精密机械零件常规设计——螺旋传动设计.pdf

精密机械零件常规设计精密机械零件常规设计螺旋传动设计螺旋传动设计董立泉北京理工大学光电学院年 月2009年5月20日内容概要内容概要?主要内容：主要内容：螺旋传动的组成及功能；螺旋传动特点类型和应用 螺旋传动特点、类型和应用；螺旋副的主要运动形式螺旋副的主要运动形式；螺旋副的主要运动形式螺旋副的主要运动形式；螺旋传动主要失效形式螺旋传动主要失效形式；螺旋传动主要失效形式螺旋传动主要失效形式；螺旋传动的设计和校核验算；螺旋传动的设计和校核验算；消除或减小螺旋传动误差的措施。螺旋传动简介螺旋传动简介螺旋传动简介螺旋传动简介第第一一节节 基基本本知知识识第节第节本识本识螺旋传动是用螺杆和螺母传递运动和动力的机械传螺旋传动是用螺杆和螺母传递运动和动力的机械传动，主要用于把旋转运动转换成直线运动,将转矩动，主要用于把旋转运动转换成直线运动,将转矩转换成推力转换成推力转换成推力转换成推力。1 1组成及功能组成及功能1 1.组成及功能组成及功能组成：组成：螺杆，螺母螺杆，螺母功能：功能：把旋转运动转变为把旋转运动转变为直线直线往复运动往复运动种类：种类：滑动螺旋、滚珠丝杠副、静压螺旋滑动螺旋、滚珠丝杠副、静压螺旋1、螺旋传动的组成及功能、螺旋传动的组成及功能1、螺旋传动的组成及功能、螺旋传动的组成及功能1、螺旋传动的组成及功能、螺旋传动的组成及功能2、螺旋传动的特点、螺旋传动的特点1.降速比大降速比大:由大转角转化为小位移由大转角转化为小位移2.增力作用增力作用:小扭矩可得到大的轴向力小扭矩可得到大的轴向力3.能自锁能自锁:防止反转动防止反转动效率低效率低磨损快磨损快螺旋的工作面为滑动摩擦螺旋的工作面为滑动摩擦4.效率低效率低、磨损快磨损快:螺旋的工作面为滑动摩擦螺旋的工作面为滑动摩擦,传动效率低传动效率低(30%40%),不适于高速和大功不适于高速和大功传动效率低传动效率低(30%40%),不适于高速和大功不适于高速和大功率传动。率传动。5.传动平稳，传动精度高传动平稳，传动精度高6.结构紧凑、噪声低结构紧凑、噪声低3、螺旋线的形成、螺旋线的形成 螺纹升角：螺纹升角：中径圆柱上的螺旋线切线与垂直于螺纹轴线中径圆柱上的螺旋线切线与垂直于螺纹轴线平面间的夹角平面间的夹角平面间的夹角平面间的夹角n 螺旋线数：螺旋线数：螺纹的螺旋线根数螺纹的螺旋线根数t螺距螺距：相邻两牙的轴向距离相邻两牙的轴向距离t 螺距螺距：相邻两牙的轴向距离相邻两牙的轴向距离2rm 中径：中径：该圆柱面的母线上螺纹牙厚度与螺纹牙间宽度该圆柱面的母线上螺纹牙厚度与螺纹牙间宽度相等相等相等相等2tannt=m2 r螺旋线展开螺旋线展开4、螺纹分类、螺纹分类螺纹基本参数:螺纹基本参数:?大径大径d螺纹的最大直径螺纹的最大直径公称直径公称直径（螺纹的规格螺纹的规格）?大径大径d0螺纹的最大直径螺纹的最大直径，公称直径公称直径（螺纹的规格螺纹的规格）。?小径小径d1螺纹的最小直径，强度计算时常作为螺杆危险剖螺纹的最小直径，强度计算时常作为螺杆危险剖面的计算直径面的计算直径面的计算直径面的计算直径。?中径中径d2螺纹轴向剖面内牙厚与牙间相等处的一假想圆柱螺纹轴向剖面内牙厚与牙间相等处的一假想圆柱面直径面直径近似等于螺纹平均直径近似等于螺纹平均直径螺纹受力分析时以中径螺纹受力分析时以中径面直径面直径，近似等于螺纹平均直径近似等于螺纹平均直径。螺纹受力分析时以中径螺纹受力分析时以中径为准，也是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。为准，也是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。?螺距螺距t螺纹相邻两个牙上对应点间的轴向距离螺纹相邻两个牙上对应点间的轴向距离?螺距螺距t螺纹相邻两个牙上对应点间的轴向距离螺纹相邻两个牙上对应点间的轴向距离。?升距升距th同一根螺旋线上相邻两个牙上对应点间的轴向距同一根螺旋线上相邻两个牙上对应点间的轴向距离离离离。?