《機械設(shè)計（Ⅲ）（零件）》第十章螺旋傳動《機械設(shè)計（Ⅲ）（零件）》第十章螺旋傳動1.螺旋傳動結(jié)構(gòu)、原理一、概述螺旋傳動特點：結(jié)構(gòu)緊湊，機械增益高；傳動平穩(wěn)、精度高；

易于自鎖；磨擦磨損大，效率較低工作原理：通過螺紋結(jié)構(gòu)，將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為軸向直線運動，同時傳遞能量和力；回轉(zhuǎn)運動←→直線運動；轉(zhuǎn)矩←→推（拉）力。

螺母螺桿1.螺旋傳動結(jié)構(gòu)、原理一、概述螺旋傳動特點：工作原理：螺母螺2.螺旋傳動的應(yīng)用（應(yīng)用場合）二維數(shù)控臺原理圖2.螺旋傳動的應(yīng)用（應(yīng)用場合）二維數(shù)控臺原理圖2.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，相當于測微螺桿前進或后退這0.5/50=0.01mm。所以以螺旋測微器可準確到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。2.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.螺旋千斤頂螺旋千斤頂立式加工中心立式加工中心根據(jù)用途分類1、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，而且通常要求自鎖。2、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

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。傳力螺紋傳導(dǎo)螺紋調(diào)整螺紋根據(jù)用途分類1、傳力螺旋2、傳導(dǎo)螺旋3、調(diào)整螺旋

按運動形式不同，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給螺旋等螺母轉(zhuǎn)動并移動，螺桿固定不動---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)等按運動形式不同，螺旋傳動分為：螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動---最常根據(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%滾動摩擦螺旋效率高，可達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。根據(jù)摩擦類型分類滑動摩擦螺旋滾動摩擦螺旋效率高，可達99％以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。滑動摩擦滾動摩擦組成：螺桿、螺母、滾珠類型：外循環(huán)、內(nèi)循環(huán)（3-5圈）滾動摩擦螺旋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，這樣就使螺三、螺旋傳動的運動關(guān)系螺母軸向位移：螺母軸向速度：一般螺旋：差動螺旋：（慢移）螺母軸向位移：反向螺旋：（快移）螺母軸向位移：右旋導(dǎo)程PA右旋導(dǎo)程PB單杠鋼索調(diào)整裝置三、螺旋傳動的運動關(guān)系螺母軸向位移：螺母軸向速度：一般螺旋：螺桿的材料：需經(jīng)熱處理以達到高硬度。一般選擇中碳鋼，要求有足夠的強度，常用35、45號鋼;重要螺桿，則常用工具鋼T10,T12或合金鋼65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等。螺母材料：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。常用材料有鑄錫青銅，如ZCuSn10Pb1,ZCuSn5Pb5Zn5重載低速使用強度較高的鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3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。螺旋副需求：強度高、耐磨性、低磨檫系數(shù)材料的選取：螺桿的材料：需經(jīng)熱處理以達到高硬度。螺母材料：低速不重要的螺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（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，螺桿斷裂，長螺桿受壓失穩(wěn)等。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：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。①當速度相同時，壓強大，磨損量大②潤滑油不被擠出，易形成油膜潤滑1.耐磨性計算四、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，螺母旋合高度為H、螺距為p，螺紋旋合圈數(shù)為Z=H/p、螺紋工作高度為h、承壓面積為A，螺紋工作面上的壓強為ps。則螺紋的耐磨性條件為：MPa若按耐磨性條件設(shè)計螺紋中徑d2時，可引用系數(shù)以消去H校核耐磨性假想螺紋牙可以展成一長條，設(shè)螺旋的軸向載荷為F，螺母旋合高度對于鋸齒形螺紋，h=0.75p,則對于矩形和梯形螺紋，h=0.5p（螺紋工作高度/螺距）,則設(shè)計公式對于鋸齒形螺紋，h=0.75p,則對于矩形和梯形螺紋，h=系數(shù)的值（螺母高度/螺紋中徑）：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=1.2~2.5;剖分式螺母:=2.5~3.5;對于傳動精度較高時,允許=4由于旋合各圈受力不均,應(yīng)使Z10計算出d2后,應(yīng)選為標準值,螺紋的其它參數(shù)根據(jù)d2

按標準選取。系數(shù)的值（螺母高度/螺紋中徑）：由于旋合各圈受力不均,應(yīng)2.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α-α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作用在中徑d2的圓周上。

