1、第十二章第十二章 螺旋傳動螺旋傳動12.1 12.1 螺旋傳動的類型、特點與應用螺旋傳動的類型、特點與應用 螺旋傳動是精密機械中常用的一種傳動形式。它是利用螺旋傳動是精密機械中常用的一種傳動形式。它是利用螺桿和螺母的相對運動來傳遞運動和動力的一種傳動機構，螺桿和螺母的相對運動來傳遞運動和動力的一種傳動機構，將旋轉運動變為直線運動，其運動關系為將旋轉運動變為直線運動，其運動關系為 式中式中: l螺桿（或螺母）的位移；螺桿（或螺母）的位移； Ph導程；導程； j j螺桿和螺母間的相對轉角。螺桿和螺母間的相對轉角。2hPlj11. 示數螺旋傳動示數螺旋傳動 在傳動鏈中用以精確的傳遞相對運動或相對位移

2、的螺旋在傳動鏈中用以精確的傳遞相對運動或相對位移的螺旋傳動傳動傳動精度高、空回誤差小、運動靈活。傳動精度高、空回誤差小、運動靈活。2. 傳力螺旋傳動傳力螺旋傳動 在傳動鏈中用以產生增力、推舉重物、施加壓力等傳在傳動鏈中用以產生增力、推舉重物、施加壓力等傳遞能量為主要目的螺旋機構遞能量為主要目的螺旋機構要有足夠的強度。要有足夠的強度。3. 一般螺旋傳動一般螺旋傳動 在傳動鏈中只作一般驅動用的螺旋傳動在傳動鏈中只作一般驅動用的螺旋傳動強度、剛強度、剛度、和精度均無較高要求。度、和精度均無較高要求。l 分類分類:螺旋傳動按其接觸面間摩擦的性質，可分為滑動螺螺旋傳動按其接觸面間摩擦的性質，可分為滑動螺

3、旋傳動、滾動螺旋傳動、旋傳動、滾動螺旋傳動、 靜壓螺旋傳動，目前常見的是靜壓螺旋傳動，目前常見的是滑動螺旋傳動。滑動螺旋傳動。12.1.1 螺旋傳動的類型、特點與應用螺旋傳動的類型、特點與應用212.2.1 滑動螺旋傳動的特點滑動螺旋傳動的特點1. 降速傳動比大降速傳動比大 在轉角很大的情況下，能獲得很小的直線在轉角很大的情況下，能獲得很小的直線位移量，且螺旋傳動結構簡單、緊湊、傳動精度高，運動位移量，且螺旋傳動結構簡單、緊湊、傳動精度高，運動靈活、工作平穩。靈活、工作平穩。2. 具有增力作用具有增力作用 主動件上輸入較小轉矩，從動件即能夠得主動件上輸入較小轉矩，從動件即能夠得到較大的軸向力。

4、到較大的軸向力。3. 能自鎖能自鎖 當螺旋線升角小于摩擦角時，螺旋傳動具有自鎖當螺旋線升角小于摩擦角時，螺旋傳動具有自鎖作用。作用。4. 效率低效率低 易磨損、低速易出現爬行。且螺旋工作面為滑動易磨損、低速易出現爬行。且螺旋工作面為滑動摩擦，其傳動效率低摩擦，其傳動效率低,一般為一般為3040，因此不適于高速，因此不適于高速和大功率傳動。和大功率傳動。 12.2 12.2 滑動螺旋傳動滑動螺旋傳動312.2.2 滑動螺旋機構的組成和運動形式滑動螺旋機構的組成和運動形式 1. 螺桿轉動螺母移動螺桿轉動螺母移動 軸向尺寸取決于螺母長度及其行程大小軸向尺寸取決于螺母長度及其行程大小, ,可獲得較高精

5、度可獲得較高精度, ,適用于工作行較長的精密設備和檢測儀器中的移動工作臺等。適用于工作行較長的精密設備和檢測儀器中的移動工作臺等。 2 . 螺母轉動螺桿移動螺母轉動螺桿移動 軸向尺寸取決于螺母長度和兩倍行程其行程大小，故所占軸向尺寸取決于螺母長度和兩倍行程其行程大小，故所占軸向空間較大，精度較低，結構復雜，適用于儀表設備中的調軸向空間較大，精度較低，結構復雜，適用于儀表設備中的調節機構。節機構。螺桿轉動螺母移動螺桿轉動螺母移動螺母轉動螺桿移動螺母轉動螺桿移動4 3. 固定螺桿轉動并移動固定螺桿轉動并移動 軸向尺寸取決于螺母長度和兩倍行程其行程大小及其移軸向尺寸取決于螺母長度和兩倍行程其行程大小

