第二章 螺旋机构

NortheasternUniversity1第二章螺旋机构主要内容：2.1概述2.2螺纹的形成、种类及参数1.3螺旋机构的传动规律1.4螺旋机构的摩擦和效率NortheasternUniversity21.1概述2。螺旋机构螺旋机构应用较广，常用的螺旋机构：千斤顶、千分尺、丝杠等。21三种螺旋机构图：（1）螺杆1转动并移动，螺母2固定1.组成：螺旋机构的组成：螺母、螺杆、机架NortheasternUniversity32121（2）螺杆转动，螺母移动（3）螺杆移动，螺母转动1.1概述2。螺旋机构NortheasternUniversity41.1概述2。螺旋机构NortheasternUniversity52。螺旋机构2.1概述2.螺旋机构的功用变换运动方式：移动变转动，转动变移动。图例2-2微小位移量的测量：例1：螺旋千分尺习题图2-7，P26例2：微压计图2-3，P16微调：增力：例如千分尺NortheasternUniversity62.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构1.螺纹的形成将底边为πd的直角三角形，绕在直径为d、底面与三角形底边共面的圆柱体上，则三角形斜边就在圆柱面上形成螺线。NortheasternUniversity72.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构螺纹d2螺旋线----一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹----一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。NortheasternUniversity82.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构（2）螺纹的参数外径（大径）d（D）：与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径，亦称公称直径。内径（小径）d1(D1)：与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径。中径d2：在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径，d2≈0.5(d+d1)。螺纹升距S：螺纹旋绕一周升高的距离。Sλ螺纹升角λ：用规定螺纹中径的螺旋线升角代替螺纹升角。2dStgNortheasternUniversity92.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构牙形角：α轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。β牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。三角螺纹：2β=60梯形螺纹：2β=30矩形螺纹：2β=0螺纹旋向：有左旋和右旋之分，右旋最常用。螺纹线数Z：有单线螺纹、双线螺纹、三线螺纹。螺距P：相邻螺纹对应点之间的轴向距离，与升距之间的关系如下：ββαZSPNortheasternUniversity102.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构NortheasternUniversity112。螺旋机构2.2螺纹的形成、种类及参数按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹NortheasternUniversity12螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º潘存云教授研制潘存云教授研制2.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构NortheasternUniversity13内螺纹外螺纹Pd1d2d60°内螺纹外螺纹Pd1d2d60°内螺纹外螺纹Pd1d2d60°内螺纹外螺纹Pd1d2d60°外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d外螺纹内螺纹Pd1d2d30°Pd1d2d外螺纹内螺纹30°Pd1d2d外螺纹内螺纹30°Pd1d2d外螺纹内螺纹30°Pd1d2d外螺纹内螺纹P3°30°内螺纹外螺纹d1d2dP3°30°内螺纹外螺纹d1d2dP3°30°内螺纹外螺纹d1d2dP3°30°内螺纹外螺纹d1d2d锯齿形螺纹三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹2.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构NortheasternUniversity142.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹NortheasternUniversity15按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹一般:n≤4n线螺纹:S=nP双线螺纹单线螺纹PSS=2PPSPS=P2.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构NortheasternUniversity16按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹2.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构NortheasternUniversity17外螺纹内螺纹潘存云教授研制潘存云教授研制2.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构NortheasternUniversity18按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹螺旋传动2.