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1、第4章螺旋传动和蜗杆传动机构的类型及功能,4.1 螺旋传动4.2 蜗杆传动,4.1 螺旋传动,4.1.1螺旋传动构成及特点 螺旋运动由具有一定制约关系的转动及沿转动轴线方向的移动两部分组成，它是构件的一种空间运动。组成运动副的两构件只能沿轴线作相对螺旋运动的运动副称为螺旋副。 螺旋传动与其他将回转运动转变为直线运动的传动装置(如曲柄滑块机构)相比，具有结构简单，工作连续、平稳，承载能力大，传动精度高等优点，因此广泛应用于各种机械和仪器中。它的缺点是摩擦损失大，传动效率较低。但滚动螺旋传动的应用，很大程度的改善了螺旋传动摩擦力大、易磨损和效率低的缺点。,下一页,返回,4.1 螺旋传动,4.1.2
2、螺旋传动的基本类型1.普通螺旋传动 (1)普通螺旋传动的四种形式 螺杆固定不动，螺母回转并作直线运动。图4-1所示为螺旋千斤顶中的一种结构形式，螺杆4连接于底座固定不动，转动手柄3使螺母2回转并作上升或下降的直线运动，从而举起或放下托盘1。 螺母固定不动，螺杆回转并作直线运动。图4-2所示为螺杆回转并作直线运动的台虎钳。与活动钳口2组成转动副的螺杆1以右旋单线螺纹与螺母4啮合组成螺旋副，螺母4与固定钳口3连接。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,螺母回转螺杆作直线运动。图4-3为应力试验机上的观察镜螺旋调整装置。螺杆2、螺母3为左旋螺旋副。当螺母按图示方向回转时，螺杆带动观察镜1向上移动
3、;螺母反向回转时，螺杆连同观察镜向下移动。 螺杆回转螺母作直线运动。图4-4所示为螺杆回转螺母作直线运动的传动结构图。螺杆1与机架3组成转动副，螺母2与螺杆以左旋螺纹啮合并与工作台4连接。当转动手轮使螺杆按图示方向回转时，螺母带动工作台沿机架的导轨向右作直线运动。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,(2)直线运动距离测算普通螺旋传动中，螺杆(或螺母)的移动距离与螺纹的导程有关。螺杆相对螺母每回转一圈，螺杆(或螺母)移动一个等于导程的距离。因此移动距离等于回转圈数与导程的乘积，即式中 螺杆(或螺母)的移动距离，mm ; -回转圈数; -螺纹导程，mm 。 (3)判定直线运动的方向普通螺旋传
4、动时，从动件作直线运动的方向不仅与螺纹的回转方向有关，还与螺纹的旋向有关。正确判定螺杆或螺母的移动方向十分重要。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,具体的判定方法: .左旋螺纹用左手，右旋螺纹用右手。手握空拳，四指指向与螺杆(或螺母)回转方向相同，大拇指竖直。 .若螺杆(或螺母)回转，螺母(或螺杆)移动，则大拇指指向的相反方向即为螺母(或螺杆)的移动方向(图4-5 ) 。 实例练习:图4-6所示为卧式车床的床鞍的丝杠螺母传动机构。丝杠为右旋螺杆，当丝杠如图方向回转时，开合螺母带动床鞍向左移动。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,2.差动螺旋传动双螺旋机构又可按两螺旋副的旋向不同，分
5、为差动螺旋机构和复式螺旋机构两种。 (1)差动螺旋传动原理如图4-7所示，机架上为固定螺母(不能移动)，螺杆1分别与活动螺母2和机架3组成两个螺旋副，活动螺母不能回转而只能沿机架的导向槽移动。设机架和活动螺母的旋向同为右旋，当如图示方向回转螺杆时，螺杆相对机架向左移动，而活动螺母相对螺杆向右移动，螺杆每转1转，活动螺母实际移动距离为两段螺纹导程之差。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,(2)差动螺旋传动的移动距离和方向的确定由上面分析可知，在图4-7所示差动螺旋机构中: .螺杆上两螺纹旋向相反时，活动螺母移动距离增大。活动螺母移动方向与螺杆移动方向相同。 .螺杆上两螺纹旋向相同时，活动螺
