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螺旋传动.ppt

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第九章 螺旋传动,第一节 概述,第二节 滑动螺旋传动,第三节 滚珠螺旋传动,第四节 静压螺旋传动简介,第一节 概述,运动关系:,l ——螺杆(或螺母)的位移,PH——导程(螺母转一圈所走过的轴向距离),——螺杆,螺母间的相对转角,螺旋传动是利用螺杆(丝杆)和螺母来实现传动的回转运动 直线运动组成:螺杆(丝杆)、螺母两者直接接触有确定的相对运动(螺旋运动),,根据螺旋线头数:单头螺纹(n=1)——用于联接双头螺纹(n=2)——如图多线螺纹(n≥2)——用于传动,按牙型: 三角形螺纹——联接螺纹 矩形、梯形、锯齿形螺纹——传动螺纹,按位置: 内螺纹——在圆柱孔的内表面形成的螺纹 外螺纹——在圆柱的外表面形成的螺纹,根据螺旋线绕行方向: 左旋——如图 右旋——常用,补充知识:,(一)螺纹的分类,锯齿形螺纹,三角形螺纹(普通螺纹(粗牙、细牙)、管螺纹),矩形螺纹,梯形螺纹,1)大径d(D):公称直径 2)小径d1(D1) :计算强度 3)中径d2=(d+d1)/2,(二)螺纹的主要参数:,4)螺距P 5)导程S 6)线数n :S=nP,7)升角ψtanψ=nP/πd2 8)牙型角α,~~~~~~~补充知识结束~~~~~~~,螺旋传动按作用分类:,1)读数螺旋机构用于测量微量长度和传递数值反映被测物理量大小的螺旋机构,2)传动螺旋机构以传递运动为主,用于变换、传播运动和产生微量位移,调节零部之间相对位置的螺旋机构,3)传力螺旋机构一般传递的载荷较大、速度较低,螺旋传动按其接触面间的摩擦性质,可分为:,1)滑动螺旋传动,2)滚动螺旋传动,3)静压螺旋传动(流体液压),第二节 滑动螺旋传动,一、滑动螺旋传动的特点,(1)降速传动比大——转角很大,直线位移量很小,结构紧凑,(2)具有增力的作用——给主动件一个小转矩,从动件可获得大Fa,(3)能自锁——ψρ时,(4)效率低,磨损快,二、滑动螺旋传动的型式及应用,a.螺母固定,螺杆转动并移动,特点: 1)优点:精度高,结构简单,不需支承螺杆的轴承,消除了轴承误差对传动精度的影响。 2)缺点:外廓尺寸较大,几乎是工作行程的二倍。刚性较差,仅适用于行程较短的情况。,a.螺母固定,螺杆转动并移动,图9-2测微目镜示数螺旋传动,转动手轮6,螺杆3转动并移动,因而推动分划板框2移动,螺杆的移动距离即分划板的移动距离,并直接从刻度套筒4和5中读出。,b.螺杆传动、螺母移动,优点:结构紧凑,所占轴向空间略大于螺杆的工作行程,刚度较大,适用于工作行程较大的场合,精度较高。,缺点:零件较多,影响传动精度。此时螺母要限制转动综合工艺性、装调等方面的因素,一般应用较广泛,如车床的走刀机构、工具显微镜工作台的纵向传动机械等。,图9-3测量显微镜纵向测微螺旋,转动手轮1(与螺杆2固连),螺母3产生移动,通过片簧7带动工作台8移动。移动距离通过游标刻尺9及手轮1的读数鼓读出。,c.螺母转动,螺杆移动,特点:结构要求限制螺母移动和螺杆的转动,结构较为复杂,故应用较少。,d.螺杆固定 螺母又转又移,特点:结构简单、紧凑,但精度低,结构上难于实现运动的连续传递,在多数常合下使用不便,故应用较少,用作简易调整装置。,e.