机械结构设计螺旋传动
普通螺旋传动课件
滚动螺旋传动的结构较复杂，制造难度较大 。
静压螺旋传动
01
02
03
04
传动精度高
静压螺旋传动的螺母和丝杠之 间采用液体静压力平衡间隙，
因此传动精度较高。
耐磨性好
由于液体静压力平衡间隙，摩 擦小，因此耐磨性好。
传动效率高
静压螺旋传动由于摩擦损失较 小，因此传动效率较高。
结构复杂，成本高
可靠性保证的措施
选用高可靠性的零部件
01
选用高可靠性、高质量的零部件，确保各部件的可靠性和稳定
性。
进行严格的可靠性测试
02
在产品开发阶段进行全面的可靠性测试，包括环境适应性测试
、振动测试、冲击测试等，确保产品的可靠性。
实施可靠性工程技术
03
通过可靠性工程技术，对产品进行可靠性分析、评估和优化，
确保产品的可靠性。
螺旋传动主要用于传递运动和动力， 如旋转运动转换为直线运动、调整机 械位置、测量和控制位置等。
CHAPTER 02
螺旋传动的分类与特点
滑动螺旋传动
结构简单，制造容易
滑动螺旋传动主要由螺母和丝 杠组成，结构简单，制造容易
。
传动精度低
由于滑动螺旋传动的螺母和丝 杠之间存在间隙，因此传动精 度较低。
耐磨性差
3. 压力调整：静压螺旋 传动的液压压力应适当 调整，以适应不同的工 况需求。压力调整可通 过溢流阀、减压阀等液 压系统元件实现。压力 调整值应根据试验数据 进行优化。
间隙密封螺旋传动的设计
• 间隙密封螺旋传动是一种利用间隙实现密封的螺旋传动方式。其设计重点在于 确定适当的间隙大小和形状，以及选择合适的材料和加工工艺。
CHAPTER 04
哈工大机械设计大作业螺旋传动设计千斤顶.
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y机械设计大作业说明书大作业名称：螺旋传动设计设计题目：设计螺旋起重器（千斤顶）班级：1215102设计者：张紫薇学号：1121510208指导教师：张锋设计时间：2014年10月6日哈尔滨工业大学目录一、设计任务书 (1)二、各部分尺寸计算及校核1、选择螺杆、螺母的材料 (2)2、耐磨性计算 (2)3、螺杆各部分尺寸计算 (2)4、螺杆强度校核 (2)5、螺母螺纹牙强度计算 (3)6、螺纹副自锁条件校核 (4)7、手柄设计…………………………………………………………………………………………… (4)8、螺杆的稳定性校核 (5)9、螺母外经及凸缘设10、底座设计………………………………………………………………………………………………611、其他零件相关尺寸 (7)三、参考文献 (8)一、设计任务书设计螺旋起重器，简图如下1、螺旋起重器已知数据：起重量F Q=30kN，最大起重高度H o=180mm（题号3.1.1）。
2、设计要求：(1) 绘制装配图一张，画出起重器的全部结构，按照装配图要求标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏，编写技术要求。
(2) 对起重器各部分尺寸进行计算，对螺杆和螺母螺纹牙强度、螺纹副自锁性、螺杆的稳定性进行校核。
二、各部分尺寸计算及校核1、选择螺杆、螺母的材料螺杆采用45号钢，由参考文献[3]查得抗拉强度MPa 600b =σ，MPa 355s =σ。
螺母材料用铝青铜ZCuAl10Fe3（考虑速度低）。
2、耐磨性计算根据螺纹的耐磨性条件 []p hHd FPp s ≤=2π，引进系数2d H =ψ以消去H ，并且对于梯形螺纹，h =0.5p ，因此得[]mm 4.23226.110308.08.032=⨯⨯=≥p F d ψ式中2d ——螺杆螺纹中径，mm ；F ——螺杆所受轴向力，即起重量，kN ；ψ——根据螺母结构选定，对于整体式螺母取ψ=1.2~2.5，此处取ψ=1.6；[]p ——滑动螺旋副材料的许用压强，根据参考文献[2]中表8.11，当螺杆和螺母副材料分别是钢和青铜且低速滑动时，许用压强[]p =18~25，此处取[]p =22 。
机械设计基础螺纹连接与螺旋传动（教案）
机械设计基础螺纹连接与螺旋传动（教案）第7章螺纹连接与螺旋传动⼀、教学要求本章内容包括螺纹连接和螺旋传动两个部分，具体教学要求如下：1）了解螺纹的基本知识，了解标准螺纹连接件和螺纹连接的基本类型、特性、标准结构、应⽤场合等。
了解螺纹的预紧和防松。
2）掌握单个螺栓连接的强度计算。
会进⾏螺栓的受⼒分析，正确理解强度计算公式中各参数的含义，合理选择材料和确定许⽤应⼒。
3）掌握螺栓组连接的设计⽅法。
（1）了解螺栓组结构设计的原则。
（2）掌握4种典型螺栓组受⼒分析，学会确定出螺栓组中受⼒最⼤的螺栓受⼒情况。