6、及其移動件的長度，所需軸向空間較大，但結構簡單，容易獲動件的長度，所需軸向空間較大，但結構簡單，容易獲得較高精度，適用于工作行較短的儀器儀表設備中的測得較高精度，適用于工作行較短的儀器儀表設備中的測微與微調機構。微與微調機構。 4. 螺桿固定螺母轉動并移動螺桿固定螺母轉動并移動 軸向尺寸較小，結構上難以實現轉動，精度低，常見與軸向尺寸較小，結構上難以實現轉動，精度低，常見與儀表和設備中的構件工作調整和鎖緊結構。儀表和設備中的構件工作調整和鎖緊結構。螺母固定螺桿轉動并移動螺母固定螺桿轉動并移動螺桿固定螺母轉動并移動螺桿固定螺母轉動并移動5)(221hhPPl j j5. 螺母為從動件的復式螺旋機

7、構螺母為從動件的復式螺旋機構 一種具有兩個螺旋一種具有兩個螺旋副副，一機構個自由度的特殊螺旋機構。如圖螺桿，一機構個自由度的特殊螺旋機構。如圖螺桿1上上A、B兩兩段為旋向相同段為旋向相同(或相反或相反)螺距分別為螺距分別為 和和 的螺旋。當螺桿相的螺旋。當螺桿相對于螺母對于螺母3 轉動角轉動角 時，可動螺母時，可動螺母2的移動距離為：的移動距離為：1hP2hPj 其中其中,一般一般 Ph1 Ph2 且相差很小，若且相差很小，若A、B兩段為旋向相同兩段為旋向相同則取則取“- -”；若；若A、B兩段為旋向反取兩段為旋向反取“+”， 因此、當旋向相同，因此、當旋向相同，很小很小l從動件可獲得很小與精

8、確的位移（各種微動裝置中常從動件可獲得很小與精確的位移（各種微動裝置中常見）；當旋向相反，則螺旋變成快速移動螺旋，即螺母見）；當旋向相反，則螺旋變成快速移動螺旋，即螺母2相對相對于螺母于螺母3快速趨近或離開。這種螺旋裝置用于要求快速夾緊的快速趨近或離開。這種螺旋裝置用于要求快速夾緊的夾具或鎖緊裝置中。夾具或鎖緊裝置中。612.2.3 滑動螺旋傳動的計算滑動螺旋傳動的計算1. 滑動螺旋傳動參數的選擇和確定滑動螺旋傳動參數的選擇和確定(1) 傳動形式選擇傳動形式選擇 按設計條件具體確定。按設計條件具體確定。(2) 螺紋類型的確定螺紋類型的確定 滑動螺旋、主要采用公制普通螺紋和梯形螺紋（測微讀數滑動

9、螺旋、主要采用公制普通螺紋和梯形螺紋（測微讀數螺旋螺旋三角形螺紋；傳力螺旋傳動三角形螺紋；傳力螺旋傳動用梯形螺紋）。用梯形螺紋）。(3) 螺距的確定螺距的確定 按移動范圍和降速比確定。按移動范圍和降速比確定。 細牙螺紋細牙螺紋位移量較小、降速比大、逆行程自鎖（光學位移量較小、降速比大、逆行程自鎖（光學儀器特種細牙螺紋儀器特種細牙螺紋d相同螺距和螺紋深度小）。相同螺距和螺紋深度小）。( P =1、0.75，0.5） 梯形螺紋或普通粗牙螺紋梯形螺紋或普通粗牙螺紋要求相對位移量較大的傳動要求相對位移量較大的傳動螺旋。螺旋。 （P=1，1. 5，2）7(4) 螺旋線數、旋向與升角螺旋線數、旋向與升角

10、測量螺旋傳動中測量螺旋傳動中單頭（傳動精度比多頭螺紋精度單頭（傳動精度比多頭螺紋精度高）高傳動速度高）高傳動速度多頭螺紋、精度不高如目鏡螺紋。多頭螺紋、精度不高如目鏡螺紋。 螺旋傳動的旋向螺旋傳動的旋向運動要求、應優先選用右旋。運動要求、應優先選用右旋。 螺旋升角螺旋升角綜合傳動效率與自鎖（逆行程自鎖綜合傳動效率與自鎖（逆行程自鎖 傳動效率，傳動效率， 值取大。值取大。(5) 螺母長度與螺桿長度的確定螺母長度與螺桿長度的確定 螺母長度螺母長度影響螺旋付的摩擦、磨損、傳動精度。影響螺旋付的摩擦、磨損、傳動精度。H=d2, 比例系數，整體式螺母比例系數，整體式螺母=1.52.5；開式螺；開式螺母母

