機械設(shè)計基礎(chǔ)之螺旋傳動PowerScrew

1、機械設(shè)計（機械設(shè)計（）（零件）（零件）第十章 螺旋傳動第一項第二項第二項Power Screw1.螺旋傳動結(jié)構(gòu)、原理一、概述螺旋傳動特點：螺旋傳動特點：結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊，機械增益高機械增益高；傳動平穩(wěn)傳動平穩(wěn)、精度高；、精度高； 易于自鎖易于自鎖；磨擦磨損大，效率較低磨擦磨損大，效率較低工作原理：工作原理：通過螺紋結(jié)構(gòu)，將通過螺紋結(jié)構(gòu)，將回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為軸向直線運動軸向直線運動，同時傳遞能量和力；，同時傳遞能量和力；回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動直線運動；直線運動；轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩推（拉）力。推（拉）力。 螺母螺母螺桿螺桿第一項第二項第二項Power Screw2.螺旋傳動的應(yīng)用（應(yīng)用場合）二維數(shù)控臺原

2、理圖二維數(shù)控臺原理圖第一項第二項第二項Power Screw2.螺旋傳動的應(yīng)用螺旋千分尺螺旋測微器的精密螺紋的螺距是0.5mm，可動刻度有50個等分刻度，旋轉(zhuǎn)每個小分度，相當(dāng)于測微螺桿前進(jìn)或后退這0.5/50=0.01mm。所以以螺旋測微器可準(zhǔn)確到0.01mm。由于還能再估讀一位，可讀到毫米的千分位，故又名千分尺。第一項第二項第二項Power Screw螺旋千斤頂螺旋千斤頂?shù)谝豁椀诙椀诙桺ower Screw立式加工中心立式加工中心第一項第二項第二項Power Screw根據(jù)用途分類1、傳力螺旋、傳力螺旋 以傳遞動力為主，要求用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力。一般間歇工作，工作速度不高，而且

3、通常要求自鎖。2、傳導(dǎo)螺旋、傳導(dǎo)螺旋 以傳遞運動為主，常要求具有高的運動精度。一般在較長時間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度也較高。3、調(diào)整螺旋、調(diào)整螺旋 用以調(diào)整并固定零件或部件之間的相對位置。要求能自鎖。傳力螺紋傳力螺紋傳導(dǎo)螺紋傳導(dǎo)螺紋調(diào)整螺紋調(diào)整螺紋第一項第二項第二項Power Screw按運動形式不同，按運動形式不同，螺旋傳動分為螺旋傳動分為：螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動 -最常用的形式 如車床中的進(jìn)給螺旋，龍門刨床橫梁的升降裝置螺桿轉(zhuǎn)動并移動，螺母固定不動 -精度較高，結(jié)構(gòu)尺寸較大，如螺旋起重器，銑床工作臺升降機構(gòu)等螺母轉(zhuǎn)動，螺桿移動-結(jié)構(gòu)尺寸大且較復(fù)雜，如平面磨床的垂直進(jìn)給螺旋等螺母轉(zhuǎn)動并移動，螺桿固定

4、不動-精度較低，如搖臂鉆床橫臂的升降裝置及手動調(diào)整機構(gòu)等第一項第二項第二項Power Screw根據(jù)摩擦類型分類滑動摩擦螺旋優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、傳力較大、能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖要求，應(yīng)用廣泛。 梯形/鋸齒形螺紋。缺點：容易磨損、傳動效率低靜壓螺旋流體摩擦，傳動效率高90%p1p2Fa進(jìn)油h2節(jié)流器h1B回油螺旋面AC油腔Fr滾動摩擦螺旋效率高，可達(dá)99以上，傳動精度高，不自鎖，運動平穩(wěn)，壽命長，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，抗沖擊性能差，不宜傳遞大載荷。第一項第二項第二項Power Screw在螺旋和螺母之間設(shè)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?滾動摩擦組成：螺桿

5、、螺母、滾珠類型：外循環(huán)、內(nèi)循環(huán)（3-5圈）滾動摩擦螺旋第一項第二項第二項Power Screw三、螺旋傳動的運動關(guān)系螺母軸向位移：螺母軸向位移：2xS螺母軸向速度：螺母軸向速度：60nSv 一般螺旋：一般螺旋：差動螺旋：差動螺旋： （慢移）（慢移）1312()2xSS螺母軸向位移：螺母軸向位移：反向螺旋反向螺旋：（快移）：（快移）1312()2xSS螺母軸向位移：螺母軸向位移：右旋右旋導(dǎo)程導(dǎo)程 PA右旋右旋導(dǎo)程導(dǎo)程 PB單杠鋼索調(diào)整裝置單杠鋼索調(diào)整裝置第一項第二項第二項Power Screw螺桿的材料：螺桿的材料：需經(jīng)熱處理以達(dá)到高硬度。需經(jīng)熱處理以達(dá)到高硬度。一般選擇一般選擇中碳鋼中碳鋼，