MPa2.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α式中:

d′--螺母螺紋大徑，mm

h--螺紋牙的工作高度，mm

b--螺紋牙根部厚度，mm[]、[]b--螺母材料的許用剪切應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力，MPa式中:d′--螺母螺紋大徑，mm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

3.螺桿強度計算式中:d1--螺桿螺紋小徑,mm[]--螺桿材料許用應(yīng)力

F--螺桿所受軸向力,N

T--螺桿所受扭矩,N.mm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（Qc--螺桿穩(wěn)定的臨界載荷Qc與螺桿材料及長徑比(柔度)有關(guān)Qc--螺桿穩(wěn)定的臨界載荷對于不淬火鋼螺桿:當>90時當<90時對于<40的螺桿不用校核當λ≥85時(歐拉公式)

對于淬火鋼螺桿:當<85時QCQCQCQC對于不淬火鋼螺桿:當>90時當<90時對于<44.壓桿穩(wěn)定性計算當螺桿較細長且受較大軸向壓力時，可能會雙向彎曲而失效，螺桿相當于細桿，螺桿所承受的軸向壓力Q小于其臨界壓力QcnS——螺桿穩(wěn)定許用安全系數(shù)①傳導(dǎo)螺旋nS=2.5~4.0；②傳力螺旋nS=3.5~5.0；③精密螺桿或水平螺桿nS>4

4.壓桿穩(wěn)定性計算當螺桿較細長且受較大軸向壓力時，可能會雙向5、螺紋副自鎖條件校核6、螺紋副傳力效率當軸向載荷與運動方向相反時，取+號5、螺紋副自鎖條件校核6、螺紋副傳力效率當軸向載荷與運動方7、螺旋傳動剛度計算針對高精度螺旋傳動，如坐標鏜床、齒輪磨床等每個導(dǎo)程變形量:d=dF+dTdF----軸向載荷使每個螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生得變形量dT----轉(zhuǎn)矩使每個螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生得變形量單位長度變形量:D=d/s8、臨界轉(zhuǎn)速剛度校核針對高速旋轉(zhuǎn)螺旋螺桿計算長度；螺桿螺紋小徑；長度系數(shù)7、螺旋傳動剛度計算針對高精度螺旋傳動，如坐標鏜床、齒輪磨(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.螺紋牙剪斷D.螺紋磨損(3)A一般需要有較高的運動速度和傳動效率，因此應(yīng)采用多線螺紋。A.傳導(dǎo)螺旋B.傳力螺旋C.調(diào)整螺旋D.A、B、C三者(4)傳動用螺紋(如梯形螺紋)的牙型斜角(牙側(cè)角)比連接用螺紋(如三角形螺紋)的牙型斜角(牙側(cè)角)小，這主要是為了提高傳動效率

。(5)滑動螺旋傳動的主要失效形式是螺紋磨損。(T)(6)滑動螺旋傳動中螺桿螺紋牙易發(fā)生剪切和擠壓破壞，應(yīng)校核螺桿螺紋牙的強度。(F)(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《機械設(shè)計（Ⅲ）（零件）》第十章螺旋傳動《機械設(shè)計（Ⅲ）（零件）》第十章螺旋傳動1.螺旋傳動結(jié)構(gòu)、原理一、概述螺旋傳動特點：結(jié)構(gòu)緊湊，機械增益高；傳動平穩(wěn)、精度高；

易于自鎖；磨擦磨損大，效率較低工作原理：通過螺紋結(jié)構(gòu)，將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為軸向直線運動，同時傳遞能量和力；回轉(zhuǎn)運動←→直線運動；轉(zhuǎn)矩←→推（拉）力。

螺母螺桿1.螺旋傳動結(jié)構(gòu)、原理一、概述螺旋傳動特點：工作原理：螺母螺2.螺旋傳動的應(yīng)用（應(yīng)用場合）二維數(shù)控臺原理圖2.螺旋傳動的應(yīng)用（應(yīng)用場合）二維數(shù)控臺原理圖2.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，相當于測微螺桿前進或后退這0.5/50=0.01mm。所以以螺旋測微器可準確到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。2.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.螺旋千斤頂螺旋千斤頂立式加工中心立式加工中心根據(jù)用途分類1、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，而且通常要求自鎖。2、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

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。傳力螺紋傳導(dǎo)螺紋調(diào)整螺紋根據(jù)用途分類1、傳力螺旋2、傳導(dǎo)螺旋3、調(diào)整螺旋