差动螺旋,差动螺旋传动是上述基本传动型式的组合,螺杆3左、右两段螺纹旋向相同,导程分别为Ph1和Ph2,可动螺母的移动距离,若Ph1与Ph2相差很小,l很小——微动装置,如螺杆3左右两段旋向相反:,快速移动螺旋——快速夹紧装置,螺旋副中力的关系、效率和自锁,1.矩形螺纹,已知:升角ψ ,摩擦系数f, 载荷FQ,求:A等速上升与等速下降时,水平力F的大小,沿斜面上升的效率及其自锁条件,解:①滑块上升,考虑A的平衡:,补充知识:,②滑块下降,滑块上升时输入功:,滑块上升的有效功:,滑块上升时的效率:,滑块下降时:,若 ψ ≤ ρ,则 F ≤ 0,不加支持力F,滑块在FQ的作用下不会自动下滑——自锁,滑块上升时,ψ 越大则效率越高,当ψ =45º - ρ/2时,效率最高,但升角过大加工太困难,一般 ψ 20~25º,自锁条件:ψ ≤ ρ,2、三角螺纹,相当于楔形滑块与楔形槽的作用,三角螺纹摩擦大,效率低,应用于联接的螺旋,方螺纹应用于传递运动和动力的螺旋,——当量摩擦系数,力的关系:,自锁条件: ψ ≤ ρ',效 率:,~~~~~~~补充知识结束~~~~~~~,,,三、滑动螺旋传动的计算(略),失效形式——螺纹的磨损,螺杆变形,螺杆、螺纹牙的断裂,计算——耐磨性、刚度、稳定性、强度,(一)耐磨性计算——螺杆的直径和螺母高度,Fa——轴向载荷,d2——螺纹中径,P——螺距,h——螺纹工作高度 h=0.5P 梯、矩形螺纹,H——螺母高度,考虑螺纹间载荷分布不均,螺母螺纹的圈数应小于10,(二)刚度计算,轴向载荷Fa引起的一个螺距变化量:,,转矩T的作用下一个螺距长度转角,引起螺距变化,,共同作用下的螺距变化量λP,,每米螺纹螺距累积变化量:,(三)稳定性验算,l/d 较大时,可能失稳而产生侧向弯曲的临界轴向载荷,不失稳的条件,(四)强度计算,1.螺杆强度计算 第四强度理论,2.螺纹强度计算,∵螺杆强度螺母强度 ∴验算螺母螺纹强度,剪切强度:,弯曲强度:,(五)驱动力矩、效率和自锁,保证螺旋副转动灵活,反行程自锁,驱动力作用下,主动件 传力 从动件,γ——升角,,ρV——当量摩擦角,,α-螺纹牙型半角,,,轴向载荷作用下,如螺旋副不自锁,从动件 传力主动件,如要求自锁:η′≤0,自锁条件:,η要求尽量高——使转动灵活,,四、滑动螺旋传动的设计原则,(一)传动型式的选择,根据其各自的传动特点,及实际工作情况的要求:如精度、结构、刚度和传动其它特殊要求等,(二)螺纹类型的确定,精密机械中,螺旋传动螺纹的类型多用普通三角形螺纹和梯形螺纹。,a)传动精度高低:精度要求高,用三角螺纹,b)传动功率的大小:大用梯形螺纹,小用三角螺纹(细牙),c)微动灵敏度:细牙三角螺纹的微动灵敏度较高,d)自锁性能(即不能反向传动),三角螺纹的自锁性能好,传动中一般用梯形,但当螺距t1mm,不用梯形,加工困难,(三)螺旋副材料的确定(略),螺杆和螺母的材料应根据用途、精度等级及热处理要求等条件来选定,总的要求:,1)有良好的耐磨性、减摩性和易于加工;,2)螺杆、螺母采用不同的材料,且螺杆要比螺母硬,螺杆材料:一般传动:A5、45、50等(普通和优质碳素钢),重要传动 :工具钢和合金钢,示数传动:要求热处理后有较好的尺寸稳定性,这时选用合金工具钢和滚动轴承钢,螺母材料:一般传动:锡青铜、黄铜和非金属材料、塑料、尼龙和耐磨铸铁等,,重要传动:铝青铜、球墨铸铁和45号钢,(四)主要参数的确定,螺杆的直径和长度、螺距、螺纹头数和螺母高度等,一般可用类比方法确定,重要的传动按前述的计算方法来确定或进行校核计算,设计时注意问题:,1.