升角升角 螺旋线展开后中径处与垂直于轴线平面的夹角。螺旋线展开后中径处与垂直于轴线平面的夹角。?牙型角牙型角2 螺纹轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角。螺纹轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角。4、螺纹分类、螺纹分类通常分为以下四类：通常分为以下四类：1.普通螺纹（三角形螺纹）普通螺纹（三角形螺纹）2 梯形螺纹梯形螺纹2.梯形螺纹梯形螺纹3.锯齿形螺纹锯齿形螺纹4.矩形螺纹矩形螺纹224、螺纹分类、螺纹分类1）三角形螺纹（普通螺纹）三角形螺纹（普通螺纹）牙型角为牙型角为60，可以分，可以分为粗牙和细牙为粗牙和细牙粗牙用于粗牙用于为粗牙和细牙为粗牙和细牙，粗牙用于粗牙用于一一般联接般联接；与粗牙螺纹相比与粗牙螺纹相比，般联接般联接；与粗牙螺纹相比与粗牙螺纹相比，细牙由于在相同公称直径时，细牙由于在相同公称直径时，螺距小，螺纹深度浅，导程螺距小，螺纹深度浅，导程和升角也小和升角也小自锁性能好自锁性能好和升角也小和升角也小，自锁性能好自锁性能好，宜用于薄壁零件和微调装置宜用于薄壁零件和微调装置。宜用于薄壁零件和微调装置宜用于薄壁零件和微调装置。4、螺纹分类、螺纹分类2）梯形螺纹）梯形螺纹牙形为等腰梯形，牙形牙形为等腰梯形，牙形角角 30强度和效率介强度和效率介角角=30。强度和效率介强度和效率介于矩形螺纹和三角形螺纹之于矩形螺纹和三角形螺纹之于矩形螺纹和三角形螺纹之于矩形螺纹和三角形螺纹之间。对中准确性较好，可消间。对中准确性较好，可消除因磨损而引起的间隙。除因磨损而引起的间隙。广广泛用于精密螺旋传动泛用于精密螺旋传动如丝如丝泛用于精密螺旋传动泛用于精密螺旋传动，如丝如丝杠杠。杠杠4、螺纹分类、螺纹分类3）锯齿型螺纹）锯齿型螺纹两侧牙型角分别为两侧牙型角分别为3和和303的侧用来承受的侧用来承受和和30，3的的一一侧用来承受侧用来承受载荷载荷，可得到较高效率可得到较高效率；载荷载荷，可得到较高效率可得到较高效率；30一侧用来增加牙根强度，一侧用来增加牙根强度，适用于单向受载的传动螺适用于单向受载的传动螺纹纹纹纹。4、螺纹分类、螺纹分类4）矩形螺纹）矩形螺纹牙形为正方形，牙形牙形为正方形，牙形角角 0 摩擦阻力小摩擦阻力小传传角角=0，摩擦阻力小摩擦阻力小，传传动效率高动效率高。动效率高动效率高。精确加工困难，是非标准精确加工困难，是非标准螺纹。螺纹。主要用于传力螺旋传动主要用于传力螺旋传动主要用于传力螺旋传动主要用于传力螺旋传动。4、螺纹分类、螺纹分类?螺杆常用右旋螺纹螺杆常用右旋螺纹?单线螺纹单线螺纹：能自锁，传力螺旋和调整螺旋采用能自锁，传力螺旋和调整螺旋采用?多线（多线（34线）螺纹线）螺纹：传动效率高、运动速度快，传导螺旋采用传动效率高、运动速度快，传导螺旋采用5、螺旋副运动形式、螺旋副运动形式螺旋副运动形式有四种，它们分别是：1）螺杆转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动2）螺母转动螺母转动螺杆移动螺杆移动2）螺母转动螺母转动，螺杆移动螺杆移动3）螺母固定，螺杆转动并移动螺母固定，螺杆转动并移动4）螺杆固定，螺母转动并移动螺杆固定，螺母转动并移动其他形式：其他形式：差动螺旋差动螺旋双向螺旋双向螺旋双向螺旋双向螺旋5、螺旋副运动形式、螺旋副运动形式1）螺杆转动，螺母移动螺杆转动，螺母移动特点：特点：精度较高，结构比较复杂，所占轴向尺寸小轴向尺寸小适用：适用：工作行程较长的情况，如测量显微镜的移动工作台微镜的移动工作台实例演示实例演示5、螺旋副运动形式、螺旋副运动形式2）螺母转动，螺杆移动螺母转动，螺杆移动特点：特点：精度较低，结构复杂，所占空间尺寸较大尺寸较大适用：适用：仪器和机械中调整装置，如调焦机构调平机构升降装置机构、调平机构、升降装置实例演示实例演示5