6、螺旋传动解析

1第6讲螺旋传动学习目标及考纲要求1．熟悉螺纹的种类、应用和主要参数，正确识读螺纹标记。2．了解螺旋传动应用形式，掌握差动螺旋传动移距的计算方法。知识梳理一、螺纹的形成和种类1．螺纹是在圆柱表面或圆锥表面，沿螺旋线所形成具有规定牙型的连续凸起或凹沟。2．螺纹的种类（见表1-6-1）表1-6-1分类方法分类备注按加工表面分类外螺纹圆柱或圆锥外表面上形成的螺纹。内螺纹圆柱或圆锥内表面上形成的螺纹。按旋向分类右旋螺纹顺时针旋入的螺纹。左旋螺纹逆时针旋入的螺纹。按线数分类单线螺纹单线螺纹是沿一条螺旋线形成的螺纹。多线螺纹多线螺纹是沿两条或两条以上的螺旋线形成的螺纹。按螺纹牙型分类三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹矩形螺纹按用途分类连接螺纹起到连接作用。传动螺纹起到传递运动和动力作用。二、螺纹的应用1．连接螺纹（1）普通螺纹（牙型角α为60°）（见表1-6-2）表1-6-2普通螺纹种类应用特点粗牙普通螺纹一般连接用粗牙螺纹。细牙普通螺纹细牙普通螺纹用于薄壁零件或使用粗牙对零件强度影响较大的零件，也用于承受冲击、振动或交变载荷的连接和微调装置。细牙螺纹与粗牙螺纹相比，自锁性更好，对螺纹零件强度削弱较小，缺点是细牙螺纹容易滑扣。（2）管螺纹（牙型角α为55°）（见表1-6-3）表1-6-3管螺纹种类特点应用非螺纹密封的管螺纹其内、外螺纹都是圆柱螺纹，连接本身不具有密封性能。多用于水、油、气的管路以及电器管路系统的联接中。用螺纹密封的管螺纹圆锥内螺纹与圆锥外螺纹连接，圆柱内螺纹与圆锥外螺纹连接，这两种连接本身具有一定的密封性能。适用于管子、管接头、旋塞、阀门和其他螺纹联结附件，多用于高温、高压和润滑系统。22．传动螺纹（见表1-6-4）表1-6-4种类牙型特点及应用梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角α=30°图中D,d—内、外螺纹大径（公称直径）D2,d2—内、外螺纹中径D1,d1—内、外螺纹小径P—螺距H—原始三角形高度H1—基本牙型高度牙根强度高，对中性好，传动精度高，加工工艺性好，与矩形螺纹相比，效率略低，广泛应用于各种传递运动和力的螺旋机构中。锯齿形螺纹牙型为锯齿形，承载侧牙侧角为3°，非承载侧牙侧角为30°图中D,d—内、外螺纹大径（公称直径）D2,d2—内、外螺纹中径D1,d1—内、外螺纹小径P—螺距H—原始三角形高H1,h1—内、外螺纹牙型高度综合梯形螺纹牙根强度高和矩形螺纹传动效率高的优点，外螺纹牙根有相当大圆角，以减小应力集中。广泛用于单向受力的传动机构。矩形螺纹牙型为矩形，牙型角为0°，牙宽等于螺距的一半矩形螺纹尚未标准化，牙根强度低，对中精度低，磨损后难于补偿和修复，但传动效率高，主要用于传力机构。3三、普通螺纹主要参数（见表1-6-5）表1-6-5参数名称参数定义备注大径（D，d）与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱的直径。一般规定为螺纹公称直径。小径（D1,d1）与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径。D1(d1)=D（d）H852，PH866.0。中径（D2,d2）是一个假想圆柱的直径，该圆柱母线通过牙型上沟槽和凸起相等。D2(d2)=D（d）H832，PH866.0。螺距（P）螺距是相邻两牙中径线上对应点之间的轴向距离。导程（Ph）指同一条螺旋线上相邻两牙中径线上对应点之间的轴向距离。与螺距的关系是：Ph=nP；单线螺纹n=1，螺距等于导程。牙型角（α）是指螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角，普通螺纹牙型角为60°。螺纹牙型上牙侧与螺纹轴线垂直平面间的夹角称为牙侧角。螺纹升角（φ）螺纹升角又称导程角，是指螺纹中径圆柱上，螺旋线切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。螺纹升角越小，自锁性越好；螺纹升角越大，自锁性越差，传动效率越高。