4）了解提⾼螺栓连接强度的措施。
5）了解螺旋传动的类型、特点及应⽤。
⼆、重点、难点重点：1）单个螺栓连接的强度计算，尤其是承受轴向静载荷的紧螺栓连接的强度计算。
2）螺栓组连接的结构设计，四种典型受⼒情况下螺栓组连接的受⼒分析。
难点：1）承受轴向静载荷的紧螺栓连接中的⼒与变形关系，确定FΣ值。
2）受旋转⼒矩、倾翻⼒矩的底板螺栓组连接的受⼒分析。
三、教学安排四、教学思路设计本章主要内容包括两个部分：第⼀部分为螺栓连接，是本章着重讨论的部分；第⼆部分为螺旋传动，仅作概念性介绍。
从螺纹连接的基本知识（参数、类型、标准代号），开始讨论其连接的预紧与防松。
根据连接的⼯作情况得出松螺栓连接与紧螺栓连接⼆⼤类。
在不同⼯作情况下，可得出不同失效形式和受⼒分析。
⾸先讨论单个螺栓连接的设计计算，然后分析螺栓组连接的设计计算，即求出螺栓组中受⼒最⼤的螺栓及结构设计。
第7章第1讲⼀、讲授时注意⼏点1. 7.1 螺纹连接的基本知识这节内容要注意三点：（1）右、左旋螺纹判别必须绝对正确。
（2）螺距P和导程P h的概念⼀定要搞清，P h=n·P（3）螺栓连接可分为普通螺栓连接和铰制孔⽤螺栓连接两种，需了解这两种连接的特点与应⽤。
2. 7.2 螺纹连接的预紧与防松了解防松装置的防松原理及常⽤类型，重点了解利⽤摩擦防松的⽅法和特点。
机械设计(1)
二、受剪螺栓联接的强度计算
采用铰制孔螺栓联接时，被联接件上的外载荷是靠螺栓杆的 剪切及螺栓杆与被联接件之间的挤压来传递，故联接只需较 小的F'，一般忽略不计。
h3
Fs
d0
Fs Fs
Fs Fs
h
h1 d0
h2
Fs
强度条件 F
1）螺栓杆的抗剪切条件： ）螺栓杆的抗剪切条件：
τ=
4 2）螺栓杆与孔壁接触表面的挤压强度条件为： ）螺栓杆与孔壁接触表面的挤压强度条件为：
σ=
F′ 1 πd12 4
F′ d2 tan( + ρv ) ψ 2 1 πd13 16
F'
T1
T1 τT = = WT
T3 T4
F'
一般情况
对于M10~M68普通螺栓，有如下统计规律： 普通螺栓，有如下统计规律： 对于 普通螺栓
tan ρ v = 0.17
d 2 = 1.1d1
tanψ = 0.05
Fs max =
Trmax
z
ri2 ∑
i =1
受轴向载荷Q的螺栓组联接
每个螺栓承受的工作载荷为： 每个螺栓承受的工作载荷为：
F Q
Q F= z
D p
螺纹联接
第五节 螺纹联接的强度计算
概述
普通螺栓联接在工作时，螺栓主要受轴向拉力，故又 称受拉螺栓联接。在静载荷作用下：螺栓的主要失效 形式为螺纹部分的塑性变形或断裂；在变载作用下， 螺栓的主要失效形式为疲劳断裂。 铰制孔用螺栓联接，其工作时，螺栓只承受横向载荷， 故又称受剪螺栓联接，其主要失效形式为螺栓剪断、 栓孔或孔壁压溃。
1）确定拧紧力矩
F'预紧力 预紧力 T拧紧力矩 拧紧力矩 T1螺纹阻力矩 T2螺母支承面摩擦力矩 T3螺钉头支承面摩擦力矩 T4夹持力矩
机械设计基础之螺旋传动
高度第为一H、螺距为p，螺纹旋合圈数为Z=H/p、螺纹工作高度为h、
承压项面积为A，螺纹工第作二面上的第压二强为 ps。
项 项 则螺纹的耐磨性条件为： 校核耐磨性
ps
F A
F
d 2 hZ
Fp
d 2 hH
[ p]
MPa
若按耐磨性条件设计螺纹中径d2 时，可引用系数
《机械设计（Ⅲ）（零件）》
第十章 螺旋传动
technische universiteit eindhoven
一、概述
第 项1.螺一旋传动结构第、二原理第二 项 项 螺旋传动特点：
螺母 螺杆
结构紧凑，机械增益高； 传动平稳、精度高； 易于自锁； 磨擦磨损大，效率较低
工作原理：
通过螺纹结构，将回转运动转化为轴向直线运动，同时传递能量和力； 回转运动←→直线运动；
项项
螺旋千分尺
螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，可 动刻度有50个等分刻度，旋转每个小分度， 相当于测微螺杆前进或后退这0.5/50=0.01mm。 所以以螺旋测微器可准确到0.01mm。由于还 能再估读一位，可读到毫米的千分位，故又 名千分尺。
Power Screw
technische universiteit eindhoven
第一 项
第二 第二 项项
螺旋千斤顶
Power Screw
technische universiteit eindhoven
第一 项
第二 第二 项项
立式加工中心
Power Screw
technische universiteit eindhoven
根据用途分类
第一 1、传力螺旋 项 第二 第二 以传递动力为主，要求用较小的转矩