6、要求有足夠的強度，常用，要求有足夠的強度，常用35、45號鋼號鋼;重要螺桿重要螺桿，則常用工具鋼，則常用工具鋼T10,T12或合金鋼或合金鋼65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等。等。螺母材料：螺母材料：除要有足夠的強度外，還要求在與螺桿配合時除要有足夠的強度外，還要求在與螺桿配合時摩擦系數(shù)小和耐磨摩擦系數(shù)小和耐磨。常用材料常用材料有鑄錫青銅有鑄錫青銅，如，如ZCuSn10Pb1, ZCuSn5Pb5Zn5重載低速使用強度較高的鑄鋁鐵青銅重載低速使用強度較高的鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3或鑄黃銅或鑄黃銅ZCuZn25Al6Fe3Mn3 。低速不重要的螺旋傳動也可用耐磨鑄鐵或灰鑄鐵。低

7、速不重要的螺旋傳動也可用耐磨鑄鐵或灰鑄鐵。螺旋副需求：強度高、耐磨性、低磨檫系數(shù)螺旋副需求：強度高、耐磨性、低磨檫系數(shù)材料的選?。翰牧系倪x?。旱谝豁椀诙椀诙桺ower Screw螺旋傳動的失效螺旋傳動的失效 螺旋傳動工作時，在承受轉(zhuǎn)矩T的同時，還承受軸向載荷Q。圖14-1分別示出了螺旋壓力機、螺紋起重器所受的載荷圖。 螺旋傳動的主要失效形式是螺紋磨損螺紋磨損（它與材料、潤滑和工作表面的壓強有關(guān)），其他失效形式是螺紋牙折斷或剪斷螺紋牙折斷或剪斷，螺桿斷裂，螺桿斷裂，長螺桿受壓失穩(wěn)等長螺桿受壓失穩(wěn)等。第一項第二項第二項Power Screw四、滑動螺旋的設(shè)計計算 滑動螺旋中螺母磨損是最主要的一

8、種失效形式最主要的一種失效形式，會引起傳動精度下降，空間大，并使強度下降。（反向間隙） 磨損的影響因素磨損的影響因素：工作面的壓強，螺紋表面質(zhì)量，滑動速度和潤滑狀態(tài) 所以耐磨性計算主要限制螺紋工作面上壓強P要求小于材料的許用比壓。當(dāng)速度相同時，壓強大，磨損量大潤滑油不被擠出，易形成油膜潤滑1.耐磨性計算第一項第二項第二項Power Screw假想螺紋牙可以展成一長條，設(shè)螺旋的軸向載荷為假想螺紋牙可以展成一長條，設(shè)螺旋的軸向載荷為F，螺母旋合螺母旋合高度為高度為H、螺距為螺距為p，螺紋旋合圈數(shù)為螺紋旋合圈數(shù)為Z=H/p、螺紋工作高度為螺紋工作高度為h、承壓面積為承壓面積為A，螺紋工作面上的壓強為

9、螺紋工作面上的壓強為 ps。則螺紋的耐磨性條件為：則螺紋的耐磨性條件為：22phHdFphZdFAFpsMPa若按耐磨性條件設(shè)計螺紋中徑若按耐磨性條件設(shè)計螺紋中徑d2時，可引用系數(shù)時，可引用系數(shù)2dH以消去以消去H校核耐磨性校核耐磨性第一項第二項第二項Power Screw2phFpd8 . 02pFd對于鋸齒形螺紋，對于鋸齒形螺紋，h=0.75p, 則則65. 02pFd對于矩形和梯形螺紋，對于矩形和梯形螺紋，h=0.5p（螺紋工作（螺紋工作高度高度/螺距）螺距）, 則則設(shè)計公式設(shè)計公式第一項第二項第二項Power Screw系數(shù)系數(shù) 的值（螺母高度的值（螺母高度/螺紋中徑）：螺紋中徑）：可

