螺旋傳動的類型和應用螺旋傳動有哪些特點 _經驗分享

螺旋傳動是利用螺桿和螺母的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。主要用于將旋轉運動轉換成直線運動，將轉矩轉換成推力。

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螺旋傳動
（一）螺旋傳動的類型和應用
螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現傳動要求的。它主要用于將回轉運動轉變為直線運動，同時傳遞運動和動力。
根據螺桿和螺母的相對運動關系，螺旋傳動的常用運動形式，主要有以下兩種：圖5 – 40a是螺桿轉動，螺母移動，多用于機床的進給機構中；圖5 – 40b是螺母固定，螺桿轉動并移動，多用于螺旋起重器（千斤頂，參看圖5-41）或螺旋壓力機中。

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螺旋傳動按其用途不同，可分為以下三種類型：
1)傳力螺旋。它以傳遞動力為主，要求以較小的轉矩產生較大的軸向推力，用以克服工件阻力，如各種起重或加壓裝置的螺旋。這種傳力螺旋主要是承受很大的軸向力，一般為間歇性工作，每次的工作時間較短，工作速度也不高，而且通常需有自鎖能力。
2)傳導螺旋。它以傳遞運動為主，有時也承受較大的軸向載荷，如機床進給機構的螺旋等。傳導螺旋常需在較長的時間內連續工作，工作速度較高…因此要求具有較高的傳動精度。
3)調整螺旋。它用以調整、固定零件的相對位置，如機床、儀器及測試裝置中的微調機構的螺旋。調整螺旋不經常轉動，一般在空載下調整。
螺旋傳動按其螺旋副的摩擦性質不同，又可分為滑動螺旋（滑動摩擦）、滾動螺旋（滾動摩擦）和靜壓螺旋（流體摩擦）。滑動螺旋結構簡單，便于制造，易于自鎖，但其主要缺點是摩擦阻力大，傳動效率低（一般為30qo一40%），磨損快，傳動精度低等。相反，滾動螺旋和靜壓螺旋的摩擦阻力小，傳動效率高（一般為90%以上），但結構復雜，特別是靜壓螺旋還需要供油系統。因此，只有在高精度、高效率的重要傳動中才宜采用，如數控、精密機床、測試裝置或自動控制系統中的螺旋傳動等。
（二）滑動螺旋的結構和材料
1．滑動螺旋的結構
螺旋傳動的結構主要是指螺桿、螺母的固定和支承的結構形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結構有直接關系，當螺桿短而粗且垂直布置時，如起重及加壓裝置的傳力螺旋，可以利用螺母本身作為支承（圖5 – 41）。當螺桿細長且水平布置時，如機床的傳導螺旋（絲杠）等，應在螺桿兩端或中間附加支承，以提高螺桿的工作剛度。螺桿的支承結構和軸的支承結構基本相同，可參看第十二、十三兩章有關內容。此外，對于軸向尺寸較大的螺桿，應采用對接的組合結構代替整體結構，以減少制造工藝上的困難。
螺母的結構有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式。整體螺母結構簡單，但由磨損產生的軸向間隙不能補償，只適合在精度要求較低的螺旋中使用。對于經常雙向傳動的傳導螺旋，為了消除軸向間隙和補償旋合螺紋的磨損，避免反向傳動時的空行程，常采用組合螺母或剖分螺母。圖5 – 42是利用調整楔塊來定期調整螺旋副的軸向間隙的一種組合螺母的結構形式。

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滑動螺旋采用的螺紋類型有矩形、梯形和鋸齒形。其中以梯形和鋸齒形螺紋應用最廣。螺桿常用右旋螺紋，只有在某些特殊的場合，如車床橫向進給絲杠，為了符合操作習慣，才采用左旋螺紋。傳力螺旋和調整螺旋要求自鎖時，應采用單線螺紋。對于傳導螺旋，為了提高其傳動效率及直線運動速度，可采用多線螺紋（線數n =3 ~4 ，甚至多達6）。
2．螺桿和螺母的材料
螺桿材料要有足夠的強度和耐磨性。螺母材料除要有足夠的強度外，還要求在與螺桿材料配合時摩擦系數小和耐磨。螺旋傳動常用的材料見表5-11 。

