第十六章    螺旋传动 第一节    螺旋传动的应用和分类第二节   滑动螺旋传动第三节滚动螺旋传动文献阅读指南思考题和习题  第一节  螺旋传动的应用和分类                                                              螺旋传动的应用和分类 学习要求：     对螺旋传动的类型及应用有一个概括的了解。           螺旋传动是利用螺纹副来传递运动和动力的，其 主要功能是将回转运动变为直线运动，同时传递动 力。   螺旋传动按其用途可以分为以下三类： ⒈　传力螺旋 ⒉　导螺旋传 ⒊　调整螺旋                                                              螺旋传动的应用和分类 传力螺旋：      所谓传力螺旋是指以传递力为主螺旋传动。如图 16-1a的千斤顶、图16-1b的压力机。这种螺旋主要承 受很大的轴向力，一般为间歇工作，每次工作时间较 短，工作速度也不高，并具有自锁能力。 传导螺旋：     以传递运动为主，并要求有较高的传动精度，有 时也承受较大的轴向力的螺旋为传导螺旋。如图16- 1c的金属切削机床的进给螺旋。传导螺旋常在较长的 时间内连续工作，工作速度较高。                                                             螺旋传动的应用和分类           16-1 第二节     滑动螺旋传动             滑动螺旋传动 学习要求     掌握滑动螺旋传动的失效形式和滑动螺旋传动的 设计计算方法。      本节阐述了滑动螺旋传动的设计计算，由于其工 作条件及对传动要求的不同，失效形式也不同，因此 要选择不同的设计准则进行设计，以确定螺旋传动的 参数，然后根据工作条件，进行必要的验算，以满足 工作要求。 滑动螺旋传动的失效形式和常用材料 滑动螺旋传动的设计计算              滑动螺旋传动 滑动螺旋传动的失效形式和常用材料： （一）滑动螺旋传动的失效形式     1．螺纹磨损 2．螺杆及螺母螺纹牙的塑性变形或断裂  3．螺杆失稳 4．螺距变化     滑动螺旋传动，除以上的失效形式外，对于高速 的长螺杆，应验算其临界转速，以防止产生过度的横 向振动；要求螺旋自锁时，应验算其自锁条件。             滑动螺旋传动 螺纹磨损：滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向拉力（或压 力），同时螺杆与螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动，因此 螺纹磨损是其主要失效形式。 螺杆及螺母螺纹牙的塑性变形或断裂：对于受力较大的传力螺 旋，螺杆受到拉力（或压力），而螺纹牙则会受到剪力和弯矩 的作用，会引起螺杆和螺纹牙的塑性变形或断裂。 螺杆失稳：长径比很大的螺杆，受压后会引起侧弯而失稳. 螺距变化：精密的传导螺旋，受力后螺杆螺距要发生变化，而 引起传动精度的降低，因应根刚确定。  （二）常用材料     根据螺旋传动的受载情况及失效形式，选择螺旋传动的材 料时可参考表16-1。              滑动螺旋传动 滑动螺旋传动的设计计算     滑动螺旋传动是根据其主要的失效形式来确定设计计算，下 面主要介绍耐磨性计算和几项常用的验算计算方法：  1． 耐磨性计算  由耐磨性要求来确定滑动螺旋的基 本尺寸 （螺杆直径与螺母高度）。滑动螺旋的磨损与 螺纹工作面上的  压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度及 润滑状态等因素有关。  一般螺母材料比螺杆材料软，所以磨损主要发生在螺母螺纹表  面。耐磨性计算主要限制螺纹工作面上的压力p，使其小于材  料的许用压力[p]。     如图16-2所示，假设作用于螺杆上的轴向力为F，被旋合的 螺纹工作表面均匀承受，则其工作面上的耐磨条件为                                     ≤[p]        (16-1)  滑动螺旋传动                                16-2             滑动螺旋传动    式中，A为螺纹的承压面积；F为作用于螺杆的轴向力；d2 为螺纹的中径；P为螺距；h为螺纹的工作高度；Z为旋合圈数，        ；H为螺母高度；[p]为许用压力，见表16-2。 式(16-1)用于校核计算。为了导出设计计算式，令? = H /d2， 代入式（16-1），整理后可得：	                     d2 ≥	                    (16-2)      对于矩形和梯形螺纹，取h = 0.5P；锯齿形螺纹，取  h = 0.75P。螺母高度	H = ? d2                (16-3)     式中? ，对于整体螺母，由于磨损后，间隙不能调整， ?=1.2～1.5；对于剖分式螺母， ? =2.5 ～ 3.5；传动精度较 高，要求寿命较长时，允许取? = 4。 滑动螺旋传动     螺杆受有轴向载荷F，旋合圈数为Z，假设各圈螺纹受载相 等，则每圈螺纹承受的载荷为F/Z，作用于螺纹中径上。将螺母 一圈螺纹展开，则可看作宽度为? D的悬臂梁。如图16-3所 示。     螺纹牙危险截面的抗剪强度条件为                                   ≤[?]                  (16-5)          螺纹牙危险截面的抗弯强度条件为 	                     ≤[?b]	                (16-6)     式中，D为螺母的螺纹大径；b为螺纹牙根部厚度，对于矩 形螺纹，b = 0.5P，对于梯形螺纹，b = 0.65P，对于锯齿形  滑动螺旋传动            16-3 滑动螺旋传动 螺纹，       ，P为螺距；l为弯曲力臂，P为螺距；l为弯曲力 臂，       ，D2为螺纹中径；  为许用切应力（MPa），见表 16-3；   为许用弯曲应力（MPa），见表16-3.。  