四、螺纹的标记1．普通螺纹标记（见表1-6-6）表1-6-6普通螺纹标记标记要求螺纹代号螺纹特征代号螺纹特征代号M公称直径大径螺距细牙普通螺纹公称直径×螺距表示，粗牙普通螺纹不标螺距旋向左旋螺纹在螺纹代号之后加注“LH”字，右旋不标公差带代号中径公差带代号公差带代号由表示公差等级的数字和表示基本偏差的字母组成，大写字母用于表示内螺纹，小写字母用于表示外螺纹。前者表示中径公差带代号，后者表示顶径公差带代号。如果中径公差带代号和顶径公差带代号相同，则只标注一个公差带代号。顶径公差带代号旋合长度代号长旋合长度L使用中等旋合长度不标注其代号，特殊需要可注出旋合长度的数值。中等旋合长度N短旋合长度S螺纹副标注：内、外螺纹基本参数完全相同才能旋合在一起组成螺纹副，其标注与螺纹标注基本相同，但需同时注出内、外螺纹公差带代号，并用“／”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。如：M12—6H/6g。42．管螺纹标记（见表1-6-7）表1-6-7管螺纹标记标记要求用螺纹密封管螺纹特征代号Rc—圆锥内螺纹，Rp—圆柱内螺纹，R—圆锥外螺纹尺寸代号单位为英寸，不是mm。旋向右旋螺纹不标注，左旋螺纹在尺寸代号之后标注“LH”。非螺纹密封管螺纹特征代号特征代号用G表示。尺寸代号单位为英寸，不是mm。公差等级代号公差等级代号，外螺纹有A、B两种，内螺纹只有一种不标记。旋向右旋螺纹不标注，左旋螺纹在尺寸代号之后标注“LH”。螺纹副标注：内、外螺纹装配在一起，其标记用“／”分开，左边表示内螺纹，右边表示外螺纹，例如：G211/G211B—LH、RC431/R2431—LH。3．普通螺纹标记（见表1-6-8）表1-6-8普通螺纹标记标记要求螺纹代号螺纹特征代号螺纹特征代号Tr公称直径大径导程（P螺距）单线梯形螺纹：×螺距，多线螺纹代号：×导程（P螺距）。旋向左旋螺纹在螺纹代号之后加注“LH”字，右旋不标公差带代号中径公差带代号由表示公差等级的数字和表示基本偏差的字母组成，小写字母表示外螺纹，大写字母表示内螺纹。旋合长度代号长旋合长度L使用中等旋合长度不标注其代号，特殊需要可注出旋合长度的数值。中等旋合长度N螺纹副标注：配在一起的螺旋副需同时标注内、外螺纹公差带代号且用“／”分开，斜线左边表示内螺纹公差带代号，斜线右边表示外螺纹公差带代号。例如：Tr36×12（P6）—6H/6e。四、螺纹连接预紧和防松方法1．螺纹连接的主要类型（见表1-6-9）表1-6-9螺纹连接类型图例特点及应用螺栓连接普通螺栓连接铰制孔螺栓连接普通螺栓连接：螺栓与孔壁有间隙，孔的加工精度较低，装拆方便，广泛用于承受轴向载荷，两连接件较薄，易制成通孔，能从两边进行安装的场合；铰制孔连接：螺栓与被连接件铰制孔采用过渡配合，孔需精制，用于承受横向载荷或需精确固定被连接件相互位置的场合5螺纹连接类型图例特点及应用双头螺柱连接双头螺柱一端拧入较厚零件，另一端穿过较薄零件并与螺母配合，实现连接。用于被连接件之一较厚不宜做成通孔、材料较软且需经常拆卸的场合。拧入被连接件深度与被连接件材料有关螺钉连接螺钉通过较薄连接件的通孔，直接旋入较厚的被连接件之中，不需使用螺母，即可实现零件的连接。结构紧凑，用于被连接件之一较厚，受力不大，不需经常拆卸的场合紧定螺钉连接紧定螺钉旋入被连接件的螺纹孔中，其尾部顶住另一被连接件的表面或凹坑中，固定它们的相对位置，也可以传递不大的力和转矩2．螺纹连接的防松在静载荷作用下或温度变化不大的情况下，螺纹连接不会松脱，这种性能称为螺纹的自锁性。螺纹自锁性条件是螺纹升角小于螺纹副材料当量摩擦角。对在冲击、振动、变载荷作用下，或工作温度变化较大的螺纹连接，必须采取有效的防松措施。（见表1-6-10）表1-6-10螺纹防松方法图示原理及应用摩擦力防松弹簧垫圈通过弹簧垫圈被压缩后产生反弹力，保持螺纹副间压紧力及摩擦力而起到防松作用。弹簧垫圈切口尖端应处于逆向位置，用于一般螺纹连接防松。6双螺母通过两对螺母拧紧，在螺母与螺栓之间形成内力而增大摩擦力。结构简单，用于低速、重载场合。机械防松六角开槽螺母与开口销槽形螺母拧紧后，用开口销穿过螺栓尾部小孔和螺母的槽，防止螺母与螺杆发生相对转动，也可以用普通螺母拧紧后进行配钻销孔。