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构NortheasternUniversity19潘存云教授研制联接螺纹传动螺纹2.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构NortheasternUniversity20按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹外螺纹内螺纹联接螺纹传动螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹2.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构NortheasternUniversity21圆柱螺纹圆锥螺纹管螺纹2.2螺纹的形成、种类及参数2。螺旋机构NortheasternUniversity222.3螺旋机构的传动规律1.简单螺旋机构指由单一升程（导程）的螺旋副组成的螺旋机构。例1.车床螺旋副2。螺旋机构NortheasternUniversity232.3螺旋机构的传动规律2。螺旋机构S2πφλH21螺杆转动φ时，螺杆移动的距离为H，由于是线性关系，可以写为：HS2故有：2SHNortheasternUniversity242.3螺旋机构的传动规律2。螺旋机构2.差动螺旋机构由升距不同的多对螺旋副组成的复合螺旋机构。功用：微量调节时，采用差动螺旋机构更为有效。例2.1230S1S2螺杆1含有两种螺纹：与螺母2（固定不动）组成升距s1的螺纹副；与螺母3（与针阀是一个整体，只能沿导轨移动，不能转动）组成升距S2的螺旋副。NortheasternUniversity252.3螺旋机构的传动规律2。螺旋机构a.螺母2固定，螺杆1转动Φ角时，带动阀芯向左移动距离H1为：b.与螺母3组成的螺旋运动，螺杆1转动Φ角时，阀芯向右移动距离为H2c.利用线性叠加原理，有：211SH222SH2)()22(212121SSSSHHHNortheasternUniversity262.3螺旋机构的传动规律2。螺旋机构3.简单螺旋机构与差动螺旋机构二者相比要实现微调，利用简单螺旋机构，S必须很小，但S受限制，一般最小为0.2mm左右（再小就难以加工了），故利用下式，S1和S2取值相接近时，能有效地实现微调。2)()22(212121SSSSHHHNortheasternUniversity272.4螺旋机构的摩擦和效率2。螺旋机构r0MRFABQ1.螺旋机构的受力分析FQRABvA2r0p研究螺旋传动时，假定螺杆螺母之间的正压力是作用在平均半径为r0的螺旋线上。如果忽略各圆柱面上螺旋线升角的差异，当将螺旋的螺纹展开后，得连续斜面滑块A受到下列诸力处于平衡状态：（1）轴向作用力Q（重物及螺母的集中重量），垂直向下；（2）斜面对滑块的反力R法向支反力N及摩擦力F之合力，与铅垂线夹角为λ+φ（3）水平力FNortheasternUniversity282.4螺旋机构的摩擦和效率2。螺旋机构（1）上行运动时AQFBRNvAFf=fNQRF)(QtgF螺纹副受力分析NortheasternUniversity292.4螺旋机构的摩擦和效率2。螺旋机构（2）下行运动时F'f=fN'R'N'F'ABQvAQF'R')('QtgF)('tgFQNortheasternUniversity30上行运动时，水平力F为驱动力，Q为工作阻力。下行运动时，Q变为驱动力，F则转变为维持Q匀速下滑的水平力，即工作阻力。2.4螺旋机构的摩擦和效率2。螺旋机构NortheasternUniversity312.4螺旋机构的摩擦和效率2。螺旋机构2.自锁上行：22即时，F0，F为负值，反向，与题意不符。当时，表明F无论多大（驱动力）都不能驱动滑块运动，这种现象称为自锁。2F上行自锁的条件为：2)('QtgF)('tgFQ当时，下行：当时，Q或为负值，下行时将自锁。)(QtgFNortheasternUniversity322.4螺旋机构的摩擦和效率2。螺旋机构一般情况下，不要求上行自锁（因为上行是工作状态，自锁则不能正常工作）。但是下行自锁有其实际的意义。例如：千斤顶举起重物后松手，即不再维持驱动力矩T后，不应自行下降。结论：自锁现象：即驱动力无论多大都不能驱动机构运动的现象。自锁的本质：即驱动力不能克服其自身产生的摩擦阻力。NortheasternUniversity33例如：上行运动时F为驱动力；其驱动分力为，摩擦力为cosFsinFfsinFcosFFcossinFFf)2(tgctgf)2(tgtg若要自锁，则即：有：2.4螺旋机构的摩擦和效率2。螺旋机构2NortheasternUniversity342.4螺旋机构的摩擦和效率2。螺旋机构例如：下行运动时：Q为驱动力；其驱动分力为，摩擦力为cosQfsinQQsinQcosQsincosQQfcossinftgtg若要自锁：即NortheasternUniversity352.4螺旋机构的摩擦和效率2。螺旋机构自锁现象的特点：（1）摩擦阻力是由驱动力产生的，即驱动力增大的同时，摩擦阻力也相应同时按比例增大。例如上行时，；下行时，（2）与驱动力大小无关。即驱动力无限增大也不能使机构运动；（3）自锁是有方向性的。即对驱动力可能产生的运动方向自锁，即单向自锁。（4）自锁是有条件性的。如等，这就是所谓的自锁条件。应用：螺纹联接：一般都是自锁的，即拧紧后不会在支反力作用下自行松脱；精确定位：千斤顶精确定位的确定，不会再变动了。sinFfsinQfNortheasternUniversity362.4螺旋机构的摩擦和效率2。螺旋机构3.螺旋机构的效率机械效率是指机构的有用功和无用功之比。是衡量机构传动质量、能耗大小的主要指标。AAAA211式中：A1-----有用功（输出功），机构克服生产阻力所做的功。A2-----无用功，摩擦阻力、空气阻力，运动副中的损失等所消耗的功。A------总功，A=A1+A2，驱动力所做的全部功。NortheasternUniversity372.4螺旋机构的摩擦和效率2。螺旋机构下面分析一下螺旋机构的效率QP2dS22)(dtgQdFA21dtgQSQA上行：螺杆旋转一周，驱动力F做的输入机构总功A有用功A1是将重物Q升起一个升距S作的功故效率为：221)(dQtgdtgQAA