、螺旋副运动形式、螺旋副运动形式3）螺母固定，螺杆转动并移动螺母固定，螺杆转动并移动特点：特点：精度高，结构简单，但所需轴向尺寸较大尺寸较大适用：适用：工作行程不长的情况，如螺旋测微镜中分的移微目镜中分划板的移动实例演示实例演示5、螺旋副运动形式、螺旋副运动形式4）螺杆固定，螺母转动并移动螺杆固定，螺母转动并移动特点：特点：精度低，结构上难以实现运动的连续传递连续传递适用：适用：仪器和机械中的调节和锁紧，如精密螺旋机构中的锁紧精密螺旋机构中的锁紧实例演示实例演示差动螺旋差动螺旋6、应用分类、应用分类根据传动部分在仪器中的作用，分为三类：1）传动螺旋传动螺旋需要承受较大载荷，传递精度要求较低，有时甚至相1）传动螺旋传动螺旋需要承受较大载荷，传递精度要求较低，有时甚至相对移动无精度要求。设计要求设计要求：较高的传动效率，运动平稳，承受轴向负荷和扭距时的强设计要求设计要求：较高的传动效率，运动平稳，承受轴向负荷和扭距时的强度、刚度、稳定性较好。2）示数螺旋示数螺旋主要用以将转角值转变为直线位移量（或反之）传2）示数螺旋示数螺旋主要用以将转角值转变为直线位移量（或反之），传动时，只需克服摩擦力矩和较小的附加力矩，但传动精度要求高。设计要求设计要求：运动精度高，空回量小，耐磨性好，运转平稳，灵敏度高刚度好。刚度好3）调整螺旋调整螺旋用以调整零件或部件之间的相对位置。常用于光学仪器和各种精密仪器的调焦、调平机构和微动机构中。器和各种精密仪器的调焦、调平机构和微动机构中。设计要求设计要求：运动平稳，灵敏度高，耐磨性好，有较高的强度和寿命。实例分析实例分析1-弹簧弹簧 2-分划板框分划板框 3-螺杆螺杆 4-指示线套筒指示线套筒 5-刻度套筒刻度套筒 6-手轮手轮螺旋机构螺旋机构第第二二节节计算根据计算根据第节第节计算根据计算根据主要内容：主要内容：强度、刚度、稳定性、耐磨性、摩擦力矩、效率强度、刚度、稳定性、耐磨性、摩擦力矩、效率失效形式：失效形式：?螺纹的磨损螺纹的磨损?螺杆的变形螺杆的变形?螺杆的变形螺杆的变形?螺杆或螺纹牙的断裂螺杆或螺纹牙的断裂?螺杆或螺纹牙的断裂螺杆或螺纹牙的断裂一、强度计算一、强度计算螺旋传动时受拉（压）应力和扭转剪应力的复合作螺旋传动时受拉（压）应力和扭转剪应力的复合作用用进行抗拉强度计算时进行抗拉强度计算时应将计算拉力增大应将计算拉力增大用用，进行抗拉强度计算时进行抗拉强度计算时，应将计算拉力增大应将计算拉力增大30%40%以考虑扭转的影响。以考虑扭转的影响。计算负荷计算负荷Fc为：为：Fc=(1.31.4)F螺杆直径螺杆直径d1为为:二、刚度计算二、刚度计算螺杆在轴向负荷和扭矩作用下，会产生变形，引起螺杆在轴向负荷和扭矩作用下，会产生变形，引起螺螺杆螺距杆螺距改变改变应进行刚度验算应进行刚度验算以限制其改变量以限制其改变量杆螺距杆螺距改变改变，应进行刚度验算应进行刚度验算，以限制其改变量以限制其改变量。1.螺杆在轴向负荷螺杆在轴向负荷 F 作用下，螺距的改变量为作用下，螺距的改变量为式中式中 F一个螺距内螺杆的变形量（一个螺距内螺杆的变形量（mm）F轴向负荷轴向负荷（N）F 轴向负荷轴向负荷（N）t 螺距（螺距（mm）E 弹性模量弹性模量，对于钢对于钢，E=2 0 105（MPa）E弹性模量弹性模量，对于钢对于钢，E2.0 10（MPa）A 螺杆根径截面面积（螺杆根径截面面积（mm2）螺杆受拉力取螺杆受拉力取“”，压力取压力取“”螺杆受拉力取螺杆受拉力取“”，压力取压力取“”二、刚度计算二、刚度计算2.螺杆在扭矩螺杆在扭矩 M 作用下，一个螺距产生的扭转角为作用下，一个螺距产生的扭转角为，螺距的改变量为，螺距的改变量为MGIMttGIMt222M=式中式中 M一个螺距内螺杆的变形量（一个螺距内螺杆的变形量（mm)M扭矩扭矩（N）GIGI22M 扭矩扭矩（mN m）G 剪切弹性模量，对于钢，剪切弹性模量，对于钢，G=8.0 104（MPa）I螺杆根径截面极惯性矩螺杆根径截面极惯性矩（4）I 螺杆根径截面极惯性矩螺杆根径截面极惯性矩（mm4）逆螺旋方向作用取“”，顺螺旋方向作用取“”逆螺旋方向作用取“”，顺螺旋方向作用取“”螺杆在轴向负荷和扭矩同时作用下螺杆在轴向负荷和扭矩同时作用下个螺距改变量为个螺距改变量为螺杆在轴向负荷和扭矩同时作用下螺杆在轴向负荷和扭矩同时作用下，一一个螺距改变量为个螺距改变量为FM设计时满足设计时满足设计时满足设计时满足：允许值允许值将由螺距误差、精度要求等技术要求确定。