机械设计极品课件之螺纹联接与螺旋传动
8.3 单个螺栓联接强度计算
2.紧螺栓联接
只受预紧力紧螺栓联接 螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。
螺栓危险界面上的拉伸应力为
F0
d12
4
螺栓危险界面上的扭转剪切应力为
T1
d13
F0 tan(l v ) d2 / 2 d13
16
16
8.3 单个螺栓联接强度计算
对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，取fv=tanv=0.15，简化
➢滚动摩擦系数小，传动效率高
➢启动扭矩接近运转扭矩，工作较平稳
➢磨损小且寿命长，可用调整装置调整间隙，传动精度与 刚度均得到提高
➢不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动
8.8 滚动螺旋简介
滚珠丝杠的缺点 ➢结构复杂，制造困难 ➢在需要防止逆转的机构中，要加字所机构 ➢承载能力不如滑动螺旋传动大
滚动丝杠多用在车辆转向机构及对传动精度要求较高的 场合。
螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1,然后按照标 准选定螺纹的公称直径（大经）d等。
8.3 单个螺栓联接强度计算
8.3.1 受拉螺栓联接 1.松螺栓联接 强度条件：
F A
F
d12
[ ]
设计公式： 4
d1
4F
[ ]
式中[s]为松联接螺栓的许用拉 应力（MPa）,查表
d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。
常用的防松方法:
摩擦防松
•弹簧垫圈
机械防松:
•开口销
其他防松
•对顶螺母 •带翅垫片
•尼龙圈锁紧螺母 •止动垫片
8.3 单个螺栓联接强度计算
单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。
根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受 拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。
机械设计基础-5.9螺旋传动
第九节 螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用螺旋传动是用螺杆和螺母传递运动和动力的机械传动，主要用于把旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。
按相对运动关系，螺旋传动常用的运动形式有以下三种：1、螺杆原位转动、螺母移动，多用于机床进给机构；2、螺母固定、螺杆转动和移动，多用于螺旋压力机构中；3、螺母原位转动、螺杆移动，用于升降装置。
图a 螺杆转动，螺母移动 图b 螺母固定，螺杆转、移动 图c 螺母转动，螺杆移动按用途不同分为⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧→冰箱的地脚螺旋。
：电之间的相对位置。
例如—用于调整并固定零件—调整螺旋：。
千斤顶、螺旋压力机等得大的轴向力。
例如：，获用螺旋斜面的增力原理—主要以增力为主，利—传力螺旋：作台等进给机构。
刀架、工的直线运动。
例如：机床度，回转的运动精通常要求具有较高—主要用来传递运动，—传导螺旋：1、传动螺旋它以传递动力为主，要求用较小的转矩产生较大的轴向推力。
一般为间歇工作，工作速度不高，而且通常要求自锁，如千斤顶(图c)，搬动手柄对螺杆加一个转矩，则螺杆旋转并产生很大轴向力推力以举起重物。
左右螺旋提升机构也是一个主要的应用。
2、传导螺旋它以传递运动为主，常要求具有高的运动精度。
一般在较长时间内连续工作，工作速度也较高。
例如用于机床进给机构的传导螺旋，螺杆旋转，推动螺母连同滑板和刀架作直线运动。
机床进给螺旋 带传动用调整螺旋 3、调整螺旋它用以调整并固定零件或部件之间的相对位置。
一般不在工作载荷作用下转动，要求能自锁，有时也要求有很高的精度。
例如用于带传动张紧的调整螺旋。
在调整带的张紧力时，先松开螺栓，旋转调整螺旋，把滑轨上的电动机推到所需的位置，然后再将螺栓拧紧。
按摩擦性质不同分⎪⎩⎪⎨⎧↑↑↓。
润滑。
的高压油实现液体静压静压螺旋：靠外界输入便。
，但结构复杂，加工不滚动螺旋：，但摩擦大加工方便，利于自。
锁滑动螺旋：结构简单，ηηη滑动螺旋 滑动螺旋结构简单，便于制造，易于自锁，应用范围较广。
机械设计基础第十四章.
