第十一章第十一章 螺旋传动螺旋传动n 第一节第一节 概概 述述 螺旋副的用途及分类螺旋副的用途及分类 一、用途一、用途 螺旋传动是将旋转运动变换为直线螺旋传动是将旋转运动变换为直线运动的一种传动方式，由螺杆（或称丝运动的一种传动方式，由螺杆（或称丝杠）和螺母组成。杠）和螺母组成。 二、分类二、分类（1 1）传力螺旋传力螺旋（2 2）传导螺旋）传导螺旋（3 3）调整螺旋）调整螺旋 主要用于传递动力，如起重螺旋、轧钢机主要用于传递动力，如起重螺旋、轧钢机压下螺旋等压下螺旋等 。特点特点：通常要求具有自锁能力。通常要求具有自锁能力。 主要用于传递运动、如机床进给螺旋等。主要用于传递运动、如机床进给螺旋等。特点特点：传动精度较高，运转轻便灵活。：传动精度较高，运转轻便灵活。 主要用于调整、固定零件的相对位置，如主要用于调整、固定零件的相对位置，如机床夹具、仪器和等。机床夹具、仪器和等。特点特点：受力较小，微：受力较小，微量或快速地调整固定零件的相对位置。量或快速地调整固定零件的相对位置。 1 1、按用途分、按用途分2 2、按摩擦性质分类、按摩擦性质分类 （1 1）滑动螺旋）滑动螺旋 常用梯形和锯齿形螺旋副。常用梯形和锯齿形螺旋副。特点特点：结构简：结构简单、加工方便、易于自锁。但摩擦阻力大、传单、加工方便、易于自锁。但摩擦阻力大、传动效率低（通常为动效率低（通常为3060%3060%）、磨损快、传动精）、磨损快、传动精度低、且低速时有爬行现象。度低、且低速时有爬行现象。 二、分类二、分类2 2、按摩擦性质分类、按摩擦性质分类 二、分类二、分类（2 2）滚动螺旋滚动螺旋 将螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦。将螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦。特特点点:摩摩擦擦阻阻力力小小、传传动动效效率率高高（一一般般9090）、运转灵活、磨损小，但结构复杂、成本高。运转灵活、磨损小，但结构复杂、成本高。2 2、按摩擦性质分类、按摩擦性质分类 二、分类二、分类（3 3）静压螺旋静压螺旋 在螺旋副中注入压力油并形成压力油膜，使在螺旋副中注入压力油并形成压力油膜，使螺杆与螺母的螺纹牙表面分开。螺杆与螺母的螺纹牙表面分开。特点特点：摩擦阻力：摩擦阻力最小、传动效率高（可达最小、传动效率高（可达99%99%）、工作寿命长，）、工作寿命长，结构复杂，成本高。结构复杂，成本高。n第二节第二节 滑动螺旋传动的设计滑动螺旋传动的设计 一、滑动螺旋传动的设计计算一、滑动螺旋传动的设计计算 主要失效形式：主要失效形式：（1 1）主要受扭转和轴向载荷作用：螺纹磨损。）主要受扭转和轴向载荷作用：螺纹磨损。（2 2）传力较大的螺旋：塑性变形或断裂。传力较大的螺旋：塑性变形或断裂。 设计准则：按设计准则：按耐磨性计算耐磨性计算 设计准则：校核危险截面的强度和螺纹设计准则：校核危险截面的强度和螺纹牙的剪切、弯曲强度。牙的剪切、弯曲强度。 （3 3）自锁要求的螺旋：自锁要求的螺旋：校核其自锁性。校核其自锁性。（4 4）高速转动的细长螺杆：横向振动高速转动的细长螺杆：横向振动 设计准则：校核螺杆的临界转速。设计准则：校核螺杆的临界转速。 （5 5）精密传导螺旋：精密传导螺旋：校核螺杆的刚度。校核螺杆的刚度。 设计时，应根据螺旋传动的类型、设计时，应根据螺旋传动的类型、工作要求及失效形式等，选择不同的设工作要求及失效形式等，选择不同的设计方法。计方法。 设计方法设计方法（一）耐磨性计算（一）耐磨性计算 进行条件性的耐磨计算是限制螺纹工作面进行条件性的耐磨计算是限制螺纹工作面的压强的压强p不超过材料的许用压强不超过材料的许用压强p。 设计方法设计方法强度条件：强度条件：令系数令系数 =H/d2，由式（由式（111）可）可得得 ( (MPaMPa) ) (11-1)(11-1)30锯齿形螺纹矩形和梯形螺纹螺纹工作高度设计公式：设计公式：矩形、梯形螺纹矩形、梯形螺纹 (112) 锯齿形螺纹锯齿形螺纹 (11(113)3)一般一般值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。