1、第九章第九章 螺旋传动螺旋传动第九章 螺旋传动参考文献参考文献v张策主编，张策主编，机械原理与机械设计机械原理与机械设计（下（下册），机械工业出版社，册），机械工业出版社，20042004v濮良贵主编，濮良贵主编，机械设计机械设计，高等教育出，高等教育出版社，版社，20062006v其他机械设计的相关书籍其他机械设计的相关书籍第九章 螺旋传动一、螺纹的形成一、螺纹的形成二、螺纹的种类二、螺纹的种类 1. 三角形螺纹三角形螺纹（ ） 2. 梯形螺纹梯形螺纹（ ） 3. 矩形螺纹矩形螺纹v左旋、右旋螺纹左旋、右旋螺纹v单头、多头螺纹单头、多头螺纹2tanhPd2第九章 螺旋传动1、在直径为、在直径
2、为d2的圆柱面上，绕以底边长为的圆柱面上，绕以底边长为 d2的的直角三角形直角三角形ABC，三角形的斜边，三角形的斜边AB在圆柱表面在圆柱表面上形成一条螺旋线。若将三角形、矩形和梯形的上形成一条螺旋线。若将三角形、矩形和梯形的平面图沿螺旋线移动，就形成各种类型的螺纹。平面图沿螺旋线移动，就形成各种类型的螺纹。2、三角形螺纹三角形螺纹牙型角牙型角2 60 。牙根厚，强度。牙根厚，强度高，对中性能好。当量摩擦角大，易自锁。同一高，对中性能好。当量摩擦角大，易自锁。同一公称直径分粗牙和细牙，粗牙用于一般联接，细公称直径分粗牙和细牙，粗牙用于一般联接，细牙螺纹螺距小，升角小，自锁性能好，多用于薄牙螺纹
3、螺距小，升角小，自锁性能好，多用于薄壁零件联接和测微装置；壁零件联接和测微装置； 梯形螺纹梯形螺纹牙型角牙型角2 30 ，牙根强度高，对，牙根强度高，对中性好，用剖分螺母可调整间隙，多用于传动和中性好，用剖分螺母可调整间隙，多用于传动和传力螺旋；传力螺旋； 矩形螺纹矩形螺纹牙型为正方形，牙型角为牙型为正方形，牙型角为0 。传动。传动效率高，牙根强度低，加工困难，对中性差。常效率高，牙根强度低，加工困难，对中性差。常用于力传动。用于力传动。第九章 螺旋传动v大径大径d螺纹的最大直径，公称直径（螺纹的规螺纹的最大直径，公称直径（螺纹的规格）。格）。v小径小径d1螺纹的最小直径，强度计算时常作为螺杆
4、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。危险剖面的计算直径。v中径中径d2螺纹轴向剖面内牙厚与牙间相等处的一假螺纹轴向剖面内牙厚与牙间相等处的一假想圆柱面直径，近似等于螺纹平均直径想圆柱面直径，近似等于螺纹平均直径 。螺纹受。螺纹受力分析时以中径为准，也是确定螺纹几何参数和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。配合性质的直径。v螺距螺距P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。v升距升距Ph同一根螺旋线上相邻两个牙上对应点间的同一根螺旋线上相邻两个牙上对应点间的轴向距离。轴向距离。v升角升角 螺旋线展开后中径处与垂直于轴线平面
5、的螺旋线展开后中径处与垂直于轴线平面的夹角。夹角。v牙型角牙型角2 螺纹轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹螺纹轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角。角。第九章 螺旋传动三头螺纹（图中仅画出两条）三头螺纹（图中仅画出两条）第九章 螺旋传动1 1）三角形螺纹（普通螺）三角形螺纹（普通螺纹）纹） 牙型角为牙型角为6060 ，可，可以分为粗牙和细牙，粗以分为粗牙和细牙，粗牙用于一般联接；与粗牙用于一般联接；与粗牙螺纹相比，细牙由于牙螺纹相比，细牙由于在相同公称直径时，螺在相同公称直径时，螺距小，螺纹深度浅，导距小，螺纹深度浅，导程和升角也小，自锁性程和升角也小，自锁性能好，宜用于薄壁零件能好，宜用于薄壁零件和微调
