第五章-丝杆螺母传动

杭州电子科技大学机械工程学院第五章丝杠螺母传动机电一体化系统设计2滑动丝杠螺母传动3滚珠丝杠螺母传动1丝杠螺母传动第四章丝杠螺母传动机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动1、丝杠螺母传动（1）丝杠螺母机构的主要构成丝杠+丝杠螺母+减摩介质滚动体（回珠装置）机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动作用：用于机构之间能量的传递和运动形式的传递。功能：实现旋转运动与直线运动之间相互转换或调整。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动（2）丝杠螺母结构及材料1）螺母结构整体螺母不能调整间隙，只能用在轻载且精度要求较低的场合组合螺母对开螺母这种螺母便于操作，一般用于车床溜板箱的螺旋传动中减少间隙，提高传动精度机电一体化系统设计2）螺杆结构通常采用牙型为：矩形梯形锯齿形右旋螺纹特殊情况下也采用左旋螺纹。第四章丝杠螺母传动机电一体化系统设计3）材料一般螺杆的选用原则如下：高精度传动时多选碳素工具钢需要较高硬度，可采用铬锰合金钢或者采用65Mn钢一般情况下可用45、50钢第四章丝杠螺母传动机电一体化系统设计铸造锡青铜，重载低速的场合可选用铸造铝铁青铜，而轻载低速时也可选用耐磨铸铁。螺母材料可采用第四章丝杠螺母传动机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动（3）丝杠螺母机构的分类及特点1）按功能分a)传递力/能量为主（传力螺旋）千斤顶压力机机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、能自锁。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动b)传递运动为主（传动螺旋）机床工作台的进给丝杠特点：速度高、连续工作、精度高。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动c)调整位置（调整螺旋）特点：受力较小且不经常转动。虎钳微调螺旋机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动2）按摩擦方式分a）滑动丝杠螺母机构：优点：a)结构简单b)加工方便c)成本低d)具有自锁功能缺点：a)摩擦阻力较大b)传动效率低(30%~40%)机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动b）滚动丝杠螺母机构：优点：a)传动效率高（92%~98%）b)摩擦阻力小c)传动精度高缺点：a)结构复杂b)成本高c)无自锁功能机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动1）螺母固定，丝杠转动并移动：特点：结构简单，传动精度较高，螺母支撑杆可消除附加轴向窜动，刚性较差。3）按丝杠和螺母相对运动情况分机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动2）丝杠转动，螺母移动：特点：结构紧凑，丝杆刚性高。要限制螺母转动，故需导向装置。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动3）螺母转动，丝杠移动：特点：结构复杂，占用空间大，传动时需限制螺母移动和丝杠转动。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动4）丝杠固定，螺母转动并移动：特点：结构简单，紧凑，丝杆刚性较高，但使用不方便，应用较少。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动5）差动传动：特点：调节方便，可实现微动或快速移动，应用广泛。Ph1Ph2机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动设螺杆2左、右两段螺纹的旋向相同,且导程分别为Ph1和Ph2。当螺杆2转动φ角时,可动螺母1的移动距离L为如果Ph1与Ph2相差很小,则L很小。因此差动螺旋常用于各种微动装置机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动若螺杆2左、右两段螺纹的旋向相反,则当螺杆2转动φ角时,可动螺母1的移动距离为可见,此时差动螺旋变成快速移动螺旋,即螺母1相对固定端快速趋近或离开。这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动（4）丝杠螺母传递的基本条件1）滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件：a)足够的滑移间隙b)充分地润滑c)足够的热胀冷缩补偿空间因而，存在一定的空回间隙。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动2）滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条件：a)足够的润滑储油空间b)足够的热胀冷缩弹性补偿能力c)滚珠的回珠装置（内或外）可实现无间隙工作。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动（5）几个基本概念2）左旋螺纹和右旋螺纹按螺旋线绕行方向，螺纹可分为左旋螺纹和右旋螺纹。按螺纹的位置，螺纹分为内螺纹和外螺纹，二者共同组成螺纹副用于联接和传动。1）内螺纹和外螺纹机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动右旋左旋机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动3）单线螺纹和多线螺纹按螺旋线的数目，螺纹可分为单线螺纹（n=1）、双线螺纹（n=2）和多线螺纹（n2）。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动单线螺纹和多线螺纹n=1n=2n=3机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动4）螺纹的主要参数d—大径d1—小径d2—中径P—螺距S—导程λ—升角α—牙型角、β—牙型斜角机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动5）螺纹牙型三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹主要用于联接主要用于传动机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动三角形螺纹普通螺纹米制三角形螺纹，牙型角为60°，同一公称直径下有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余为细牙螺纹。管螺纹英制螺纹，牙型角为55°，公称直径是管子内径，可分为圆柱管螺纹和圆锥管螺纹，前者用于低压场合，后者用于高温、高压或密封性高的管连接。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动矩形螺纹矩形螺纹牙型为正方形，牙型角为0°，传动效率最高，牙根强度低，传动精度低，常用于传力或传导螺旋，未标准化，逐渐被梯形螺纹所替代。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动梯形螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角为30°，传动效率低于矩形螺纹，但牙根强度高，对中性好，广泛用于传力或传导螺旋，如机床的丝杠、螺旋举重器等。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动锯齿形螺纹锯齿形螺纹工作面的牙型斜角为3°，非工作面的牙型斜角为30°，综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点，但仅用于单向受力的传力螺旋。