11、=2.53.5。 螺桿螺紋長度盡可能短（整個工作行程內與螺母正確螺桿螺紋長度盡可能短（整個工作行程內與螺母正確旋合前提下）。旋合前提下）。 螺桿的剛度螺桿的剛度長度長度/螺紋小徑螺紋小徑 25，否則，否則進行進行穩定穩定性驗算。性驗算。8 (6) 螺旋副材料的確定螺旋副材料的確定 螺桿材料螺桿材料強度強度 耐磨性耐磨性 加工性能好。加工性能好。（精密傳導螺旋、熱處理后有較好的尺寸穩定性、較低的摩（精密傳導螺旋、熱處理后有較好的尺寸穩定性、較低的摩擦系數和較高的耐磨性擦系數和較高的耐磨性, 螺桿材料硬度比螺母要高）。螺桿材料硬度比螺母要高）。 螺桿螺桿45、50鋼（中碳鋼）調質處理；熱處理后有鋼

12、（中碳鋼）調質處理；熱處理后有較高硬度和耐磨性的重要螺桿可用較高硬度和耐磨性的重要螺桿可用T12、65Mn、40Cr等鋼；等鋼；熱處理后要求尺寸穩定性好可用熱處理后要求尺寸穩定性好可用9Mn2V、CrWMn、38CrMoAlA、GCr15、GCr15SiMn（滾動軸承鋼）。（滾動軸承鋼）。 螺母螺母錫青銅、黃銅、聚乙烯、尼龍和耐磨鑄鐵錫青銅、黃銅、聚乙烯、尼龍和耐磨鑄鐵（ 重載可選用鋁青銅或鑄造黃銅、球墨鑄鐵和重載可選用鋁青銅或鑄造黃銅、球墨鑄鐵和45鋼）。鋼）。 92. 滑動螺旋傳動主要計算滑動螺旋傳動主要計算 滑動螺旋傳動螺桿受到的載荷主要是轉矩和軸向拉（壓滑動螺旋傳動螺桿受到的載荷主要是

13、轉矩和軸向拉（壓）力，這些力引起）力，這些力引起螺紋的磨損螺紋的磨損、螺桿的變形螺桿的變形、螺桿或螺螺桿或螺紋牙的斷裂紋牙的斷裂、螺桿失穩螺桿失穩（長徑比大）。（長徑比大）。10l 耐磨性計算耐磨性計算 磨損是滑動螺旋傳動的主要失效形式，而磨損的速度與螺磨損是滑動螺旋傳動的主要失效形式，而磨損的速度與螺紋工作表面壓強的大小有直接系，因此，在軸向載荷紋工作表面壓強的大小有直接系，因此，在軸向載荷Fa a作用下，作用下，旋合長度范圍內螺紋工作表面單位面積上的壓力也就是工作比旋合長度范圍內螺紋工作表面單位面積上的壓力也就是工作比壓壓p p小于或等于許用壓強小于或等于許用壓強 p 即即 式中式中: :

14、 p 螺紋工作表面實際平均壓強；螺紋工作表面實際平均壓強； P許用壓強；許用壓強； Fa 軸向載荷；軸向載荷； d2 螺紋中徑；螺紋中徑； H螺母高度；螺母高度； h 螺紋工作高度，梯形螺紋螺紋工作高度，梯形螺紋h=0.5P ；三角螺紋；三角螺紋h=0.5413P。2 aF Pppd hH112 aF Pdh p10HnP注意：注意：1. d2算出后按標準圓整、得相應的標準公稱直徑及螺距。算出后按標準圓整、得相應的標準公稱直徑及螺距。 2.考慮螺紋間載荷實際分布不均勻考慮螺紋間載荷實際分布不均勻 ， n10； n10時，更換螺母材料或增大螺紋直徑時，更換螺母材料或增大螺紋直徑 。l設計公式設計

15、公式按螺紋形式確定：按螺紋形式確定：整體式螺母，整體式螺母，取取1.22.5；剖分式螺母，剖分式螺母，取取2.53.5。 ：2dH令令12l螺桿受軸向載荷和轉矩的作用變形，螺桿受軸向載荷和轉矩的作用變形，P改變，改變，影響螺旋傳動的精度。影響螺旋傳動的精度。 一個螺距產生的變化量為：一個螺距產生的變化量為： 軸向載荷軸向載荷Fa(拉、壓）拉、壓） 式中：式中：P螺距；螺距；E 螺桿材料拉壓彈性摸量，螺桿材料拉壓彈性摸量，E鋼鋼=2.15105MPa ； A 螺桿螺紋截面面積，對梯形螺紋按螺紋中徑計算，即螺桿螺紋截面面積，對梯形螺紋按螺紋中徑計算，即d2 ； （當螺桿受拉時上式取（當螺桿受拉時上