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（三）滑動螺旋傳動的設計計算
滑動螺旋工作時，主要承受轉矩及軸向拉力（或壓力）的作用，同時在螺桿和螺母的旋合螺紋間有較大的相對滑動。其失效形式主要是螺紋磨損。因此，滑動螺旋的基本尺寸（即螺桿直徑與螺母高度），通常是根據耐磨性條件確定的。對于受力較大的傳力螺旋，還應校核螺桿危險截面以及螺母螺紋牙的強度，以防止發生塑性變形或斷裂；對于要求自鎖的螺桿應校核其自鎖性；對于精密的傳導螺旋應校核螺桿的剛度（螺桿的直徑應根據剛度條件確定），以免受力后由于螺距的變化引起傳動精度降低；對于長徑比很大的螺桿，應校核其穩定性，以防止螺桿受壓后失穩；對于高速的長螺桿還應校核其臨界轉速，以防止產生過度的橫向振動等。在設計時，應根據螺旋傳動的類型、工作條件及其失效形式等，選擇不同的設計準則，而不必逐項進行校核。
下面主要介紹耐磨性計算和幾項常用的校核計算方法。
1．耐磨性計算
滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態等因素有關。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副間越容易形成過度磨損。因此，滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p ，使其小于材料的許用壓力[p] 。
如圖5 -43所示，假設作用于螺桿的軸向力為F(單位為N) ，螺紋的承壓面積（指螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積）為A（單位為mm2），螺紋中徑為d：(單位為mm) ，螺紋工作高度為^（單位為mm），螺紋螺距為P(單位為mm) ，螺母高度為日（單位為mm），螺紋工作圈數為u=苦，則螺紋工作面上的耐磨性條件為

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根據公式算得螺紋中徑d：后，應按國家標準選取相應的公稱直徑d及螺距P 。螺紋工作圈數不宜超過10圈。
螺紋幾何參數確定后，對于有自鎖性要求的螺旋副，還應校核螺旋副是否滿足自鎖條件，
2)表中摩擦系數起動時取大值，運轉中取小值。

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2．螺桿的強度計算
受力較大的螺桿需進行強度計算。螺桿工作時承受軸向壓力（或拉力），和扭矩r的作用。螺桿危險截面上既有壓縮（或拉伸）應力，又有切應力。因此，校核螺桿強度時，應根據第四強度理論求出危險截面的計算應力

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3．螺母螺紋牙的強度計算
螺紋牙多發生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度。
【螺旋傳動的類型和應用螺旋傳動有哪些特點】如圖5-44所示，如果將一圈螺紋沿螺母的螺紋大徑D（單位為mm）處展開，則可看做寬度為丌D的懸臂梁。假設螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為F ，并作用在以螺紋中徑D：（單位為mm）為直徑的圓周上，則螺紋牙危險截面a-a的剪切強度條件為

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當螺桿和螺母的材料相同時，由于螺桿的小徑di小于螺母螺紋的大徑D ，故應校核螺桿螺紋牙的強度。此時，式(5 -48)、式(5—49)中的D應改為d．。
4．螺桿的穩定性計算
對于長徑比大的受壓螺桿，當軸向壓力F大于某一臨界值時，螺桿就會突然發生側向彎曲而喪失其穩定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力F(單位為N)必須小于臨界載荷Fcr（單位為N）。
（四）滾動螺旋傳動簡介
滾動螺旋可分為滾珠螺旋和滾子螺旋兩大類。
滾珠螺旋又可分為總循環式（全部滾珠一道循環）和分循環式（滾珠分組循環），還可按循環回路的位置分為內循環（滾珠在螺母體內循環）和外循環（在螺母的圓柱面上開出滾道加蓋或另插管子作為滾珠循環回路）。總循環式的內循環滾珠螺旋由圖5 -45中的4、5、6等件組成，即在由螺母和螺桿的近似半圓形螺旋凹槽拼合而成的滾道中裝入適量的滾珠，并用螺母上制出的通路及導向輔助件構成閉合回路，以備滾珠連續循環。圖示的螺母兩端支承在機架7的滾動軸承上，是以螺母作為螺旋副的主動件，當外加的轉矩驅動齒輪1而帶動螺母旋轉時，螺桿即作軸向移動。外循環式及分循環式的滾珠螺旋可參看有關資料。

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滾子螺旋可分為自轉滾子式和行星滾子式，自轉式按滾子形狀又可分為圓柱滾子（對應矩形螺紋的螺桿）和圓錐滾子（對應梯形螺紋的螺桿）。自轉圓錐滾子式滾子螺旋的示意圖見圖5 -46 ，即在套筒形螺母內沿螺紋線裝上約三圈滾子（可用銷軸或滾針支承）代替螺紋牙進行傳動。