6、母移动距离减小。当机架上固定螺母的导程大于活动螺母的导程时，活动螺母移动方向与螺杆移动方向相同;当机架上固定螺母的导程小于活动螺母的导程时，活动螺母移动方向与螺杆移动方向相反;当两螺纹的导程相等时，活动螺母不动(移动距离为零)。 .在判定差动螺旋传动中活动螺母的移动方向时，应先确定螺杆的移动方向。,上一页,返回,下一页,4.1 螺旋传动,差动螺旋传动中活动螺母的实际移动距离和方向，可用公式表示如下:式中: 活动螺母的实际移动距离，mm ; -螺杆的回转圈数; 机架上固定螺母的导程，mm ; 活动螺母的导程，mm 。当两螺纹旋向相同时，公式中用“-”号;当两螺纹旋向相反时，公式中用“+”号。计算
7、结果为正值时，活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相同;计算结果为负值时，活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相反。,下一页,返回,上一页,4.1 螺旋传动,(3)差动螺旋传动的应用实例差动螺旋传动机构可以产生极小的位移，而其螺纹的导程并不需要很小，加工较容易。所以差动螺旋传动机构常用于测微器、计算机、分度机及诸多精密切削机床、仪器和工具中。图4-8所示是应用于微调铿刀上的差动螺旋传动实例。螺杆1在I和I I两处均为右旋螺纹，刀套3固定在铿杆2上，铿刀4在刀套中不能回转，只能移动。如果螺杆圆周按100等份刻线，螺杆每转过1格，铿刀的实际位移:由该例可知，差动螺旋传动可以方便地实现微量调节。,上一页
8、,下一页,返回,4.1 螺旋传动,图4-9所示为一种差动螺旋微调机构。手轮4与螺杆3固定连接，螺杆与机架1的内螺纹组成一螺旋副，导程为 ，螺杆以内螺纹与移动螺杆2组成另一螺旋副，导程为 ，移动螺杆在机架内只能沿导向键左右移动而不能转动。设两螺旋副均为右旋，且 ，则如图示方向回转手轮时，螺杆右移，移动螺杆相对螺杆左移，移动螺杆的实际位移量:手轮回转角度 时的移动螺杆的实际位移可按下式计算:,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,3.滚珠螺旋传动普通的螺旋传动中螺杆与螺母的牙侧表面之间的相对运动摩擦是滑动摩擦，而滑动摩擦传动的阻力大，摩擦损失严重，导致普通螺旋传动效率低下，用滚动摩擦来替代滑动摩
9、擦图（4-10 ）。 滚珠螺旋传动的工作原理是:在螺杆和螺母的螺纹滚道中，装有一定数量的滚珠(钢球)，当螺杆与螺母作相对螺旋运动时，滚珠在螺纹滚道内滚动，并通过滚珠循环装置的通道构成封闭循环，从而实现螺杆与螺母间的滚动摩擦。 滚珠螺旋传动的优点:滚动摩擦阻力很小、摩擦损失小、传动效率高、传动时运动稳定、动作灵敏。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,4.1.3螺纹的种类和应用 1.螺纹的种类 螺纹的种类很多:在圆柱或圆锥外表面上所形成的螺纹称外螺纹，如图4-11;在圆柱或圆锥内表面上所形成的螺纹称内螺纹，如图4-12。按螺纹的旋向不同，顺时针旋转时旋人的螺纹称右旋螺纹;逆时针旋转时旋人的螺