将由螺距误差、精度要求等技术要求确定。三、稳定性计算三、稳定性计算根据材料力学的压杆稳根据材料力学的压杆稳定理论可知，螺杆过长，在轴向定理论可知，螺杆过长，在轴向力作用下力作用下会产生侧向弯曲会产生侧向弯曲影影力作用下力作用下，会产生侧向弯曲会产生侧向弯曲，影影响螺旋的传动。响螺旋的传动。当设计的螺杆长度当设计的螺杆长度 H 不超过不超过当设计的螺杆长度当设计的螺杆长度 H 不超过不超过产生侧向弯曲的临界高度产生侧向弯曲的临界高度 H0时，时，就能保证螺杆的稳定性。就能保证螺杆的稳定性。螺杆升起高度螺杆升起高度螺杆升起高度螺杆升起高度三、稳定性计算三、稳定性计算杆的侧向挠曲（欧拉）公式杆的侧向挠曲（欧拉）公式式中式中ny稳定系数，常取稳定系数，常取 4 或或 5y0长度系数（与弹簧中的端部系数意义相同）长度系数（与弹簧中的端部系数意义相同）螺杆的最小极惯性矩螺杆的最小极惯性矩螺杆的最小极惯性矩螺杆的最小极惯性矩E 弹性模量弹性模量H0临界高度临界高度H0临界高度临界高度当负荷不太大时，螺杆的临界高度当负荷不太大时，螺杆的临界高度H H0 25d1四、耐磨性计算四、耐磨性计算四、耐磨性计算四、耐磨性计算螺旋传动磨损的速度与螺纹工作面压强的大小有关。螺旋传动磨损的速度与螺纹工作面压强的大小有关。bFtF承压面积：压强：承压面积：压强：为保证使用寿命为保证使用寿命计算压强计算压强p应小于等于允许压强应小于等于允许压强ptbhdA=2 phbdFtAFp=2式中式中 p螺纹工作表面计算平均压强（螺纹工作表面计算平均压强（MPa）为保证使用寿命为保证使用寿命，计算压强计算压强p应小于等于允许压强应小于等于允许压强pp允许压强（允许压强（MPa）F轴向负荷轴向负荷（N）F轴向负荷轴向负荷（N）t螺距（螺距（mm）d2螺纹中径（螺纹中径（mm）h螺纹工作高度（螺纹工作高度（mm）b螺母高度（螺母高度（mm）四、耐磨性计算四、耐磨性计算四、耐磨性计算四、耐磨性计算允许压强与螺杆、螺母材料的关系允许压强与螺杆、螺母材料的关系允许压强与螺杆、螺母材料的关系允许压强与螺杆、螺母材料的关系五、摩擦力矩计算五、摩擦力矩计算对摩擦力矩的计算，要注意负荷方向、负荷大对摩擦力矩的计算，要注意负荷方向、负荷大小小作用部位作用部位螺纹类型螺纹类型螺母结构螺母结构材料及结合材料及结合小小、作用部位作用部位、螺纹类型螺纹类型、螺母结构螺母结构、材料及结合材料及结合部分表面状况部分表面状况，以便引入修正系数。以便引入修正系数。，具体有以下三种情况：具体有以下三种情况：1）仅承受轴向负荷）仅承受轴向负荷F2）仅承受径向负荷仅承受径向负荷F2）仅承受径向负荷仅承受径向负荷Fr3)仅承受与螺杆轴线偏心距为仅承受与螺杆轴线偏心距为 a 的轴向负荷的轴向负荷F)(一一)、仅承受轴向负荷、仅承受轴向负荷 F1.牙形角牙形角=0 的螺纹（矩形螺纹）的螺纹（矩形螺纹）旋紧螺母时，相当于滑块（螺母）在水平驱动力的推动下，沿斜面等速向上运动。滑块受轴向负荷旋紧螺母时，相当于滑块（螺母）在水平驱动力的推动下，沿斜面等速向上运动。滑块受轴向负荷 F、水平推力、水平推力Ft、斜、斜面对滑块的法向支反力面对滑块的法向支反力N，摩擦力，摩擦力Ff的作用。将的作用。将N 与与Ff合成为合成为R，N 与与R 之间的夹角为摩擦角之间的夹角为摩擦角 arctan ft)tan(arctanFFf+=m)tan(rFM+=(一一)、仅承受轴向负荷、仅承受轴向负荷 F当松开螺母时，相当于滑块沿斜面等速下滑。