dd
dd
3）螺钉 与螺栓区别——要求螺纹部分直径较粗;要求全螺纹
k dd k nn
nn
4）紧定螺钉 锥 端——适于零件表面硬度较低不常拆卸场合 平 端——接触面积大、不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面，适 于经常拆卸 圆柱端——压入轴上凹抗中，适于紧定空心轴上零件的位置.
dd
ll
tt
XX
ll
bb
2——圆柱销
3——弹簧
4——螺钉
重要联接若不能严格控制预紧力，而只靠安装经验来拧紧螺栓时，为 避免螺栓拉断，通常不宜采用小于M12的螺栓，一般采用M12-M24的螺栓
2、螺纹防松
(1)、防松目的 螺纹联接一般都能满足自锁条件，拧紧后螺母和螺栓头部等支承面 上也有防松作用，所以在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹联接不会自 动松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，或在高温或温度变化较大的情 况下，螺纹联接中的预紧力和摩擦力会逐渐减小或可能瞬时消失，导致联 接失效。 螺纹联接一旦失效，将严重影响机器的正常工作，甚至造成事故。因 此，为保证联接安全可靠，设计时必须采取有效的防松措施。
4）螺 距 P ——相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离 5）导程（S）——同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面母线上的对应两点 间的轴向距离 6）线 数 n ——螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4 螺距、导程、线数之间关系：S =nP
7 ） 螺 旋 升 角 λ —— 中 径 圆 柱 面 上 螺 旋 线 的 切 线 与 垂 直 于 螺 旋 线轴线的平面的夹角 tan λ = S/π d2 = nP/π d2 8）牙型角α ——螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角 9）牙型斜角β ——螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角
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双螺杆成型机 供料恒定性 具有压力建立可控性
行星式成型机和双螺杆成型机双剑合璧是直接挤出加 工的最佳解决方案
行星螺杆和双螺杆
螺旋传动设计
滑动螺旋副材料
p274 表8-6
螺旋传动的设计计算 螺旋副强度计算模型的建立 初步确定螺旋尺寸的两种方法
（螺母）螺纹牙强度计算
差动螺旋
导程不同或旋向不同的螺纹零件和其它螺纹零 件形成的螺旋传动
－螺纹导程不同
－螺纹旋向相反
差动螺旋
导程不同
旋向相反
小结
能够产生微小位移的螺旋
小导程螺纹 加工难度大 精度无法保证
利用特殊大螺纹零件来产生微小位移 在生产上具有重要意义
行星螺杆和双螺杆
K‘2001上巴顿菲尔挤出技术大放异彩
提出行星螺杆挤出机和双螺杆挤出机，都能被用作计 量单元
螺旋传动装置的工作原理
通过螺纹结构，将回转运动转化为轴向 直线运动，同时传递能量和力。
螺旋传动的特点
优点 传动比大 精度较高 能够实现自锁 结构简单﹐传动平稳﹐无噪音 缺点 磨擦磨损大，效率较低
螺旋传动的特点
传动比大
传动比大，从而可用较小 的转矩得到较大的轴向推 力
常用于起重，夹紧等
螺纹牙受力分析模型的建立 螺纹牙失效的主要形式
磨损、剪切、弯曲
强度计算公式