10、纹称左旋螺纹。螺纹的旋向可以用右手来判定。如图4-13(a)所示，伸展右手，掌心对着自己，四指并拢与螺杆的轴线平行，并指向旋人方向，若螺纹的旋向与拇指的旋向一致为右旋螺纹，反之则为左旋螺纹。一般常用右旋螺纹。图4-13中，图(b)为双线左旋螺纹、图(c)为三线右旋螺纹。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,2.螺纹的应用类型 螺纹在机械中的应用主要是连接和传动。因此，按其用途可分成连接螺纹和传动螺纹两大类 (1)连接螺纹连接螺纹的牙型多为三角形，而且多用单线螺纹，因为三角形螺纹的摩擦力大，强度高，自锁性能好。内、外螺纹相互旋合形成的连接称为螺纹副。 应用最广的是普通螺纹，其牙型角为60，同
11、一直径按螺距大小可分为粗牙和细牙两类。一般连接用粗牙普通螺纹。细牙普通螺纹用于薄壁零件或使用粗牙对强度有较大影响的零件。 用于管路连接的为管螺纹。管螺纹的牙型角为55，分为非螺纹密封和用螺纹密封的两类。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,(2)传动螺纹用于传动的螺纹有矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。.矩形螺纹的牙型为正方形。传动效率高，但对中精度低，牙根强度弱。 .梯形螺纹。螺纹牙型为等腰梯形，牙型角为30，是传动螺纹的主要形式，广泛应用于传递动力或运动的螺旋机构中。 .据齿形螺纹。承载牙侧的牙侧角(在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角)为3，非承载牙侧的牙侧角为30齿形螺纹综合了
12、矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点。,上一页,返回,下一页,4.1 螺旋传动,3.普通螺纹的几何参数 普通螺纹的主要参数有:大径、小径、中径、螺距、导程、牙型角和螺纹升角7个。 普通螺纹的基本牙型如图4-15所示。 (1)大径(D,d)普通螺纹的大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径(图4-16 )。内螺纹的大径用代号D表示，外螺纹的大径用代号d表示。 (2)小径( ) 普通螺纹的小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径。内螺纹的小径用代号D，表示，外螺纹的小径用代号d。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,(3)中径( )普通螺纹的中径是指一个假想圆柱的直
13、径，该圆柱的素线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。内螺纹的中径用代号 表示，外螺纹的中径用代号 表示。 (4)螺距(P)螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离(图4-17 )，用代号P表示。 (5)导程( )导程是指同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，用代号 表示。单线螺纹 为P对于线数为N的多线螺纹，则 。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,(6)牙型角和牙侧角牙型角是螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角，用a表示(图4-18 ) 。普通螺纹的牙型角a=60牙型半角是牙型角的一半，用代号 表示。牙侧角是指在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角(图4-19 )