滑块受轴向负荷当松开螺母时，相当于滑块沿斜面等速下滑。滑块受轴向负荷F水平推力水平推力F斜面对滑块的法向支反力斜面对滑块的法向支反力N摩擦力摩擦力F 的作的作F、水平推力水平推力Ft、斜面对滑块的法向支反力斜面对滑块的法向支反力N，摩擦力摩擦力Ff的作的作用。将用。将N 与与Ff 合成为合成为R，N 与与R 之间的夹角为摩擦角之间的夹角为摩擦角)t(FF当当 时，时，Ft 0，这表明要使滑块下滑，必须施加一相反的，这表明要使滑块下滑，必须施加一相反的否则不论否则不论有多大滑块有多大滑块)tan(t=FFFt，否则不论否则不论F 有多大滑块有多大滑块不会自动下滑。这称为螺不会自动下滑。这称为螺旋副的自锁。螺旋副自锁的条件是旋副的自锁。螺旋副自锁的条件是 或或t ftan f(一一)、仅承受轴向负荷、仅承受轴向负荷 F2.牙形角牙形角 0 的螺纹（三角螺纹或梯形螺纹）的螺纹（三角螺纹或梯形螺纹）非矩形螺纹的螺杆和螺母相对转动时非矩形螺纹的螺杆和螺母相对转动时可看成楔形滑块沿楔可看成楔形滑块沿楔非矩形螺纹的螺杆和螺母相对转动时非矩形螺纹的螺杆和螺母相对转动时，可看成楔形滑块沿楔可看成楔形滑块沿楔形斜面移动，其法向反力形斜面移动，其法向反力N 与矩形螺纹的法向反力与矩形螺纹的法向反力N之间应之间应有有：N=N/cos(/2)有有：N=N/cos(/2)则摩擦力可表示为则摩擦力可表示为F f N f N/(/2)N f/(/2)N fFf=f N=f N/cos(/2)=N f/cos(/2)=N fv。我们把。我们把 fv称为当量摩擦系数，称为当量摩擦系数，对应的对应的 称为当量摩擦角称为当量摩擦角对应的对应的 称为当量摩擦角称为当量摩擦角。arctan f=tv)t()tan(arctanFMFFf+=m)tan(rFM+=(一一)、仅承受轴向负荷、仅承受轴向负荷 F拧紧螺母时所需的水平推力及转矩：由于非矩形螺纹与拧紧螺母时所需的水平推力及转矩：由于非矩形螺纹与矩形螺纹的运动关系相同矩形螺纹的运动关系相同将将 代替代替后可得后可得矩形螺纹的运动关系相同矩形螺纹的运动关系相同，将将 代替代替后可得后可得：式中 M 摩擦力矩摩擦力矩（mMm）式中 M 摩擦力矩摩擦力矩（mM m）F 轴向负荷（轴向负荷（N）r 螺杆平均半径螺杆平均半径（mm）rm螺杆平均半径螺杆平均半径（mm）螺旋线升角（螺旋线升角（）当量摩擦角当量摩擦角（）当量摩擦角当量摩擦角（）f 螺纹表面滑动摩擦系数螺纹表面滑动摩擦系数 螺纹牙顶角螺纹牙顶角（）螺纹牙顶角螺纹牙顶角（）(二二)、仅承受径向负荷、仅承受径向负荷 Fr?假设径向负荷假设径向负荷Fr均布于接触面上部，则螺母与螺杆间的当均布于接触面上部，则螺母与螺杆间的当量摩擦系数应为量摩擦系数应为f(/2)量摩擦系数应为量摩擦系数应为f(/2)。?假设螺纹牙上各均布正压力之和（亦即作用于平均半径假设螺纹牙上各均布正压力之和（亦即作用于平均半径rm上的集中负荷）为上的集中负荷）为Fr/sin(/2)。?转动螺杆所需克服的摩擦力矩为转动螺杆所需克服的摩擦力矩为：?转动螺杆所需克服的摩擦力矩为转动螺杆所需克服的摩擦力矩为：承受径向负荷承受径向负荷(三三)、仅承受与螺杆轴线偏心距为、仅承受与螺杆轴线偏心距为a的轴向负荷的轴向负荷 F?将将F简化到螺杆轴线上，即相当于有一轴向负荷简化到螺杆轴线上，即相当于有一轴向负荷F和一力矩和一力矩F 同时作用同时作用故转动螺杆所需克服的摩擦力矩应为两者之故转动螺杆所需克服的摩擦力矩应为两者之Fa同时作用同时作用。故转动螺杆所需克服的摩擦力矩应为两者之故转动螺杆所需克服的摩擦力矩应为两者之和。和。