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动6)螺距与导程机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动2、滑动丝杠螺母传动（1）螺旋副零件与滑板连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有直接影响，设计时应注意。常见的联接结构有下列几种：刚性连接结构弹性连接结构活动连接结构机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动1）刚性连接结构(a)(b)图4-1刚性联接结构机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-1为刚性联接结构，这种联接结构的特点是牢固可靠。但当螺杆轴线与滑板运动方向不平行时，螺纹工作面的压力增大，磨损加剧，严重（α、β较大）时还会发生卡住现象，刚性联接结构多用于受力较大的螺旋传动中。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动2）弹性连接结构图4-2弹性联接结构9123456871—转动手轮；2—丝杠；3—活动螺母；4—弹簧；5—支承钢珠；6—端盖；7—簧片；8—工作台；机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-2所示的装置中，螺旋传动采用了弹性联接结构。弹性联接结构适用于受力较小的精密螺旋传动。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动3）活动连接结构图4-3活动联接结构12FF1231—滑板；2—螺杆；3—中间杆(a)(b)机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-3所示为活动联接结构的原理图。恢复力F（一般为弹簧力）使联接部分保持经常接触。当滑板1的运动方向与螺杆2的轴线不平行时，通过螺杆端部的球面与滑板在接触处自由滑动（图4-3a），或中间杆3自由偏斜（图4-3b），从而可以避免螺旋副中产生过大的应力。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动（2）影响螺旋传动精度的因素1）螺纹参数误差（1）螺距误差。（2）中径误差。（3）牙型半角误差。螺纹实际牙型半角与理论牙型半角之差称为牙型半角误差（如图4-4所示）机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-4牙型半角误差螺母螺杆左右d2d2′机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动2）螺杆轴向窜动误差如图4-5所示,若螺杆轴肩的端面与轴承的止推面不垂直于螺杆轴线而有α1和α2的偏差,则当螺杆转动时,将引起螺杆的轴向窜动误差,并转化为螺母位移误差。螺杆的轴向窜动误差是周期性变化的,以螺杆转动一周为一个循环。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-5螺杆轴向窜动误差12D机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动Δmax=Dtanαmin（4-1式中:Dtan——螺杆轴肩的直径；αmin——α1和α2中较小者,对于图4-5,αmin为α2机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动3）偏斜误差在螺旋传动机构中,如果螺杆的轴线方向与移动件的运动方向不平行而有一个偏斜角ψ（见图4-6）时,就会发生偏斜误差。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-6偏斜误差lx机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动设螺杆的总移动量为L,移动件的实际移动量为x,ΔL=L-x=L（1-cosψ）=2Lsin2由于ψ一般很小,因此sin(ψ/2)≈ψ/2,（4-2）2机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动4）温度误差当螺旋传动的工作温度与制造温度不同时,将使螺杆长度和螺距发生变化,从而产生传动误差,这种误差称为温度误差,ΔLt=LωaΔt（3-7）式中:Lω——螺杆螺纹部分的长度；a——螺杆材料的热膨胀系数,对于钢,一般取为11.6×10-6/℃Δt——机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动（3）消除螺旋传动空回的方法当螺旋机构中存在间隙，若螺杆的转动方向改变，螺母不能立即产生反向运动，只有螺杆转动某一角度后才能使螺母开始反向运动，这种现象称为空回。对于在正反向传动下工作的精密螺旋传动，空回将直接引起传动误差，必须设法予以消除。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动几种常见的消除空回的方法：利用单向作用力利用调整螺母利用塑料螺母机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动1）利用单向作用力在螺旋传动中，利用弹簧产生单向恢复力，使螺杆和螺母螺纹的工作表面保持单面接触，从而消除了另一侧间隙对空回的影响。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动这种方法除可消除螺旋副中间隙对空回的影响外，还可消除轴承的轴向间隙和滑板联接处的间隙而产生的空回。同时，这种结构在螺母上无需开槽或剖分，因此螺杆与螺母接触情况较好，有利于提高螺旋副的寿命。机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动2）利用调整螺母图4-7所示为径向调整法的典型示例。a）径向调整法机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-7螺纹间隙径向调整结构(a)(b)(c)(d)211—主螺母；2—副螺母机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-7(a)采用开槽螺母结构,拧动螺钉可以调整螺纹间隙。图4-7（a）螺纹间隙径向调整结构机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-7(b)采用卡簧式螺母结构,在主螺母1上铣出纵向槽,拧紧副螺母2时,靠主、副螺母的圆锥面,可迫使主螺母径向收缩,以消除螺旋副的间隙。图4-7（b）螺纹间隙径向调整结构机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-7(c)采用对开螺母结构。为了便于调整,螺钉和螺母之间装有螺旋弹簧,这样可使压紧力均匀稳定。图4-7（c）螺纹间隙径向调整结构机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动为了避免螺母直接压紧在螺杆上而增加摩擦力矩,加速螺纹磨损,可在此结构中装入紧定螺钉以调整其螺纹间隙,如图4-7(d)所示。图4-7（d）螺纹间隙径向调整结构机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-8为轴向调整法的典型结构示例。b）轴向调整法机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-8螺纹间隙轴向调整结构B处放大A处放大B处放大A处放大BAAB12PP′(a)(b)1—主螺母；2—副螺母(c)1231—主螺母；2—副螺母；3—螺钉机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-8(a)为开槽螺母结构。拧紧螺钉强迫螺母变形，使其左、右两半部的螺纹分别压紧在螺杆螺纹相反的侧面上。从而消除了螺杆相对螺母轴向窜动的间隙。图4-8（a）螺纹间隙轴向调整结构机电一体化系统设计第四章丝杠螺母传动图4-8（b）螺纹间隙轴向调整结构图4-8(b)为刚性双螺母结构。主螺母1和副螺母2之间用螺纹联接。联接螺纹的螺距P´，不等于螺杆螺纹的螺距P，因此当主、副螺母相对转动时，即可消除