14、。螺纹的两牙侧角用代号 表示。(7)螺旋升角 螺旋升角也称导程角，普通螺纹的螺纹升角是指在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。用 表示(图4-20) 。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,3.螺纹标记与代号 (1)普通螺纹标记螺纹的完整标记是由螺纹代号、螺纹公差代号和螺纹旋合长度代号组成。其螺纹代号是由螺纹特征代号和尺寸代号组成，螺纹公差代号包括中径公差代号与顶径公差代号。旋合长度代号分为短旋合长度(S)、中等旋合长度(N)和长旋合长度(L)三种。 .普通螺纹代号。粗牙普通螺纹的螺纹代号用字母M与公称直径表示，细牙普通螺纹代号用字母M与公称直径x螺距表示。 .普通螺纹公
15、差代号。普通螺纹公差代号由表示公差等级的数字和表示基本偏差代号的字母组成。,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,例如： M10-5g6g-S表示公称直径为10mm的粗牙普通外螺纹，其中径公差代号为5g，顶径公差代号为6g,短旋合长度。M20 x 2LH-6H表示公称直径为20mm ,螺距为2mm的左旋细牙普通内螺纹，其中径公差带代号和顶径公差代号均为6H，中等旋合长度。 内、外螺纹装配在一起，其公差带代号用抖线分开，左边表示内螺纹公差带代号，右边表示外螺纹公差带代号。例如:,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,(2)管螺纹的标记 .用螺纹密封的管螺纹的标记。用螺纹密封的管螺纹的标记由螺
16、纹特征代号和尺寸代号组成。螺纹特征代号有3个:字母 表示圆锥内螺纹;字母 表示圆柱内螺纹;字母 表示圆锥外螺纹。圆锥内螺纹:左旋圆锥夕卜螺纹:圆柱内螺纹与圆锥外螺纹的配合:左旋圆锥内螺纹与圆锥外螺纹的配合:,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,.非螺纹密封的管螺纹的标记。非螺纹密封的管螺纹的标记由螺纹特征代号、尺寸代号和公差等级代号组成。螺纹特征代号用字母G表示。螺纹公差等级代号，对外螺纹分A,B两级;对内螺纹则不标记。当螺纹为左旋时，在公差等级代号后加注LH，用“-”分开。内螺纹:A级外螺纹:左旋B级外螺纹:右旋螺纹副:左旋螺纹副:,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,(3)梯形螺纹
17、的标记与代号 .梯形螺纹标记。梯形螺纹的标记由梯形螺纹代号、公差带代号及旋合长度代号组成。梯形螺纹的公差带代号只标注中径公差带。旋合长度分N,L两组。标记示例:内螺纹:外螺纹:左旋外螺纹:螺旋副:旋合长度为L组的多线外螺纹:旋合长度为特殊需要的外螺纹:,上一页,下一页,返回,4.1 螺旋传动,4.1.4市场细分的原则 .梯形螺纹代号。用 表示符合GB 5796.1-1986标准的梯形螺纹。单线螺纹的尺寸规格用“公称直径x螺距”表示;多线螺纹用“公称直径x导程(P螺距)”表示。,上一页,返回,4.2 蜗杆传动,4.2.1 蜗杆传动的构成 1.蜗杆及相关概念 (1)蜗杆一个齿轮，当它只具有一个或几
18、个螺旋齿，并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副时，称为蜗杆。 (2)蜗轮一个齿轮，它作为交错轴齿轮副中的大轮而与配对蜗杆相啮合时，称为蜗轮。 (3)蜗杆副由蜗杆及其配对蜗轮组成的交错轴齿轮副称为蜗杆副。 (4)圆柱蜗杆分度曲面为圆柱面的蜗杆。 (5)圆柱蜗杆副由圆柱蜗杆及其配对的蜗轮组成的交错轴齿轮副。有环面蜗杆和环面蜗杆副(图4-21);锥蜗杆和锥蜗杆副。,下一页,返回,4.2 蜗杆传动,2.蜗杆传动的组成 蜗杆传动是利用蜗杆副传递运动和(或)动力的一种机械传动。蜗杆传动是由交错轴斜齿轮传动演变而成。蜗杆与蜗轮的轴线在空间互相垂直交错呈90，即轴交角90(图4-22 )，通常情况下，蜗杆是主动件