假设接触部位假设接触部位F偏高轴线偏高轴线六、效率计算六、效率计算输入功输入功（相对转动周相对转动周）输入功输入功（相对转动相对转动一一周周）：输出功（推动负载所作的有用功）：输出功（推动负载所作的有用功）：螺旋传动的效率螺旋传动的效率：螺旋传动的效率螺旋传动的效率第第三三节节螺旋传动设螺旋传动设计计第节第节螺旋传动设螺旋传动设螺旋传动设计步骤：螺旋传动设计步骤：传动形式选择传动形式选择 传动形式选择传动形式选择 螺纹类型的确定螺纹类型的确定 螺旋副材料的确定螺旋副材料的确定验算验算:验算验算:强度验算强度验算 刚度验算刚度验算 刚度验算刚度验算 耐磨性验算耐磨性验算 稳定性验算或稳定性验算或 摩擦力矩计算摩擦力矩计算 摩擦力矩计算摩擦力矩计算 效率计算效率计算第第三三节节螺旋传动设螺旋传动设计计滑动螺旋工作时，其失效形式主要有：滑动螺旋工作时，其失效形式主要有：1）磨损磨损 螺杆和螺母工作定时间后螺纹磨损螺杆和螺母工作定时间后螺纹磨损间隙增大间隙增大第节第节螺旋传动设螺旋传动设1）磨损磨损:螺杆和螺母工作螺杆和螺母工作一一定时间后螺纹磨损定时间后螺纹磨损，间隙增大间隙增大，影响传动精度和平稳性。影响传动精度和平稳性。2）失稳失稳:细长螺旋在轴向压力作用下，可能产生显著侧向弯曲，严重影响传动精度。细长螺旋在轴向压力作用下，可能产生显著侧向弯曲，严重影响传动精度。3）变形变形:螺杆的拉、压变形和扭转变形过大，即刚度不足，螺杆的拉、压变形和扭转变形过大，即刚度不足，使螺距超过允许偏差使螺距超过允许偏差，将使传动精度达不到要求将使传动精度达不到要求。使螺距超过允许偏差使螺距超过允许偏差，将使传动精度达不到要求将使传动精度达不到要求。4）断裂断裂:在大的扭矩和轴向力作用下，螺杆螺纹牙上产生过在大的扭矩和轴向力作用下，螺杆螺纹牙上产生过大的应力大的应力即强度不足时即强度不足时会引起螺杆断裂或螺纹牙折断会引起螺杆断裂或螺纹牙折断大的应力大的应力，即强度不足时即强度不足时，会引起螺杆断裂或螺纹牙折断会引起螺杆断裂或螺纹牙折断等现象。等现象。第第三三节节螺旋传动设螺旋传动设计计根据不同的工作要求根据不同的工作要求，其计算依据为其计算依据为：第节第节螺旋传动设螺旋传动设根据不同的工作要求根据不同的工作要求，其计算依据为其计算依据为：1）对于读数螺旋和传动精度要求较高的进给螺）对于读数螺旋和传动精度要求较高的进给螺旋，以旋，以耐磨性和刚度计算耐磨性和刚度计算为主为主;2）对于长径比较大的承受轴向力的螺杆对于长径比较大的承受轴向力的螺杆核算核算2）对于长径比较大的承受轴向力的螺杆对于长径比较大的承受轴向力的螺杆，核算核算稳定性稳定性;3）对于承受较大轴向负荷和扭矩的螺旋，以）对于承受较大轴向负荷和扭矩的螺旋，以耐耐磨性和强度计算磨性和强度计算为主为主。磨性和强度计算磨性和强度计算为主为主。第四节第四节误差分析误差分析、估算估算第四节第四节误差分析误差分析估算估算螺旋传动误差螺旋传动误差螺杆与螺母间实际相对运动螺杆与螺母间实际相对运动螺旋传动误差螺旋传动误差：螺杆与螺母间实际相对运动螺杆与螺母间实际相对运动与理论值的偏离程度与理论值的偏离程度,螺母的理论位移与实际螺母的理论位移与实际与理论值的偏离程度与理论值的偏离程度,螺母的理论位移与实际螺母的理论位移与实际位移之差。位移之差。空程误差空程误差 由间隙引起由间隙引起中径误差中径误差螺纹牙型螺纹牙型空程误差空程误差:由间隙引起由间隙引起(中径误差中径误差、螺纹牙型螺纹牙型半角误差半角误差、螺距误差螺距误差、磨损磨损)。半角误差半角误差、螺距误差螺距误差、磨损磨损)。一、一、螺螺距距误误差差对对运运动误动误差差的影的影响响对于理想螺旋传动，螺杆旋转，螺母移动关系为对于理想螺旋传动，螺杆旋转，螺母移动关系为螺误对动误的影螺误对动误的影x0 理想状态螺母位移量理想状态螺母位移量 螺杆转角螺杆转角n 螺纹头数螺纹头数n 螺纹头数螺纹头数t0 螺纹螺距螺纹螺距导程导程nt0 导程导程/2螺杆转过的圈数，即螺母所移过的螺距个数螺杆转过的圈数，即螺母所移过的螺距个数螺杆螺母相对运动关系螺杆螺母相对运动关系二、二、螺纹参数误螺纹参数误差差对对运运动误动误差差的影的影响响由由于于存在制存在制造造安装安装螺纹参数误对动误的影螺纹参数误对动误的影由存在制安装由存在制安装误差，螺杆螺纹与螺母误差，螺杆螺纹与螺母螺纹之间产生间隙螺纹之间产生间隙，从从螺纹之间产生间隙螺纹之间产生间隙，从从而形成传动时的径向间而形成传动时的径向间隙和轴向间隙隙和轴向间隙隙和轴向间隙隙和轴向间隙。