16、式取“”號，受壓時取號，受壓時取“”號）號） 扭矩扭矩T作用轉角為作用轉角為螺距的變化量為螺距的變化量為 （逆螺旋方向作用時取（逆螺旋方向作用時取“”號，順螺旋方向作用時取號，順螺旋方向作用時取“”號）號） 軸向載荷和轉矩作用下，一個螺距的變化量為軸向載荷和轉矩作用下，一個螺距的變化量為EAPFPFpTPGIjpPTGITPPPjjj222223() 102aPPF PTPEAGI（ m）13式中：式中：aF軸向載荷軸向載荷；T轉矩轉矩；P螺距；螺距；pI2d2422/4,/32PAdId 螺桿螺紋段截面極慣性矩，在梯形螺紋剛度計算中，按螺螺桿螺紋段截面極慣性矩，在梯形螺紋剛度計算中，按螺 紋

17、中徑紋中徑 計算比較合理，即計算比較合理，即 ； 。E、G分別為螺桿材料的彈性模量和剪切彈性模量。分別為螺桿材料的彈性模量和剪切彈性模量。 14l 穩定性計算，受軸向壓力的螺桿，當軸向壓力較大，螺穩定性計算，受軸向壓力的螺桿，當軸向壓力較大，螺桿可能失去穩定而產生側向彎曲即失穩。螺桿失穩時的臨桿可能失去穩定而產生側向彎曲即失穩。螺桿失穩時的臨界軸向載荷主要與材料和柔度有關，即界軸向載荷主要與材料和柔度有關，即 =L/i（i-螺桿危螺桿危險截面慣性半徑）險截面慣性半徑）1/4dAIai /22)( LEIFaac 100時：時：15n工程計算工程計算242LdmFac16 為了保證螺桿不失穩，必

18、須使：為了保證螺桿不失穩，必須使： 式中：式中：Famax最大軸向載荷；最大軸向載荷； SF安全系數，安全系數，SF2.54。 如果不能滿足上述條件，應增大直至滿足為止。如果不能滿足上述條件，應增大直至滿足為止。 必須指出：上述討論僅限于必須指出：上述討論僅限于 100時的情況，時的情況， 取值不取值不同有關同有關Famax的計算詳見機械設計手冊，另外的計算詳見機械設計手冊，另外 40，不必，不必進行穩定性校核。進行穩定性校核。FaacSFFmax17l 螺紋強度計算螺紋強度計算 螺紋強度計算包括螺桿螺紋及螺母螺紋強度的螺紋強度計算包括螺桿螺紋及螺母螺紋強度的計算，然而由于螺桿材料強度一般比螺

19、母材料強度高，故只需計算，然而由于螺桿材料強度一般比螺母材料強度高，故只需驗算螺母螺紋強度。設軸向載荷驗算螺母螺紋強度。設軸向載荷Fa作用于螺紋中徑，忽略螺桿作用于螺紋中徑，忽略螺桿與螺母之間的徑向間隙，則螺母螺紋強度計算公式如下：與螺母之間的徑向間隙，則螺母螺紋強度計算公式如下：剪切強度剪切強度 彎曲強度彎曲強度 aFdbn23abbF hdb n式中：式中：d螺紋大徑（螺紋大徑（mm）；）；n/nH P旋合扣數，旋合扣數， ； 、 b 分別為螺紋材料的許用剪切應力和許用彎曲應力分別為螺紋材料的許用剪切應力和許用彎曲應力 ；b0.65bP螺紋根部寬度（螺紋根部寬度（mm），對于梯形螺紋），對

20、于梯形螺紋 。 18l螺桿的強度計算螺桿的強度計算 螺桿在軸向載荷和轉矩的作用下產生正螺桿在軸向載荷和轉矩的作用下產生正應力和切應力應力和切應力, 螺桿的強度可按第四強度理論進行驗算。螺桿的強度可按第四強度理論進行驗算。其計算公式為其計算公式為式中：式中： 螺桿材料的許用應力，螺桿材料的許用應力， /（35）（為材料）（為材料 的的 屈服極限）；屈服極限）； 螺桿螺紋小徑；螺桿螺紋小徑； Fa 軸向載荷；軸向載荷； 轉矩。轉矩。)2 . 0( 3)4(231221dTdFa s1dTs19 12.3.1 螺旋傳動誤差與空程誤差螺旋傳動誤差與空程誤差 螺旋傳動誤差螺旋傳動誤差是當主動件單向回轉轉