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這種螺旋還可在螺母上開出軸向槽，以便躲過長螺桿（或兩段螺桿接頭處）的支柱而運行到遠處。由于對承載能力及工作壽命的要求不斷提高，目前國外滾子螺旋的應用已趨廣泛。

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滾動螺旋傳動具有傳動效率高、起動力矩小、傳動靈敏平穩、工作壽命長等優點，故目前在機床、汽車、拖拉機、航空、航天及武器等制造業中應用頗廣。缺點是制造工藝比較復雜，特別是長螺桿更難保證熱處理及磨削工藝質量，剛性及抗振性能較差。
（五）靜壓螺旋傳動簡介
為了降低螺旋傳動的摩擦，提高傳動效率，并增加螺旋傳動的剛性及抗振性能，可以將靜壓原理應用于螺旋傳動中，制成靜壓螺旋。
關于靜壓原理的基本論述可參看§4 -4 。本節只簡要介紹靜壓螺旋的結構和工作情況。
如圖5 -47所示，在靜壓螺旋中，螺桿仍為一具有梯形螺紋的普通螺桿，但在螺母每圈螺紋牙兩個側面的中徑處，各開有3—4個油腔，壓力油通過節流器進入油腔，產生一定的油腔壓力。

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當螺桿未受載荷時，螺桿的螺紋牙位于螺母螺紋牙的中間位置，處于平衡狀態。此時，螺桿螺紋牙的兩側間隙相等，經螺紋牙兩側流出的油的流量相等。因此，油腔壓力也相等。
當螺桿受軸向載荷時，螺桿沿受載方向產生一位移，螺紋牙一側的間隙減小，另一側的間隙增大。由于節流器的調節作用，使間隙減小一側的油腔壓力增高；而另一側的油腔壓力降低。于是兩側油腔便形成了壓力差，從而使螺桿重新處于平衡狀態。
當螺桿承受徑向載荷或傾覆力矩時，其工作情況與上述的相同。
按工作特點及用途，螺旋傳動可分為傳力螺旋、傳導螺旋、調整螺旋和螺旋壓力機中用螺旋等。
1、傳力螺旋：以傳遞動力為主，它用較小的轉矩產生較大的軸向推力，一般為間歇工作，工作速度不高，而且通常要求自鎖，例如螺旋壓力機和螺旋千斤頂上的螺旋。

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2、傳導螺旋：以傳遞運動為主，常要求具有高的運動精度，一般在較長時間內連續工作，工作速度也較高，如機床的進給螺旋（絲杠）。

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3、調整螺旋：用于調整并固定零件或部件之間的相對位置，一般不經常轉動，要求自鎖，有時也要求很高精度，如機器和精密儀表微調機構的螺旋、如車床尾架、卡盤爪的螺旋等。

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4、測量螺旋：主要用于測量儀器，如千分尺用螺旋等

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按螺紋間摩擦性質，螺旋傳動可分為滑動螺旋傳動和滾動螺旋傳動。
滑動螺旋傳動：通常采用梯形螺紋和鋸齒形螺紋，其中梯形螺紋應用最廣，鋸齒形螺紋用于單面受力。矩形螺紋由于工藝性較差、強度較低等原因應用很少;對于受力不大和精密機構的調整螺旋，有時也采用三角螺紋。
滾動螺旋傳動：用滾動體在螺紋工作面間實現滾動摩擦的螺旋傳動，又稱滾珠絲杠傳動。滾動體通常為滾珠，也有用滾子的。滾動螺旋傳動的摩擦系數、效率、磨損、壽命、抗爬行性能、傳動精度和軸向剛度等雖比靜壓螺旋傳動稍差，但遠比滑動螺旋傳動為好。滾動螺旋傳動的效率一般在90％以上。它不自鎖，具有傳動的可逆性；但結構復雜，制造精度要求高，抗沖擊性能差。它已廣泛地應用于機床、飛機、船舶和汽車等要求高精度或高效率的場合。滾動螺旋傳動的結構型式，按滾珠循環方式分外循環和內循環。

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螺旋傳動機構的特點：
減速比大。螺桿轉動一周，螺母只移動一個導程；
機構效益大。在主動件上施加一個不大的扭矩，就可在從動件上得到很大推力；
可以使機構具有自鎖性。當螺旋升角不大于螺旋副中的當量摩擦角時機構具有自鎖性；
結構簡單、傳動平穩、無噪音；

螺旋傳動的類型和應用 螺旋傳動有哪些特點

螺旋傳動的類型和應用螺旋傳動有哪些特點