螺距累积误差螺距累积误差螺纹中径误差形成的轴向间隙螺纹中径误差形成的轴向间隙第第五五节第节第五五节节消除或减小误差的消除或减小误差的消除或减小误差的消除或减小误差的措施措施措施措施第节第节第节第节消除或减小误差的消除或减小误差的消除或减小误差的消除或减小误差的措施措施措施措施传动误差是因轴向间隙（径向间隙）引起，可从结传动误差是因轴向间隙（径向间隙）引起，可从结构上减小或消除这些误差，以提高螺旋传动精度。构上减小或消除这些误差，以提高螺旋传动精度。常用的方法有常用的方法有常用的方法有常用的方法有：（1 1）消除或减小径向间隙）消除或减小径向间隙（2 2）减小或消除轴向间隙）减小或消除轴向间隙（3 3）消除螺杆轴向跳动）消除螺杆轴向跳动（4 4）减小运动方向的偏斜）减小运动方向的偏斜（4 4）减小运动方向的偏斜）减小运动方向的偏斜（5 5）采取误差补偿装置）采取误差补偿装置一、一、消除或减小径消除或减小径向向间间隙隙消除或减小径间消除或减小径间1)切口螺母切口螺母特点特点结构简单结构简单特点特点：结构简单结构简单螺纹间接触不均匀，螺纹间接触不均匀，螺母磨损较快螺母磨损较快2)轴向切口弹性螺母轴向切口弹性螺母特点特点较好地消除空误差较好地消除空误差特点特点：较好地消除空较好地消除空回回误差误差实际效果优于切口螺母实际效果优于切口螺母螺纹间隙径向调整结构螺纹间隙径向调整结构研磨后效果更佳，应用研磨后效果更佳，应用广泛广泛广泛广泛二、减小或消除轴向间隙二、减小或消除轴向间隙a)开槽螺母开槽螺母b)刚性双螺母刚性双螺母 c)弹性双螺母弹性双螺母二、减小或消除轴向间隙二、减小或消除轴向间隙d)塑料螺母塑料螺母特点特点：结构简单结构简单耐磨性好耐磨性好且不用润滑且不用润滑特点特点：结构简单结构简单，耐磨性好耐磨性好，且不用润滑且不用润滑三、消除螺杆轴向跳动三、消除螺杆轴向跳动?将螺杆端部做成球面，左端与一平面接触，右端与一平头将螺杆端部做成球面，左端与一平面接触，右端与一平头紧定螺钉接触，利用紧定螺钉调节松紧。紧定螺钉接触，利用紧定螺钉调节松紧。?由于轴承与轴肩之间留有空隙由于轴承与轴肩之间留有空隙，螺杆两端都是球面与平面螺杆两端都是球面与平面?由于轴承与轴肩之间留有空隙由于轴承与轴肩之间留有空隙，螺杆两端都是球面与平面螺杆两端都是球面与平面相接，故可消除螺杆轴向跳动。相接，故可消除螺杆轴向跳动。消除轴向跳动结构消除轴向跳动结构四、减小运动方向的偏斜四、减小运动方向的偏斜?螺杆轴线与工作台移动导轨的中线不平行会影响工作台移动的读数精度。螺杆轴线与工作台移动导轨的中线不平行会影响工作台移动的读数精度。?工作台行程在工作台行程在60mm以内时，将螺旋副与工作台前后安置在同一平面内，并提出导轨中线与螺杆轴线的平行度要求。以内时，将螺旋副与工作台前后安置在同一平面内，并提出导轨中线与螺杆轴线的平行度要求。?工作台行程较大时（数百或百余工作台行程较大时（数百或百余mm），将螺旋副与工作台上下安置（在两个平面内），将螺母与工作台之间的联接改），将螺旋副与工作台上下安置（在两个平面内），将螺母与工作台之间的联接改为挠性或松动联接为挠性或松动联接为挠性或松动联接为挠性或松动联接。挠性联接结构挠性联接结构五、采取误差补偿装置五、采取误差补偿装置对于存在系统误差（有规律的误差）的螺旋传动，对于存在系统误差（有规律的误差）的螺旋传动，可采用附加装置消除这个误差可采用附加装置消除这个误差可采用附加装置消除这个误差可采用附加装置消除这个误差。螺距误差补偿装置原理螺距误差补偿装置原理第六节第六节滚珠滚珠丝丝杠传动简介杠传动简介第六节第六节滚珠杠传动简介滚珠杠传动简介滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动在丝杠和螺母之间放入适当数量在丝杠和螺母之间放入适当数量的滚珠的滚珠使丝杠与螺母之间的摩擦由普通丝杠的滑动摩使丝杠与螺母之间的摩擦由普通丝杠的滑动摩的滚珠的滚珠，使丝杠与螺母之间的摩擦由普通丝杠的滑动摩使丝杠与螺母之间的摩擦由普通丝杠的滑动摩擦变为滚动摩擦的一种装置。