6、装置。和微调装置。 第九章 螺旋传动2 2）梯形螺纹）梯形螺纹 牙型角为牙型角为3030，是应用最为广泛的传动螺纹。，是应用最为广泛的传动螺纹。第九章 螺旋传动3 3）矩形螺纹）矩形螺纹 牙型角为牙型角为0 0，适于作传动螺纹。，适于作传动螺纹。第九章 螺旋传动4 4）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 3和和3030，3 3的一侧用来承受的一侧用来承受载荷载荷, ,可得到较高效率；可得到较高效率；3030一侧用来增加牙根强一侧用来增加牙根强度度, ,适用于单向受载的传动螺纹。适用于单向受载的传动螺纹。第九章 螺旋传动v螺旋传动螺旋传动22hPzPl式中式中 l 螺杆（
7、或螺母）的位移。螺杆（或螺母）的位移。 螺杆和螺母间的相对转角。螺杆和螺母间的相对转角。 Ph 螺纹导程螺纹导程第九章 螺旋传动v螺旋传动分类螺旋传动分类按螺旋传动在精密机械中的作用分为按螺旋传动在精密机械中的作用分为1 1）示数螺旋）示数螺旋 精度高，空回小。精度高，空回小。2 2）传力螺旋）传力螺旋 强度高强度高3 3）一般螺旋传动）一般螺旋传动 仅传递运动，无特殊要求。仅传递运动，无特殊要求。按其接触面间摩擦的性质分为按其接触面间摩擦的性质分为1 1）滑动螺旋传动）滑动螺旋传动2 2）滚动螺旋传动。）滚动螺旋传动。3 3）静压螺旋传动。）静压螺旋传动。第九章 螺旋传动一、滑动螺旋传动的特
8、点：一、滑动螺旋传动的特点：1 1）降速传动比大。）降速传动比大。2 2）具有增力作用。）具有增力作用。3 3）传动平稳，无噪音。）传动平稳，无噪音。 4 4）能自锁。）能自锁。5 5）效率低，磨损快。）效率低，磨损快。第九章 螺旋传动二、滑动螺旋传动的形式二、滑动螺旋传动的形式1 1）螺母固定，螺杆旋转并移动。）螺母固定，螺杆旋转并移动。 螺母轴向固定但旋转，螺杆轴向移动。螺母轴向固定但旋转，螺杆轴向移动。2 2）螺杆固定，螺母旋转并移动。）螺杆固定，螺母旋转并移动。 螺杆轴向固定但旋转，螺母移动。螺杆轴向固定但旋转，螺母移动。v螺杆移动，轴向空间螺杆移动，轴向空间2 2倍工作行程螺母厚度倍
9、工作行程螺母厚度v螺母移动，轴向空间工作行程螺母厚度螺母移动，轴向空间工作行程螺母厚度3 3）其它）其它 差动螺旋差动螺旋 12()2hhlPP图9-4第九章 螺旋传动三、滑动螺旋传动的计算三、滑动螺旋传动的计算 滑动螺旋传动的主要失效形式滑动螺旋传动的主要失效形式 螺纹磨损，螺杆变形，螺杆或螺纹牙的断裂。螺纹磨损，螺杆变形，螺杆或螺纹牙的断裂。 滑动螺旋传动的计算内容滑动螺旋传动的计算内容v耐磨性计算耐磨性计算v刚度计算刚度计算v稳定性计算稳定性计算v强度计算强度计算 v驱动力矩、效率和自锁计算驱动力矩、效率和自锁计算（有时）（有时） phHdPFpa22arctandPh第九章 螺旋传动四
10、、滑动螺旋传动的设计原则四、滑动螺旋传动的设计原则 传动形式的选择传动形式的选择 参见前述滑动螺旋传动形式参见前述滑动螺旋传动形式 螺纹类型的确定螺纹类型的确定示数螺旋传动示数螺旋传动传力螺旋传动传力螺旋传动第九章 螺旋传动 螺旋副材料的确定螺旋副材料的确定 螺杆成本高，对精度影响大，故螺杆硬，螺母软。螺杆成本高，对精度影响大，故螺杆硬，螺母软。v螺杆：强度高、耐磨性好、工艺性好。螺杆：强度高、耐磨性好、工艺性好。 如：如：Q235、Y40Mn、45、50、 65Mn、40Cr、9Mn2V、38CrMoAlA、GCr15等。等。v 螺母：耐磨性、减摩性好。如：铸铁、青铜螺母：耐磨性、减摩性好。