10、根據(jù)螺母結(jié)構(gòu)選定，可根據(jù)螺母結(jié)構(gòu)選定，整體式螺母，磨損后間隙不能調(diào)整，取整體式螺母，磨損后間隙不能調(diào)整，取 =1.22.5;剖分式螺母剖分式螺母: =2.53.5;對于傳動精度較高時對于傳動精度較高時,允許允許 =4由于旋合各圈受力不均由于旋合各圈受力不均, 應(yīng)使應(yīng)使Z 10計算出計算出d2后后, 應(yīng)選為標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)選為標(biāo)準(zhǔn)值, 螺紋的其它參數(shù)根據(jù)螺紋的其它參數(shù)根據(jù)d2 按標(biāo)準(zhǔn)按標(biāo)準(zhǔn)選取。選取。第一項第二項第二項Power Screw2.螺紋牙強度計算螺紋牙根部危險剖面的彎曲強度條件為：剖面 -的剪切強度條件為：將螺母一圈螺紋沿螺紋大徑處展開，即可視為一懸壁梁，每圈螺紋承受的平均壓力F/z作用在中

11、徑d2的圓周上。 bZdFMPabbZbdFhbdhZF36222第一項第二項第二項Power Screw式中式中: d-螺母螺紋大徑，螺母螺紋大徑，mm h -螺紋牙的工作高度，螺紋牙的工作高度，mm b -螺紋牙根部厚度，螺紋牙根部厚度，mm 、 b-螺母材料的許用剪切應(yīng)力螺母材料的許用剪切應(yīng)力 和許用彎曲應(yīng)力，和許用彎曲應(yīng)力，MPa第一項第二項第二項Power Screw螺桿工作時同時受軸面壓力（拉力）Q與扭矩T的作用，截面受拉（壓）應(yīng)力與扭剪應(yīng)力的復(fù)合作用按彎扭復(fù)合強度條件計算第四強度理論 22223( )3() TQTAW3.螺桿強度計算)16(3)4(231221dTdF式中式中:

12、d1 -螺桿螺紋小徑螺桿螺紋小徑,mm -螺桿材料許用應(yīng)力螺桿材料許用應(yīng)力 F-螺桿所受軸向力螺桿所受軸向力, N T-螺桿所受扭矩螺桿所受扭矩, N.mm2)tan(2dFT第一項第二項第二項Power ScrewQc-螺桿穩(wěn)定的臨界載荷螺桿穩(wěn)定的臨界載荷Qc與螺桿材料及長徑比與螺桿材料及長徑比(柔度柔度) 有關(guān)有關(guān)14llid第一項第二項第二項Power Screw對于不淬火鋼螺桿對于不淬火鋼螺桿:當(dāng)當(dāng) 90 時時22)( lEIFc當(dāng)當(dāng) 90 時時400013. 01340212dFc對于對于 40的螺桿不用校核的螺桿不用校核當(dāng)當(dāng) 85 時時(歐拉公式歐拉公式) 22)( lEIFc對于

13、淬火鋼螺桿對于淬火鋼螺桿:當(dāng)當(dāng) 4 第一項第二項第二項Power Screw5 、螺紋副自鎖條件校核、螺紋副自鎖條件校核f arctan6、螺紋副傳力效率、螺紋副傳力效率tantanv當(dāng)軸向載荷與運動方向相反時，取當(dāng)軸向載荷與運動方向相反時，取+號號第一項第二項第二項Power Screw7 、螺旋傳動剛度計算、螺旋傳動剛度計算針對高精度螺旋傳動，如坐標(biāo)鏜床、齒輪磨床等針對高精度螺旋傳動，如坐標(biāo)鏜床、齒輪磨床等每個導(dǎo)程變形量每個導(dǎo)程變形量: d d=d dF+d dTd dF-軸向載荷使每個螺軸向載荷使每個螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生得變形量紋導(dǎo)程產(chǎn)生得變形量d dT-轉(zhuǎn)矩使每個螺紋轉(zhuǎn)矩使每個螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生得變形量導(dǎo)程產(chǎn)生得變形量單位長度變形量單位長度變形量: D D=d/ d/s8、臨界轉(zhuǎn)速剛度校核、臨界轉(zhuǎn)速剛度校核cr0.8nn針對高速旋轉(zhuǎn)螺旋針對高速旋轉(zhuǎn)螺旋螺桿計算長度；螺桿計算長度；螺桿螺紋小徑；螺桿螺紋小徑；長度系數(shù)長度系數(shù)第一項第二項第二項Power Screw(1) 在下列四種具有相同公稱直徑和螺距，并采用相同配對材料的傳動螺旋副中，傳動效率最高的是 C 。 A. 單線矩形螺旋副 B. 單線梯形螺旋副 C. 雙線矩形螺旋副 D. 雙線梯形螺旋副(2) 滑動螺旋傳動的失效形式多為 D 。螺桿壓潰 B. 螺紋牙折斷 C.