋千斤頂?shù)墓ぷ鞑糠值闹本€運動都是利用螺旋傳動來實現(xiàn)的。

11.3螺旋傳動*千斤頂壓力機第二十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五（1）傳力螺旋：這種傳力螺旋主要是承受很大的軸向力，通常為間歇性工作，每次工作時間較短，工作速度不高，而且需要自鎖。如螺旋千斤頂11.3.1螺旋傳動的類型 螺旋傳動由螺桿、螺母組成。按其用途可分為：（2）傳導螺旋：以傳遞運動為主如精密車床的走刀螺桿。（3）調(diào)整螺旋：用于調(diào)整并固定零部件之間的相對位置如千分尺中的螺旋。第二十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五（1）滑動螺旋：螺旋副作相對運動時產(chǎn)生滑動摩擦的螺旋。螺旋傳動按其摩擦性質(zhì)又可分為：（2）滾動螺旋：螺旋副作相對運動時產(chǎn)生滾動摩擦的螺旋。（3）靜壓螺旋：將靜壓原理應用于螺旋傳動中,需要供油系統(tǒng)。第二十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五

圖11-9是最簡單的滑動螺旋傳動。其中螺母3相對支架1可作軸向移動。設螺桿的導程為S，螺距為p，螺紋線數(shù)為n

，因此螺母的位移L和螺桿的轉(zhuǎn)角（rad）有如下關系：

11.3.2滑動螺旋傳動123第二十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五如圖所示為一種差動滑動螺旋傳動，螺桿2分別與支架1、螺母3組成螺旋副A和B，導程分別為SA和SB，螺母3只能移動不能轉(zhuǎn)動。若左、右兩段螺紋的螺旋方向相同，則螺母3的位移L與螺桿2的轉(zhuǎn)角（rad）有如下關系第二十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五 由式（11-9）可知，若A、B兩螺旋副的導程SA和SB相差極小時，則位移L也很小，這種差動滑動螺旋傳動廣泛應用于各種微動裝置中。 若圖11-10兩段螺紋的螺旋方向相反，則螺桿2的轉(zhuǎn)角與螺母3的位移L之間的關系為第二十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五 對于硬度不高的螺桿，通常采用45、50鋼；對于硬度較高的重要傳動，可選用T12、65Mn、40Cr、40WMn、18CrMnTi等，并經(jīng)熱處理獲得較高硬度。 對于精密螺桿，要求熱處理后有較好的尺寸穩(wěn)定性，可選用9Mn2V、CrWMn、38CrMoAlA等。 螺母常用材料為青銅和鑄鐵。要求較高的情況下，可采用ZCuSn10Pb1和ZCuSn5Pb5Zn5；重載低速的情況下，可用無錫青銅ZCuAl9Mn2；輕載低速的情況下，可用耐磨鑄鐵或鑄鐵。第二十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五 滑動螺旋傳動的結(jié)構(gòu)，主要是指螺桿和螺母的固定與支承的結(jié)構(gòu)形式。圖中所示為螺旋起重器（千斤頂）的結(jié)構(gòu)，螺母5與機架一起靜止不動，而螺桿7則既轉(zhuǎn)動又移動，單向傳力（外載荷Q向下作用）。987654312第二十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五圖中所示結(jié)構(gòu)，螺母轉(zhuǎn)動，螺桿移動，單向傳力（外載荷Q向上作用）。87425316第二十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五外循環(huán)內(nèi)循環(huán)螺旋三、滾動螺旋傳動在螺旋和螺母之間設有封閉的循環(huán)滾道，其間充以滾珠，這樣就使螺旋面的滑動摩擦成為滾動摩擦?；瑒幽Σ翝L動摩擦組成：螺桿、螺母、滾珠返回通道類型：外循環(huán)、內(nèi)循環(huán)反向器（返回通道）返回通道返回通道不離開螺旋表面，每圈有一個反向器第三十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五滾動螺旋傳動的優(yōu)點：效率高，一般在90%以上；利用預緊可消除螺桿與螺母之間的軸向間隙，可得到較高的傳動精度和軸向剛度；靜、動摩擦力相差極小，起動時無顫動，低速時運動仍很穩(wěn)定；工作壽命長；具有運動可逆性，即在軸向力作用下可由直線移動變?yōu)檗D(zhuǎn)動；第三十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五滾動螺旋傳動主要用于對傳動精度要求高的場合，如精密機床中的進給機構(gòu)等。為了防止機構(gòu)逆轉(zhuǎn)、需有防逆裝置；滾珠與滾道理論上為點接觸，不宜傳遞大載荷，抗沖擊性能較差；結(jié)構(gòu)較復雜；材料要求較高；制造較困難。滾動螺旋傳動的缺點：第三十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五

靜壓螺旋傳動的工作原理如圖11-14所示，壓力油通過節(jié)流閥由內(nèi)螺紋牙側(cè)面的油腔進入螺紋副的間隙，然后經(jīng)回油孔（虛線所示）返回油箱。當螺桿不受力時，螺桿的螺紋牙位于螺母螺紋牙的中間位置，處于平衡狀態(tài)。此時，螺桿螺紋牙的兩側(cè)間隙相等，經(jīng)螺紋牙兩側(cè)流出的油的流量相等。因此油腔壓力也相等。

四、靜壓螺旋傳動簡介圖11-14靜壓螺旋傳動的工作原理

Fa

Fr

Fr

pr2

pr1

C1

C2

C

A

B

(a)(b)(c)第三十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期五 當螺桿受軸向力Fa（圖11-14a）作用而向左移動時，間隙C1減小、C2增大（圖11-14c），由于節(jié)流閥的作用使牙左側(cè)的壓力大于右側(cè)，從而產(chǎn)生一個與Fa大小相等方向相反的平衡反力，從而使螺桿重新處于平衡狀態(tài)。