（二）螺杆的强度校核（二）螺杆的强度校核 对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求出危险截面的计算应力：理论求出危险截面的计算应力：(114)(114) （三）螺纹牙的强度校核（三）螺纹牙的强度校核（三）螺纹牙的强度校核（三）螺纹牙的强度校核 螺纹牙的剪切强度和弯曲强度校核式螺纹牙的剪切强度和弯曲强度校核式分别为分别为 : (115)(115) (11(116)6)如螺杆和螺母的材料相同时，则按螺杆计算。如螺杆和螺母的材料相同时，则按螺杆计算。 （四）螺旋副的自锁条件校核（四）螺旋副的自锁条件校核 有自锁性要求的螺旋副，螺纹升角有自锁性要求的螺旋副，螺纹升角y y应满足应满足 (117) (117) 由于摩擦系数由于摩擦系数f与螺旋副材料、表面加与螺旋副材料、表面加工、润滑情况、压强和温度等有关，为了工、润滑情况、压强和温度等有关，为了保证螺旋副的自锁，应使保证螺旋副的自锁，应使y y比比 v小小1 1 。 （五）螺杆的稳定性校核（五）螺杆的稳定性校核 螺杆受压时，稳定性校核应满足的条件：螺杆受压时，稳定性校核应满足的条件： 2.54 式中式中 F作用在螺杆上的轴向力（作用在螺杆上的轴向力（N）；）； Fc螺杆临界压力（螺杆临界压力（N），），见表见表112。 当式（当式（118）不能满足时，应适当增大螺杆）不能满足时，应适当增大螺杆小径小径d1。 （六）螺旋传动效率（六）螺旋传动效率 的计算的计算 滑动螺旋传递载荷时的传动效率为：滑动螺旋传递载荷时的传动效率为： (119)(119) 二、滑动螺旋传动的材料、二、滑动螺旋传动的材料、许用压强和许用应力许用压强和许用应力 螺杆的材料要有足够的强度和耐磨螺杆的材料要有足够的强度和耐磨性。螺母的材料除了要有足够的强度外，性。螺母的材料除了要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料相配合时摩擦系数还要求在与螺杆材料相配合时摩擦系数小和耐磨。小和耐磨。 螺母螺母：常用材料铸造青铜（如：常用材料铸造青铜（如ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5）；）；重重载低速用强度较高的铸造青铜（如载低速用强度较高的铸造青铜（如ZCuAl10Fe3）；）；重载调整螺旋用重载调整螺旋用35号号钢或球墨铸铁；轻载低速用耐磨铸铁或钢或球墨铸铁；轻载低速用耐磨铸铁或普通灰铸铁。普通灰铸铁。 螺螺杆杆：常常用用45、50号号中中碳碳钢钢，调调质质处处理理；重重要要螺螺杆杆可可用用T12、65Mn、40Cr等等钢钢；稳稳定定性性好好的的螺螺杆杆可可用用9Mn2V、CrWMn、38CrMoAlA等钢。等钢。n第三节第三节 其他螺旋传动简介其他螺旋传动简介一、滚动螺旋传动简介一、滚动螺旋传动简介 a)外循环式b)内循环式滚动螺旋传动结滚动螺旋传动结构构导路螺母滚珠螺杆反向器滚动螺旋传动的特点：滚动螺旋传动的特点： 传动效率高、起动力矩小、运转灵活、传动效率高、起动力矩小、运转灵活、工作平稳和寿命长。工作平稳和寿命长。 优点优点:缺点：缺点： 结构复杂、刚性和抗振性较差、不能自结构复杂、刚性和抗振性较差、不能自锁、需要防逆转装置。它在机床和汽车中应锁、需要防逆转装置。它在机床和汽车中应用较多。用较多。它在机床和汽车中应用较多。它在机床和汽车中应用较多。用途：用途：二、静压螺旋传动简介二、静压螺旋传动简介 静压螺旋传动的工作原理静压螺旋传动的工作原理 传动效率高、转动灵敏、刚性和抗振性传动效率高、转动灵敏、刚性和抗振性能较好，由于螺纹工作面无直接接触，故无能较好，由于螺纹工作面无直接接触，故无机械磨损，适于各种载荷、转速下工作。机械磨损，适于各种载荷、转速下工作。静压螺旋传动的特点静压螺旋传动的特点 优点：优点：缺点：缺点： 结构复杂，需要一套过滤精度高的压结构复杂，需要一套过滤精度高的压力供油装置，故成本高。力供油装置，故成本高。