螺杆的螺纹部分的长度 LW≥lg+H(H为螺母高度,工作行程Lg) 螺纹的长度在此前提下应尽可能短些,2.为保证螺杆的刚度 L/d1≤10~15,如L/d125,受压螺杆应进行稳定性验算,3.为避免周期误差应选用单头螺纹,传动精度高。,4.小转角大位移的情况用多头螺纹。,(五)螺纹公差,螺纹精度 公差带 公差带大小 即 公差等级,旋合长度 公差带位置 即 基本偏差,,,,,∴必须规定公差带在多大的旋合长度范围内有效。,旋合长度分长、中、短三种,表9-6 一般按中等长度考虑,,① 旋合长度↑,累积误差↑,仅用公差带大小不能表示 精度,② 将不同的公差等级(即公差带大小)和基本偏差(即公差带位置)组合,可得最终公差带。例7H,8g(H7,g8——1998国标),④ 螺纹公差带的选用,表9-8,6级公差——基本级,*公差带——优先选择,H/h配合——最小间隙为零,多采用此配合,G/h,H/g——保证间隙,适用于要求快速装卸的螺纹,GB5796.3—86:传动丝杠、螺母副中30°梯形螺纹,JB2886—92:梯形螺纹丝杠,螺母精度标准,螺纹公差带的标记:,M 20 × 2 / 2 左—5H 6H/ 5g 6g — S,大径,导程,线数,左旋,内螺纹中径公差带,内螺纹顶径公差带,外螺纹中径公差带,外螺纹顶径公差带,,,,,,,,,旋合长度,,,相同时只标一个,(六)螺旋副零件与滑板联接结构的确定,螺旋副零件与滑板的联接结构对螺旋副的磨损和传动精度都有影响。,结构设计要求:,1、消除空回,2、提高传动精度,3、减少螺旋副的磨损,常见联接结构:,1.刚性联接结构,2.弹性联接结构,3.活动联接结构,五、影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施,传动精度——螺杆与螺母间实际相对运动保持理论值的准确程度,(一)螺纹参数误差,1.螺距误差,单个螺距误差,螺距累积误差,,螺杆的单个螺距误差和累积螺距误差皆影响传动精度,螺母的单个螺距误差和累积螺距误差不影响传动精度,在精密螺旋传动中螺杆的精度螺母的精度,2.中径误差,大、小径处有较大间隙,互不接触,中径为配合尺寸,为使螺杆与螺母转动灵活、储存润滑油,∴应对中径上的间隙加以控制,3.牙型半角误差,当螺纹各牙间牙型角有差异,会引起螺距变化,从而影响传动精度牙型角在螺纹全长上变化不大(一次装刀切削),对传动精度影响小,(二)螺杆轴向窜动误差,螺杆轴肩端面与轴承止推面不垂直,有α1、α2的偏差,(三)偏斜误差,螺杆的轴线方向与移动件运动方向不平行,(四)温度误差,由于温度(工作温度与制造温度的不同)引起的螺杆长度和螺距发生变化,,为减小误差,可以提高制造精度,但单纯提高精度,成本高,所以可以采用某些结构措施提高传动精度:,1、螺距误差校正装置,螺杆1 螺母2 导杆3 校正尺4,步骤:,a)精确测出每个位置,螺距误差ΔP,b)计算出螺母应在每个位置的附加转角,c)制出校正面的形状,该校正装置可校正综合螺距误差——由于螺距误差、中径误差、牙型半角误差所引起的误差,例:坐标镗床螺距误差校正装置,螺杆9 螺母4(工作台) 校正尺3 导杆1 转动杆2 杠杆5,利用校正原理还可校正温度误差,将校正尺制成直尺,并相对螺杆轴线倾斜θ角即可,2、消除螺杆轴向窜动,螺杆2,滚珠5,弹簧4,定位砧6,,六、消除螺旋传动的空回的方法,空回——由于存在间隙,螺杆改变转动方向时,螺母不会立即反向,而是螺杆转一定角度后,螺母开始反向运动,空回引起传动误差,消除空回→1)消除间隙,2)消除间隙的影响,,(一)利用单向作用力,弹簧1使螺杆与螺母保持单面接触,,(二)利用调整螺母,1.