圆螺母与止动垫片使垫圈内舌嵌入螺栓（轴）的槽内，拧紧螺母后将垫圈外舌之一褶嵌于螺母的一个槽内实现防松。止动垫圈螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被联接件的侧面折弯贴紧，实现防松。串联钢丝用低碳钢钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺钉串联起来，使其相互制动。这种结构需要注意钢丝穿入的方向。7永久防松点冲、点焊点冲点焊螺母拧紧后在螺纹末端冲点破坏螺纹，或将螺母、螺栓焊接在一起，实现防松永久防松还可以将螺旋表面涂上粘结剂，拧紧螺母后，粘结剂自行固化实现防松。五、普通螺旋传动1．普通螺旋传动的基本概念螺旋传动是利用螺旋副来传递运动和（或）动力的一种机械传动，可以方便地把主动件的回转运动转变成从动件的直线运动。2．普通螺旋传动的类型（见表1-6-11）表1-6-11应用形式应用实例工作过程螺母固定不动，螺杆回转并作直线运动台虎钳螺母与固定钳口连接成整体且固定不动，螺杆与活动钳口通过转动副连接。转动手柄，使螺杆回转并移动，并带动活动钳口移动而实现工件的夹紧和松开。螺旋压力机、千分尺也是采用此结构形式。螺杆固定不动，螺母回转并作直线运动螺旋千斤顶螺杆与底座连成整体且固定不动，手柄与螺母连成一体，托盘套在螺母上。转动手柄，使螺母回转并直线移动，从而支顶工件或放下工件。插齿机刀架传动结构也是采用此种形式。螺杆回转，螺母作直线运动机床滑板移动机构螺母与工作台连成整体，螺杆与机架通过转动副连接。摇动手柄，使螺杆回转，螺母带动工作台实现左右直线移动。此结构广泛应用于车床大、中、小滑板移动机构及其他机床工作台移动机构。8螺母回转，螺杆作直线运动压力试验机上观察镜螺母与机架通过回转副连接，螺杆与观察镜连成整体。转动螺母，螺杆带动观察镜上下移动。3．普通螺旋传动的特点（1）结构简单，工作连续，传动平稳、无噪声。（2）承载能力大，传动精度高。（3）摩擦损失大，传动效率低。4．普通螺旋传动直线运动方向判定5．普通螺旋传动的计算直线移动距离：L=NPh直线移动速度：v=nPh六、差动螺旋传动1．定义：由两个螺旋副组成的使活动的螺母与螺杆产生差动（即不一致）的螺旋传动。2．差动螺旋传动组成由两个螺旋副组成，一个螺旋副螺杆和螺母一个转动、一个移动；另一个螺旋副，螺杆和螺母一个固定不动，一个既转动又移动。3．差动螺旋传动的计算螺杆相对于固定螺母的移动距离：L1=N·Ph1活动螺母相对于螺杆的移动距离：L2=N·Ph2活动螺母相对于固定螺母的移动距离（活动螺母实际移动距离）：L=N（Ph1±Ph2）当两螺纹旋向相反时，公式中用“+”号，当两螺纹旋向相同时，公式中用“—”号。计算结果为正值时，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。典例精析【例1】M30×2—6g中的30指的是()A．大径B．中径C．小径D．公称直径E．顶径答：本题解题的关键是能正确识读普通螺纹的标记。普通螺纹螺纹特征代号的数字“30”既是大径也是公称直径，从标注中“6g”看出该螺纹是外螺纹，由“外螺纹的大径就是顶径”，所以E也是正确选项。因此本题正确答案是A、D、E。【例2】如图1-6-1所示车床刀架进给结构，1为螺母，2为丝杠，3为机架，问：（1）若丝杠回转5圈，车刀移动距离为多少？（2）若丝杠转速为0.5r/min，车刀移动速度为多少？（3）若丝杠回转方向向下，车刀移动方向如何？与大拇指指向相同动又移动一个固定，另一个既转与大拇指指向相反一个移动螺杆和螺母，一个转动左右手定则9答：本题解题的关键是理解普通螺旋传动的计算和方向的判断。由丝杠代号Tr40×12（P6）可知为双线梯形右旋螺纹，导程为12mm；丝杠与螺母传动形式属于螺杆回转，螺母直线移动的普通螺旋传动。（1）导程Ph=12mm，丝杠回转5圈，螺母（车刀）移动距离为：L=NPh=5×12=60（mm）（2）车刀（螺母）移动速度为：v=nPh=0.5×12=6（mm/min）（3）用右手法则判别（四指与丝杠回转方向一致，大拇指指向与螺母移动方