11、如：铸铁、青铜 主要参数的确定主要参数的确定包括：螺杆直径和长度、牙型、螺距、头数、螺包括：螺杆直径和长度、牙型、螺距、头数、螺母厚度等。母厚度等。 一般传动类比法，重要传动计算法。一般传动类比法，重要传动计算法。第九章 螺旋传动 螺旋副零件与滑板联结结构的确定螺旋副零件与滑板联结结构的确定 刚性联接结构刚性联接结构 结构简单，联结刚度大，多用于受力较大的传动结构简单，联结刚度大，多用于受力较大的传动中。螺旋副位移方向与滑板运动方向间易发生干涉。中。螺旋副位移方向与滑板运动方向间易发生干涉。图9-6第九章 螺旋传动 螺旋副零件与滑板联结结构的确定螺旋副零件与滑板联结结构的确定 弹性联接结构弹性
12、联接结构 适用于受力较小的精密螺旋传动。适用于受力较小的精密螺旋传动。图9-3第九章 螺旋传动 螺旋副零件与滑板联结结构的确定螺旋副零件与滑板联结结构的确定 活动联接结构活动联接结构 彻底排除螺旋副与滑板运动方向间的干涉，需要彻底排除螺旋副与滑板运动方向间的干涉，需要封闭力封闭力F。图9-7恢复力恢复力F（一般为弹簧力）使联接部分保持经常接触。当（一般为弹簧力）使联接部分保持经常接触。当滑板滑板1的运动方向与螺杆的运动方向与螺杆2的轴线不平行时，通过螺杆端部的轴线不平行时，通过螺杆端部的球面与滑板在接触处自由滑动（图的球面与滑板在接触处自由滑动（图9-7a），或中间杆），或中间杆3自自由偏斜（
13、图由偏斜（图9-7b），可以避免螺旋副中产生过大的应力。），可以避免螺旋副中产生过大的应力。 第九章 螺旋传动第九章 螺旋传动第九章 螺旋传动 螺纹公差螺纹公差 普通螺纹普通螺纹 公差公差（GB/T 197GB/T 19720032003） 普通螺纹的公差制结构普通螺纹的公差制结构公差带大小公差带大小螺纹精度螺纹精度公差带公差带旋合长度旋合长度公差等级公差等级基本偏差基本偏差公差带位置公差带位置中径中径 和螺纹同轴的假想圆柱体，该圆柱的母线通和螺纹同轴的假想圆柱体，该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。单一中径单一中径 和螺纹同轴的假想圆柱体，该圆柱
14、的母和螺纹同轴的假想圆柱体，该圆柱的母线通过牙型上沟槽宽度等于基本螺距一半的地方。线通过牙型上沟槽宽度等于基本螺距一半的地方。作用中径作用中径 在规定的旋合长度内正好包络实际螺纹在规定的旋合长度内正好包络实际螺纹的一个假想螺纹的中径。的一个假想螺纹的中径。第九章 螺旋传动例：例：M20 X 2 左左6H/5g6gS旋合长度旋合长度外螺纹顶径公差带外螺纹顶径公差带外螺纹中径公差带外螺纹中径公差带内螺纹中径和顶径公差带内螺纹中径和顶径公差带左旋左旋螺距螺距公称直径公称直径牙型代号牙型代号v直径直径10mm，螺距，螺距1.5mm，中径顶径公差带为，中径顶径公差带为6H的的内螺纹内螺纹：M106Hv
15、直径直径10mm，螺距，螺距1mm， 中径顶径公差带为中径顶径公差带为6g的的外螺纹外螺纹：M1016g螺纹副螺纹副第九章 螺旋传动五、影响螺旋传动精度的因素及改进措施五、影响螺旋传动精度的因素及改进措施 螺纹参数误差螺纹参数误差 螺距误差螺距误差v单个螺距误差单个螺距误差 螺纹全长上，任意单个实际螺螺纹全长上，任意单个实际螺距对基本螺距的偏差的最大代数差。距对基本螺距的偏差的最大代数差。v螺距累积误差螺距累积误差 规定的螺纹长度内，任意两同规定的螺纹长度内，任意两同侧螺纹面间实际距离对公称尺寸的偏差的最大代侧螺纹面间实际距离对公称尺寸的偏差的最大代数差。数差。注意：螺母的螺距累积误差对传动精
16、度没有影响。注意：螺母的螺距累积误差对传动精度没有影响。它的单个螺距误差也只有当螺杆也有单个螺距误它的单个螺距误差也只有当螺杆也有单个螺距误差时才会引起传动误差。差时才会引起传动误差。因此在精密螺旋传动中，因此在精密螺旋传动中，对螺杆的精度比对螺母的精度要求高一些。对螺杆的精度比对螺母的精度要求高一些。 第九章 螺旋传动 螺纹参数误差螺纹参数误差 中径误差中径误差 螺旋副中，大径、小径并无相对接触，中径是配螺旋副中，大径、小径并无相对接触，中径是配合尺寸，因此要控制中径变动量。合尺寸，因此要控制中径变动量。 牙型半角误差牙型半角误差 螺纹牙型半角可能偏螺纹牙型半角可能偏离标准值。但是，如果离标