擦变为滚动摩擦的一种装置。一、组成和特点、组成特点1.组成：丝杠（螺杆）组成：丝杠（螺杆）螺母滚珠螺母滚珠滚珠循环返回装置滚珠循环返回装置滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动一、组成和特点一、组成和特点2.特点特点(与滑动螺旋副相比）与滑动螺旋副相比）摩擦小，效率高（摩擦小，效率高（90%以上）以上）磨损小磨损小寿命长寿命长磨损小磨损小，寿命长寿命长通过预紧可消除轴向间隙通过预紧可消除轴向间隙，提高传动精度提高传动精度通过预紧可消除轴向间隙通过预紧可消除轴向间隙，提高传动精度提高传动精度不自锁不自锁结构复杂，工艺性差，成本高结构复杂，工艺性差，成本高二、结构二、结构按照滚珠在整个循环过程中与丝杠表面的接触按照滚珠在整个循环过程中与丝杠表面的接触情况，可分为两种：情况，可分为两种：1、内循环结构内循环结构滚珠不离开丝杠表面滚珠不离开丝杠表面滚珠不离开丝杠表面滚珠不离开丝杠表面2、外循环结构外循环结构2、外循环结构外循环结构滚珠有一段离开丝杠表面滚珠有一段离开丝杠表面二、结构二、结构内循环结构内循环结构特点：特点：循环回路短，循循环回路短，循环中的滚珠数目少环中的滚珠数目少环中的滚珠数目少环中的滚珠数目少，因此磨损小，滚珠流因此磨损小，滚珠流畅性好，效率高，零畅性好，效率高，零件少件少，装配简单装配简单，但但件少件少，装配简单装配简单，但但零件加工复杂。零件加工复杂。外循环结构外循环结构外循环根据循环通道不外循环根据循环通道不同，有三种：同，有三种：螺旋槽式螺旋槽式：螺旋槽式螺旋槽式：在螺母上有曲线槽在螺母上有曲线槽插管式插管式：用弯管用弯管用弯管用弯管端端盖盖式式：端式端式在螺母上有一带盖的通孔在螺母上有一带盖的通孔外循环结构外循环结构外循环结构外循环结构特点：特点：三种形式的结构便于安装，其中三种形式的结构便于安装，其中?螺旋螺旋槽式槽式挡挡珠珠器器：刚度差刚度差耐磨性差耐磨性差?螺旋螺旋槽式槽式挡挡珠珠器器：刚度差刚度差，耐磨性差耐磨性差?插管式：工艺性好，但螺母轴向尺寸长插管式：工艺性好，但螺母轴向尺寸长?端盖式：结构简单，工艺性好，摩擦阻力较大端盖式：结构简单，工艺性好，摩擦阻力较大三、滚道型面三、滚道型面滚道的几何形状对滚珠丝杠的负荷能力，摩擦特性及轴滚道的几何形状对滚珠丝杠的负荷能力，摩擦特性及轴间等有响间等有响向向间间隙隙等等都都有有影影响响。常用有常用有：常用有常用有：单圆弧单圆弧双圆弧双圆弧滚道型面滚道型面滚道型面滚道型面课堂作业课堂作业?1、设计一圆柱螺旋压缩弹簧。已知采用d=8 mm 的钢丝制造，D2=48 mm，该弹簧初始时为自由状态，将它压缩 40 mm 后，需要储能 25 J。(提示：切变模量 G=80000 MPamm 后，需要储能 25 J。(提示：切变模量 G80000 MPa；弹簧变形能计算公式：U=P/2；弹簧指数 C=6 时，对应的曲度系数 K=1.25)(1)求弹簧刚度；(1)求弹簧刚度；(2)若许用切应力为 400 MPa，问此弹簧的强度是否足够？(3)求有效圈数 n。课堂作业课堂作业?2、如图所示为一平带传动，已知两带轮直径分别为 150 和 400中心距为1000小轮为主动轮转速mm 和 400 mm，中心距为1000 mm，小轮为主动轮，转速为1460 r/min，传递功率为 5 kW，带与铸铁带轮间的摩擦系数 f=0.3。试求：(1)小轮包角；(2)带的几何长度；(3)不考虑带传动的弹性滑动时大轮的转速(3)不考虑带传动的弹性滑动时，大轮的转速；(4)滑动率 =0.015 时大轮的实际转速；(5)带的紧边、松边拉力；(6)此带传送所需的预拉力。(6)此带传送所需的预拉力。