19、，蜗轮是从动件。 蜗杆传动类似于螺旋传动。按蜗杆轮齿的螺旋方向不同，蜗杆有右旋和左旋之分，蜗杆螺旋线符合螺旋右手定则，即为右旋(R)，反之为左旋(L)，常用的为右旋蜗杆。蜗杆轮齿的总数(蜗杆的齿数)称为蜗杆头数。只有1个齿的蜗杆称单头蜗杆，有两个或两个以上齿的蜗杆称多头蜗杆。,上一页,下一页,返回,4.2 蜗杆传动,4.2.2 圆柱蜗杆的基本分类 (1)阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)齿面为阿基米德螺旋面的圆柱蜗杆。其端面齿廓是阿基米德螺旋线，轴向齿廓是直线，所以又称轴向直廓蜗杆(图4-23 ) 。 (2)渐开线蜗杆(ZI蜗杆)齿面为渐开螺旋面的圆柱蜗杆。其端面齿廓是渐开线。 (3)法向直廓蜗杆(ZN
20、蜗杆)在垂直于齿线的法平面内，或垂直于齿槽中点螺旋线的法平面内，均称为法向直廓蜗杆。 (4)锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆) (5)圆弧圆柱蜗杆(ZC蜗杆),下一页,返回,4.2 蜗杆传动,4.2.3 蜗杆传动的传动比 蜗杆传动的传动比是主动的蜗杆角速度与从动的蜗轮角速度的比值，传动比也等于蜗杆头数与蜗轮齿数的反比。即 -主动蜗杆角速度、转速; -从动蜗轮角速度、转速; 主动蜗杆头数; 从动蜗轮齿数。 在蜗轮齿数不变的条件下，蜗杆头数少则传动比大，但蜗杆的导程角 小，蜗杆传动效率低。,上一页,下一页,返回,4.2 蜗杆传动,蜗轮的齿数 由传动比i和蜗杆头数 决定，即 。为了避免根切，蜗轮的最小齿数
21、 应满足: 时， 时， 。 用于一般动力传动的蜗杆副，其 可按表4-1选用。,上一页,下一页,返回,4.2 蜗杆传动,4.2.4 蜗杆传动回转方向的判定蜗杆传动时，蜗轮的回转方向不仅与蜗杆的回转方向有关，而且与蜗杆轮齿的螺旋方向有关。蜗轮回转方向的判定方法如下:蜗杆右旋时用右手，左旋时用左手。如图4-24所示。 (1)传动效率低蜗杆传动中，由于蜗杆蜗轮啮合处相对滑动速度较大，产生的摩擦损失较大，所以其传动效率较低，一般为0. 7 - 0. 8 ;对具有自锁性蜗杆传动，效率低于0. 5 。 (2)制造成本较高为了减少摩擦与磨损，增强耐热与抗胶合能力，蜗轮齿圈通常需要使用贵重的青铜等材料制造，而蜗
22、杆则多淬硬后进行磨削，因此制造成本较高。,上一页,下一页,返回,4.2 蜗杆传动,4.2.5 蜗杆传动的正确啮合条件.在中间平面内，蜗杆的轴向压力角和蜗轮的端面压力角相等。.蜗杆分度圆柱面导程角，和蜗轮分度圆柱面螺旋角相等。且旋向一致。.在中间平面内，蜗杆的轴向模数，和蜗轮的端面模数相等。4.2.6 蜗杆传动的基本参数1.模数m蜗杆的模数是指轴向模数，等于蜗杆的轴向齿距 除以圆周率 的商。 GB 10088-1988圆柱蜗杆模数和直径规定了圆柱蜗杆模数(表4-2 )，选取时应优先采用第一系列。,上一页,下一页,返回,4.2 蜗杆传动,2.压力角a GB 10087-1988圆柱蜗杆基本齿廓规定
23、了模数m mm，轴交角90的圆柱蜗杆传动的基本蜗杆的基本齿廓。对于阿基米德蜗杆，其压力角是指蜗杆的轴向压力角a=203.蜗杆直径系数q是蜗杆分度圆直径 ，除以轴向模数m的商。蜗杆传动中，蜗轮分度圆柱面的素线由直线改为弧线，从而将蜗杆部分地包住，使啮合由点接触变为线接触，不仅使传动平稳，而且承载能力大。,上一页,下一页,返回,4.2 蜗杆传动,GB 10085-1988圆柱蜗杆传动基本参数规定了模数m mm，轴交角90的动力圆柱蜗杆传动的蜗杆的分度圆直径 ，和直径系数a(表4-3 )。4.分度圆柱导程角圆柱蜗杆的分度圆柱螺旋线上任一点的切线与端平面间所夹的锐角。5.轴向齿距轴平面上，蜗杆相邻的两