按運動形式不同，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給螺旋等螺母轉(zhuǎn)動并移動，螺桿固定不動---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)等按運動形式不同，螺旋傳動分為：螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動---最常根據(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%滾動摩擦螺旋效率高，可達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。根據(jù)摩擦類型分類滑動摩擦螺旋滾動摩擦螺旋效率高，可達99％以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。滑動摩擦滾動摩擦組成：螺桿、螺母、滾珠類型：外循環(huán)、內(nèi)循環(huán)（3-5圈）滾動摩擦螺旋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，這樣就使螺三、螺旋傳動的運動關(guān)系螺母軸向位移：螺母軸向速度：一般螺旋：差動螺旋：（慢移）螺母軸向位移：反向螺旋：（快移）螺母軸向位移：右旋導(dǎo)程PA右旋導(dǎo)程PB單杠鋼索調(diào)整裝置三、螺旋傳動的運動關(guān)系螺母軸向位移：螺母軸向速度：一般螺旋：螺桿的材料：需經(jīng)熱處理以達到高硬度。一般選擇中碳鋼，要求有足夠的強度，常用35、45號鋼;重要螺桿，則常用工具鋼T10,T12或合金鋼65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等。螺母材料：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。常用材料有鑄錫青銅，如ZCuSn10Pb1,ZCuSn5Pb5Zn5重載低速使用強度較高的鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3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。螺旋副需求：強度高、耐磨性、低磨檫系數(shù)材料的選取：螺桿的材料：需經(jīng)熱處理以達到高硬度。螺母材料：低速不重要的螺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（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，螺桿斷裂，長螺桿受壓失穩(wěn)等。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：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。①當速度相同時，壓強大，磨損量大②潤滑油不被擠出，易形成油膜潤滑1.耐磨性計算四、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，螺母旋合高度為H、螺距為p，螺紋旋合圈數(shù)為Z=H/p、螺紋工作高度為h、承壓面積為A，螺紋工作面上的壓強為ps。則螺紋的耐磨性條件為：MPa若按耐磨性條件設(shè)計螺紋中徑d2時，可引用系數(shù)以消去H校核耐磨性假想螺紋牙可以展成一長條，設(shè)螺旋的軸向載荷為F，螺母旋合高度對于鋸齒形螺紋，h=0.75p,則對于矩形和梯形螺紋，h=0.5p（螺紋工作高度/螺距）,則設(shè)計公式對于鋸齒形螺紋，h=0.75p,則對于矩形和梯形螺紋，h=系數(shù)的值（螺母高度/螺紋中徑）：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=1.2~2.5;剖分式螺母:=2.5~3.5;對于傳動精度較高時,允許=4由于旋合各圈受力不均,應(yīng)使Z10計算出d2后,應(yīng)選為標準值,螺紋的其它參數(shù)根據(jù)d2

按標準選取。系數(shù)的值（螺母高度/螺紋中徑）：由于旋合各圈受力不均,應(yīng)2.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α-α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作用在中徑d2的圓周上。

MPa2.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α式中:

d′--螺母螺紋大徑，mm

h--螺紋牙的工作高度，mm

b--螺紋牙根部厚度，mm[]、[]b--螺母材料的許用剪切應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力，MPa式中:d′--螺母螺紋大徑，mm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

3.螺桿強度計算式中:d1--螺桿螺紋小徑,mm[]--螺桿材料許用應(yīng)力

F--螺桿所受軸向力,N

T--螺桿所受扭矩,N.mm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（Qc--螺桿穩(wěn)定的臨界載荷Qc與螺桿材料及長徑比(柔度)有關(guān)Qc--螺桿穩(wěn)定的臨界載荷對于不淬火鋼螺桿:當>90時當<90時對于<40的螺桿不用校核當λ≥85時(歐拉公式)

對于淬火鋼螺桿:當<85時QCQCQCQC對于不淬火鋼螺桿:當>90時當<90時對于<44.壓桿穩(wěn)定性計算當螺桿較細長且受較大軸向壓力時，可能會雙向彎曲而失效，螺桿相當于細桿，螺桿所承受的軸向壓力Q小于其臨界壓力QcnS——螺桿穩(wěn)定許用安全系數(shù)①傳導(dǎo)螺旋nS=2.5~4.0；②傳力螺旋nS=3.5~5.0；③精密螺桿或水平螺桿nS>4