耐磨性计算----式（8-1） 剪切计算----式（8-4） 弯曲计算----式（8-5）
图8-7
螺纹副的耐磨性计算：
p Q Q QP
A d2h d2hH
（MPa) 式（5-43）
设计之初的四个未知数
处理方法----取系数来消除未知数的个数。令：
谐波螺旋
波发生器H 柔轮螺杆1 刚轮螺母2
波发生器H转动
快速转动>>慢速移
柔轮螺杆1变形
动
螺母2与螺杆1有相对转动
螺杆1产生微量轴向位移
偏心螺旋
基本结构
1为普通标准螺杆 2为螺距相同而直径较大的螺母 3为滚动轴承 4为输出件，慢速输出
偏心螺旋
纯滚动观点
接触点k具有相同的速度 螺母的半径>螺杆，所以其转速<螺杆 螺杆转动一周，螺母轴向移动<一个螺距比
按用途
传力螺旋 传导螺旋 调整螺旋
夹紧装置
传力螺旋
千斤顶
压纸机
千斤顶
传力螺旋
能以较小的转矩获得 很大轴向力
滑动摩擦螺旋 螺母转动，螺杆直线
移动
应用
千斤顶
传导螺旋
齿
轮
实
验
仪
小
型
车
床
调整螺旋
收音机的调整螺旋
微调螺旋
螺旋测微器
螺旋传动的分类
按螺旋副的摩擦性质
滑动摩擦螺旋 滚动摩擦螺旋 静压螺旋
螺旋传动的特点
精度较高
能够准确地调整直线运动 的距离和位置。
常用于精密机械和测量仪 器，特别适用于一些机构 的微细调节。
螺旋传动的特点
能够实现自锁
适用于垂直举起重物的机 构
自锁压纸机
螺旋传动的特点
能够实现自锁
对于水平推力的运动机构 也能在任意位置得到精确 定位
如水平运动的机床工作台 进给机构
矩形螺纹
▪ 牙型角a=0度
梯形螺纹
▪ 牙型角a=30度
锯齿形螺纹
▪ 牙型角a=33度
螺旋的特征
螺旋的头数
螺距相同，螺纹头 数多，导程就大
螺旋传动的分类
按运动方式
螺母固定，螺杆转动并移 动
螺杆转动，螺母作直线运 动
螺母旋转并沿直线运动， 螺杆固定
螺母转动，螺杆直线移动
螺旋传动的分类
夹紧装置
螺旋传动的特点
能够实现自锁
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间的 夹角
螺纹升角小，使得摩擦力 的轴向分力大于正压力的 轴向分力，发生自锁
螺旋传动的特点
结构简单﹐传动平稳﹐ 无噪音
摩擦磨损大，效率较低
螺纹失效
螺旋的特征
螺纹的类型
普通螺纹
▪ 牙型角a=60度
滑动螺旋：传动效率30%-40%！！！
滚珠螺旋
逆传动效率接近正传动， 可用于把直线运动转换为 旋转运动
磨擦阻力稳定，摩擦小， 寿命长
不自锁，结构复杂
钢球经导路出而复入，分 外循环和内循环
滚动螺旋的应用
静压螺旋
谐波螺旋
原理类似谐波齿轮传动
波发生器H 柔轮1 有齿刚轮2
快速转动>>慢速转 动
H
d2
则： H d2
参照p94,经验数值选取可得到 d2设计公式：
矩形和梯形螺纹见式（5-45）
又：h与P之间存在几何关系
参见p94
30度锯齿型螺纹见式（5-46）
偏心螺旋
计算机仿真结果
实际接触点偏离两轴偏移线 螺杆与螺母的速度方向不同 二者间既有滚动摩擦
又有滑动摩擦
偏心螺旋
应用价值：
摩擦力<<滑动螺旋摩擦力 造价<<滚珠螺旋 结构简单，制造方便
偏心螺杆
由于螺杆与螺母间存在间隙，根据回转齿合 容积式原理制成G型单螺杆泵。
转子：偏心螺杆 定子：固定的衬套 内部流速低，压力稳定 适于对高粘度流体的输送和含有硬质浮颗粒介 质或含有纤维介质的输送
滑动摩擦 螺旋
滚动摩擦 螺旋
静压螺旋
优点：结构简单、容易 滚动摩擦
制造、传力较大、能够
实现自锁要求，应用广 阻力小
泛。
传动效率高
缺点：容易磨损、传动
效率低
>90%
流体摩擦 传动效率高 >90%
滚珠螺旋
滚动螺旋的螺杆和螺母的 螺纹滚道间置有适量的钢 球，转动时钢球为中间滚 动体，沿螺纹滚道滚动， 使螺杆和螺母的相对运动 成为滚动磨擦，提高螺旋 副的传动效率高达98%