21、角時從動件的實際是當主動件單向回轉轉角時從動件的實際位移量對于理論位移量偏差的最大幅度值。（直線位移量對于理論位移量偏差的最大幅度值。（直線1 1為理論為理論位移曲線、直線位移曲線、直線2 2為實際位移曲線）為實際位移曲線） 螺旋傳動的空程螺旋傳動的空程是當主動件改變回轉方向從動件不能立是當主動件改變回轉方向從動件不能立即隨之反向移動，從動件滯后于主動件時所對應的位移。即隨之反向移動，從動件滯后于主動件時所對應的位移。12.312.3 滑動螺旋傳動誤差與精度提高的措施20l螺旋傳動誤差與空程誤差產生的主要因素螺旋傳動誤差與空程誤差產生的主要因素螺旋副的固有誤差，如螺距、牙形半角誤差等；螺旋副的

22、固有誤差，如螺距、牙形半角誤差等；螺旋傳動機構的裝置誤差，如螺桿軸向跳動、螺桿軸線與螺旋傳動機構的裝置誤差，如螺桿軸向跳動、螺桿軸線與導軌運動方向偏斜等；導軌運動方向偏斜等；使用誤差，如工作中的彈性變形和熱變形等。使用誤差，如工作中的彈性變形和熱變形等。21(1)螺距誤差螺距誤差l 單個螺距誤差單個螺距誤差 螺紋全長螺紋全長上，任意單個實際螺距對基本螺上，任意單個實際螺距對基本螺距的偏差的最大代數差。距的偏差的最大代數差。 l 螺距累積誤差螺距累積誤差 規定的螺紋長度內，任意兩同側螺紋面間規定的螺紋長度內，任意兩同側螺紋面間實際距離對公稱尺寸的偏差的最大代數差。實際距離對公稱尺寸的偏差的最大代

23、數差。注意：螺母的螺距累積誤差對傳動精度沒有影響。注意：螺母的螺距累積誤差對傳動精度沒有影響。22(2)中徑誤差中徑誤差 螺旋副中，大徑、小徑并無相對接觸，中徑是配合尺寸，螺旋副中，大徑、小徑并無相對接觸，中徑是配合尺寸，因此要控制中徑變動量。因此要控制中徑變動量。第二節 滑動螺旋傳動(3)牙型半角誤差牙型半角誤差 螺紋牙型半角可能偏離標螺紋牙型半角可能偏離標準值。但是，如果采用一準值。但是，如果采用一把刀，一次裝卡，牙型半把刀，一次裝卡，牙型半角誤差在螺紋全長上一般角誤差在螺紋全長上一般變化不大。變化不大。23(4) 螺桿軸向竄動誤差螺桿軸向竄動誤差(5) 偏斜誤差偏斜誤差(6) 溫度誤差溫

24、度誤差maxmintanD212ll twllt 241.螺旋副零件與滑板連接結構的確定螺旋副零件與滑板連接結構的確定(1)剛性連接結構剛性連接結構 結構簡單，連接剛度大，多用于受力較大的傳動中。結構簡單，連接剛度大，多用于受力較大的傳動中。螺旋副位移方向與滑板運動方向間易發生干涉。螺旋副位移方向與滑板運動方向間易發生干涉。第二節 滑動螺旋傳動12.3.2 提高螺旋傳動精度與減少空程誤差的方法提高螺旋傳動精度與減少空程誤差的方法25(2) 彈性彈性連接連接結構結構 適用于受力較小的精密螺旋傳動。適用于受力較小的精密螺旋傳動。第二節 滑動螺旋傳動26(3) 活動活動連接連接結構結構 徹底排除螺旋

25、副與滑板運動方向間的干涉，需要封閉力徹底排除螺旋副與滑板運動方向間的干涉，需要封閉力F。第二節 滑動螺旋傳動272.螺距誤差校正裝置提高精度的方法螺距誤差校正裝置提高精度的方法 tanxyRj28第二節 滑動螺旋傳動3 .消除螺旋傳動空回的方法消除螺旋傳動空回的方法 空回螺桿旋轉方向改變，在螺桿轉動某一角度后，螺母才空回螺桿旋轉方向改變，在螺桿轉動某一角度后，螺母才產生反向運動。原因是螺桿、螺母傳動副存在間隙。產生反向運動。原因是螺桿、螺母傳動副存在間隙。(1) 利用單向作用力利用單向作用力29(2) 利用調整螺母利用調整螺母1)徑向調整法徑向調整法 利用不同結構，使螺母產生徑向收縮，以減小傳動副間隙。利用