3．螺杆的强度计算       螺杆工作时承受轴向拉力（或压力）F和转矩T的联合作 用，根据第四强度理论求出其危险截面的当量应力，强度条件 为                                                                   ≤[? ]        (16-7)       式中，d1为螺杆螺纹小径；T为螺杆所受转矩，             滑动螺旋传动 d2为螺杆螺纹中径， ?v为当量摩擦角，?v = arctan?v，?v为 当量摩擦因数，          ，?为螺纹牙型角，摩擦因数μ见 表16-2；[?]为许用应力（   ）见表16-3。  4．受压螺杆的稳定性计算       对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力超过某一临界值 时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而失稳，故需验算其稳定性， 螺杆稳定性条件为 	                               ≥Ss        (16-8)     式中，Scs为螺杆稳定性计算安全因数；Ss为螺杆稳定性安 全因数，Ss = 2.5～4；F为作用于螺杆上的轴向载荷；Fcr为螺 杆的临界载荷。 滑动螺旋传动     为求螺杆的临界载荷Fcr，应先计算螺杆的长细比 式中，l为螺杆计算长度；?为螺杆长度系数，与螺杆端部结构 有关，见表16-4；i为螺杆危险截面的惯性半径，        式 中，螺杆危险截面轴惯性矩         ，螺杆危险截面面 积          ，将A、Ia代入上式，得       。 求得?后，按?的大小选择下列公式计算Fcr。 （1）当?≥80～90时，临界载荷按欧拉公式计算 		                                          (16-9)  （2）当? 80～90时，按下式计算对未淬火钢? 90时 滑动螺旋传动                                               (16-10)   对       淬火钢		                                                                                                                          (16-11)  （3）对于Q275当? 40，优质碳素钢? 60时，不必校核螺杆的稳定性。     式中，E为螺杆材料弹性模量，钢E = 2.07×104（MPa）； Ia为螺杆危险截面轴惯性矩；?为螺杆长度系数，见表16-4； l为螺杆计算长度。     若上式计算不满足螺杆稳定条件，应适当增大螺杆小径。 除上述计算外，对于高精度的螺旋传动，应进行螺杆的刚度计 算；对于高速旋转的螺旋还应校核其临界转速。  第三节  滚动螺旋传动   滚动螺旋传动 学习要求:     了解滚动螺旋的类型和设计计算及设计中应注意的问题。      滚动螺旋是一定型产品，由专门生产厂家制造，应用中关键 是根据实际工作情况，正确选择其类型和尺寸，其设计计算为 校核计算。滚动螺旋传动已在数控机床和机器人中得到广泛应 用。 工作原理及结构类型 主要参数及标注方法 滚动螺旋副的选用计算 设计中应注意的问题  滚动螺旋传动 一、工作原理及结构类型 1．工作原理       滚动螺旋传动又称滚动丝杠副或滚动丝杠传动， 其螺杆与旋合螺母的螺纹滚道间置有适量滚动体（绝 大多数滚动螺旋采用钢球，也有少数采用滚子），使 螺纹间形成滚动摩擦。在滚动螺旋的螺母上有滚动体 返回通道，与螺纹滚道形成闭合回路，当螺杆（或螺 母）转动时，使滚动体在螺纹滚道内循环，如图16-4 所示。由于螺杆和螺母之间为滚动摩擦，从而提高了 螺旋副的效率和传动精度。   滚动螺旋传动           16-4  滚动螺旋传动 2．结构类型及特点       根据螺纹滚道截面形状和滚动体在滚道中的循环 方式对滚动螺旋进行分类。 （1）螺纹滚道法向截面形状有矩形、单圆弧和双圆弧      三种，如图16-5所示。矩形截面，制造简单，接    触应力高，只用于轴向载荷小，要求不高的传动；    单圆弧截面可用磨削得到较高的加工精度，有较高    的接触强度，为保证接触角? = 45?，必须严格控    制径向间隙；双圆弧截面，加工较复杂，但有较高    的接触强度，理论上轴向间隙和径向间隙为零，接    触角稳定。 （2）钢球的循环方式有内循环和外循环两种。  滚动螺旋传动          16-5  滚动螺旋传动 1）内循环方式如图16-4 b），在螺母上开有侧孔，孔内镶有返  向器，将相邻两螺纹滚道联接起来，钢球从 螺纹滚道进入返  向器，越过螺杆牙顶进入相邻螺纹滚 道，形成循环回路。该  种循环方式，螺母径向尺寸较小，和滑动螺旋副大致相同。钢  球循环通道短，有利于减少钢球数量，减小摩擦损失，提高传  动效率，但返向器回行槽加工要求高，不适宜重载传动。 2）外循环方式分为螺旋槽式和插管式，如图16-4 a）。螺旋槽  式是在螺母外圆柱表面有螺旋形回球槽，槽的两端有通孔与螺  母的螺纹滚道相切，形成钢球循环通道；插管式和螺旋槽式原  理相同，是采用外接套管作为钢球的循环通道，但无论是哪能  种结构，为引导钢球在通孔内顺利出入，在孔口都置有挡球  器。外循环方式结构简单，但螺母的结构尺寸较大，特别是插    滚动螺旋传动 管式，同时挡球器端部易磨损。 二、主要参数及标注方法: 1．主要参数:       滚动螺旋的主要参数包括公称直径d0，即钢球中心所在圆 柱直径。导程Ph，螺纹旋向，钢球直径Dw，接触角?（滚动体合 力作用线和螺旋轴线垂直平面间的夹角），负载钢球的圈数和 精度等级等。     GB/T17587.3－1998 规定了公称直径6～200、适用于机床 的滚动螺旋副和性能要求等，精度分为7个等级，即1、2、3、 4、5、7和10级，其中1级精度最高，10级精度最低，其他机械 可参照选

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