17、准值。但是，如果采用一把刀，一次装卡，采用一把刀，一次装卡，牙型半角误差在螺纹全牙型半角误差在螺纹全长上一般变化不大。长上一般变化不大。图9-8第九章 螺旋传动 螺杆轴向窜动误差螺杆轴向窜动误差 偏斜误差偏斜误差 温度误差温度误差图9-9图9-10maxmintanD212ll twllt 22212sin2cos1lllxll第九章 螺旋传动v提高精度的方法提高精度的方法 螺距误差校正装置螺距误差校正装置图9-11tanxyR第九章 螺旋传动六、消除螺旋传动空回的方法六、消除螺旋传动空回的方法 空回空回螺杆旋转方向改变，在螺杆转动某一角度螺杆旋转方向改变，在螺杆转动某一角度后，螺母才产生反向
18、运动。后，螺母才产生反向运动。原因是螺杆、螺母传动原因是螺杆、螺母传动副存在间隙。副存在间隙。 利用单向作用力利用单向作用力图9-2第九章 螺旋传动 利用调整螺母利用调整螺母 径向调整法径向调整法 利用不同结构，使螺母产生径向收缩，以减小传利用不同结构，使螺母产生径向收缩，以减小传动副间隙。动副间隙。图9-13第九章 螺旋传动 轴向调整法轴向调整法 利用双螺母轴向预紧消除传动副间隙。利用双螺母轴向预紧消除传动副间隙。 塑料螺母塑料螺母图9-14图9-15第九章 螺旋传动小结：小结： 人为强迫螺母（或螺母的螺纹）变形，形人为强迫螺母（或螺母的螺纹）变形，形成非标准、与螺杆自适应螺纹，达到消除间隙
19、，成非标准、与螺杆自适应螺纹，达到消除间隙，从而消除空回的目的。从而消除空回的目的。 以上结构表明，在无间隙的条件下，螺母以上结构表明，在无间隙的条件下，螺母精度不影响螺旋传动精度。精度不影响螺旋传动精度。第九章 螺旋传动 螺杆、螺母、滚珠、滚珠循环返回装置螺杆、螺母、滚珠、滚珠循环返回装置一、滚珠螺旋传动的特点：一、滚珠螺旋传动的特点： 除螺旋传动的一般特点外，尚有如下特点：除螺旋传动的一般特点外，尚有如下特点：1）传动效率高，启动力矩小。）传动效率高，启动力矩小。2）传动精度高。）传动精度高。3）具有传动的可逆性，）具有传动的可逆性，不能自锁不能自锁。4）寿命长，维护简单。）寿命长，维护简
20、单。5）制造工艺复杂，成本高。）制造工艺复杂，成本高。第九章 螺旋传动第九章 螺旋传动第九章 螺旋传动二、滚珠螺旋传动的结构与类型二、滚珠螺旋传动的结构与类型 螺纹滚道法向截型螺纹滚道法向截型v 单圆弧型单圆弧型 工艺简单，运行特性不够稳定。工艺简单，运行特性不够稳定。单圆弧型单圆弧型双圆弧型双圆弧型接触角v双圆弧型双圆弧型 工艺难度大，有利润滑，运行特性稳定。工艺难度大，有利润滑，运行特性稳定。图9-17第九章 螺旋传动内循环式内循环式 滚珠循环方式滚珠循环方式v 内循环式内循环式 流畅性好，径向尺寸小，反向器加工流畅性好，径向尺寸小，反向器加工复杂。复杂。v 外循环式外循环式 工艺性好，径
21、向尺寸大。工艺性好，径向尺寸大。外循环式外循环式图9-18图9-19螺旋槽式图9-20 插管式图9-21端盖式第九章 螺旋传动螺纹调隙式螺纹调隙式齿差调隙式齿差调隙式垫片调隙式垫片调隙式 消除轴向间隙的调整预紧方法消除轴向间隙的调整预紧方法 基本方式为采用双螺母，调整双螺母轴向距基本方式为采用双螺母，调整双螺母轴向距离实现预紧，消除空回间隙。离实现预紧，消除空回间隙。图9-22第九章 螺旋传动三、滚珠螺旋副的精度、代号和标记三、滚珠螺旋副的精度、代号和标记 滚珠螺旋副的精度滚珠螺旋副的精度 螺母的行程误差和空回误差。螺母的行程误差和空回误差。 滚珠螺旋副的代号和标记方法滚珠螺旋副的代号和标记方法类型（类型（P P或或T T）公称导程公称导程结构特征结构特征循环方式循环方式旋向，右旋省略旋向，右旋省略例：例： C D M 50 10 3P 3精度等级精度等级负荷钢珠圈数负荷钢珠圈数公称直径公称直径预紧方式预紧方式图9-23图9-24图9-25