24、同侧齿廓间的轴向距离，即:6.蜗杆头数GB 10085-1988规定的蜗杆头数有:1,2,4,60,上一页,下一页,返回,4.2 蜗杆传动,7.齿顶圆直径 和齿根圆直径心式中， 是蜗杆齿顶高， 是蜗杆齿根高。8.中心距a 蜗杆轴线与蜗轮轴线间的距离。一般圆柱蜗杆传动的减速装置的中心距现应按下列数值选取:40，50，63，80，100，125，160，(180 )，200 ， ( 225)，250 ， ( 280 )，315，( 355)，400，(450)，500mm。大于500 mm的中心距可按优先数系R20的优先数选用。,上一页,下一页,返回,4.2 蜗杆传动,9.传动比i 一般圆柱蜗杆传
25、动的减速装置的传动比i的公称值应按下列数值选取:5，7.5，10，12.5，15，20，25，30，40，50，60，70，80。其中10，20，40，80为基本传动比，应优先采用。,上一页,下一页,返回,4.2 蜗杆传动,4.2.7蜗杆传动的特点 (1)传动平稳，噪声低由于蜗杆的齿是一条连续的螺旋线，所以传动时工作平稳，噪声较小。 (2)传动比大在动力传动中，单级蜗杆传动比i=5 -80;在传递运动时，如机床的分度机构，其传动比可达1000，因而结构很紧凑。 (3)可制成具有自锁性的蜗杆当蜗杆的螺旋角小于啮合副材料的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁特性，即蜗杆可以带动蜗轮，但蜗轮不能带动蜗杆。
26、因此一些需要自锁的机构或设备常利用此特性，如起重设备等，以保证安全生产。,上一页,返回,图4-1螺旋千斤顶,1-托盘;2-螺母;3-手柄;4-螺杆,返回,图4-2台虎钳,1-螺杆;2-活动钳口;3-固定钳口;4-螺母,返回,图4-3观察镜螺旋调整装置,1-观察镜;2-螺杆;3-螺母;4-机架,返回,图4-4机床工作台移动机构,返回,图4-5螺杆或螺母移动方向的判定,返回,图4-6卧式车床床鞍的螺旋传动,1-床鞍;2-丝杠;3-开合螺母,返回,图4-7差动螺旋传动原理,1-螺杆;2-活动螺母;3-机架,返回,图4-8差动螺旋传动的微调镬刀,1-螺杆;2-撞杆;3-刀套;4-撞刀,返回,图4-9差
27、动螺旋微调机构,1-机架;2-移动螺杆;3-螺杆;4-手轮,返回,图4-10滚珠螺旋传动,1-滚珠循环装置;2-滚珠;3-螺杆;4-螺母,返回,图4-11外螺纹,返回,图4-12内螺纹,返回,图4-13内螺纹,返回,图4-14螺纹的牙型,(a)三角形;(b)矩形;(c)梯形;(d)据齿形,下一页,返回,图4-15普通螺纹基本牙型,D-内螺纹径(公称直径)d-外螺纹大径;D2=内螺纹中径d2-外螺纹中径;d,一外螺纹小径, P螺距;H-原始三角形高度,返回,图4-16普通螺纹的大径、小径和中径,(a)外螺纹;(b)内螺纹,返回,图4-17螺距与导程,返回,图4-18普通螺纹的牙型角,返回,图4-
28、19牙侧角,返回,图4-20螺旋升角,返回,图4-21环面蜗杆副,返回,图4-22蜗杆传动,1一蜗杆;2-蜗轮,返回,图4-23阿基米德蜗杆,返回,表4-1蜗杆头数与蜗轮齿数的推荐值,返回,图4-24蜗杆传动中蜗轮回转方向的判定,(a)右旋蜗杆传动;(b)左旋蜗杆传动,返回,表4-2蜗杆模数m值(mm),返回,表4-3圆柱蜗杆分度圆直径和直径系数,返回,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