径向调整法——螺母径向可收缩使间隙变小,a—开槽螺母,b—卡簧式螺母,c——对开螺母,d——对开螺母+紧定螺钉,2.轴向调整法,a——开槽螺母,b——刚性双螺母,c——弹性双螺母,(三)利用塑料螺母——利用塑料的弹性,聚乙烯、尼龙制作螺母,用金属压圈压紧,第三节 滚珠螺旋传动,组成:丝杆、螺母、滚珠和滚珠循环返回装置等四个部分,一、滚珠螺旋传动的特点,1、传动效率高90%,为同类型普通螺旋传动效率的三倍。,2、传动精度高,可进行无间隙传动,并消除弹性空间,有较高定位精度。,3、传动具有可逆性,不能自锁,4.工艺复杂,成本高,寿命长,工作原理:图9-6,二、滚珠螺旋传动的结构型式与类型,(一)螺纹滚道法向截形,常用截形,单圆弧形,双圆弧形,,单圆弧——结构简单,易高精度,接触角β随初始间隙和Fa会变化。 η,承载,轴向刚度不稳定,双圆弧——β不变,滚道底不与滚珠接触可放润滑油,f下降,加工,检验,修整比较困难。,(二)滚珠循环方式,1.内循环,滚珠在循环过程中始终与螺杆保持接触,反向器的回珠槽具有空间曲面,加工复杂。,2.外循环-滚珠在返回时与螺杆 脱离接触的循环,外循环,,螺旋槽式,插管式,端盖式,(三)消除轴向间隙的调整预紧方法,轴向间隙 引起 空回误差,螺杆上装配两个螺母,相对压紧,消除轴向间隙,常用的调整预紧方法:,1.垫片调隙式-适用于一般精度,2.螺纹调隙式,3.齿差调隙式-调整精度高,结构复杂,加工、装配工艺性差,三、滚珠螺旋副的精度、代号和标记方法,(一)滚珠螺旋副的精度,,,螺母的行程误差,空回误差,影响螺旋副精度的因素——动态变形误差(参数误差、机构误差、受力后的变形),标准: JB/T3162.2—91,1 2 3 4 5 7 10级精度共七级,最高 ————→ 最低,(二)滚珠螺旋副的代号和标记方法,1.代号,表9-9~9-11包括滚珠的循环方式,结构特征代号、预紧方式,2.标记方法,1 2 3 4 5 6 7 8 9,,,,两位,两位,,,,,,循环方式,预紧方式,结构特征,公称直径,公称导程,螺纹旋向,负荷钢球圈数,类型(P,T),精度等级,,,,,,,,,,C D M 5 0 1 0 — 3 — P 3,例:,外循环插管式,双螺母垫片预紧,导管埋入式,公称直径50mm,导程10mm,负荷钢球3圈,定位滚珠螺旋副,3级精度,第四节 静压螺旋传动简介,一、工作原理,油以PS进入内螺纹侧面的油腔,再回油箱螺杆无外载荷时,螺纹牙两侧油压,间隙相等,螺杆保持位置,螺杆受轴向力Fa(偏左时)——间隙、油压(两侧)发生改变,两侧油压差—→承载(左)Pr1Pr2 (Pr1-Pr2=Fa) (左)h1↑h2↓,螺杆受径向力Fr——下侧与上侧的油压间隙改变,其差——承载下侧油压↑间隙↓,上侧油压↓间隙,螺杆一端受Fr—→倾覆——相应油压,间隙改变,其差—→承载,每一个螺旋面上设有三个以上的油腔,可承受Fa,Fr,倾覆力矩,二、特点,1.摩擦阻力小,效率高(99%),2.寿命长,3.传动平稳(无爬行现象),4.传动及定位精度高,5.传动可逆,应加止逆转机构,6.需可靠的供油系统,螺母结构复杂,加工困难,第九章,结束,
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