6--2 螺旋传动解析
螺旋传动原理
螺旋传动原理
螺旋传动原理是一种以螺杆和螺母为主要工作机构的传动方式。
其基本原理是利用螺旋线与螺脚的啮合作用传递力矩和运动。
螺杆通过转动带动螺母沿着自己的轴向移动，从而实现转动力的传递。
在螺旋传动中，螺杆被视为主动件，承担着提供转动力的任务。
螺母则被视为被动件，负责将螺旋运动转化为直线运动。
螺杆和螺母之间存在着一定的摩擦力，这使得螺旋传动具有一定的自锁特性，即当螺杆停止转动时，螺母会立即停止移动。
螺旋传动在工程实践中广泛应用于各种场合，具有传动效率高、传动稳定性好、容量大等优点。
它常被用于需要大力矩传递和精准位置控制的场合，如机械工业、汽车制造、航空航天等领域。
螺旋传动的工作原理可以用以下步骤来描述：
1. 当螺杆转动时，螺旋线与螺脚之间的啮合作用会引起螺母沿着自身轴向移动。
2. 螺旋线的螺距越大，螺杆每转动一周，螺母的移动距离就越大，传递的力矩也就越大。
3. 螺旋杆的旋转速度和方向决定了螺母的移动速度和方向。
4. 当螺杆停止转动时，螺母也会停止移动，利用螺旋传动的自锁特性可防止机械系统的意外运动。
总之，螺旋传动原理以螺杆和螺母为主要工作机构，通过螺旋
线与螺脚的啮合作用，将转动力传递为直线运动。
其自锁特性和高效率的传动方式使得其在工程应用中得到广泛采用。
螺旋传动知识点总结
螺旋传动知识点总结一、螺旋传动的工作原理螺旋传动是利用螺旋副的工作原理来实现旋转运动和直线运动之间的传递。
螺旋副由蜗杆和蜗轮两部分组成，蜗杆是一种外表面具有螺旋槽的圆柱体，蜗轮则是与蜗杆啮合的齿轮。
当蜗杆旋转时，蜗轮因为蜗杆的螺旋副作用产生轴向推力，这个推力同时也被传递到蜗轮上，从而使蜗轮转动。
因此，螺旋传动可以实现旋转运动和直线运动之间的有效传递。
二、螺旋传动的结构特点1.扭矩大螺旋传动的扭矩传递能力较大，因为蜗杆的螺旋副能够将旋转运动转化为轴向运动，从而实现大扭矩的传递。
因此，螺旋传动常用于需要传递大扭矩的场合，比如提升装置、输送设备等。
2.速比大螺旋传动的速比通常较大，因为蜗杆的螺旋副可以实现较大的速比，所以螺旋传动通常被应用于需要较大速比的场合，比如搅拌机、压缩机等。
3.传动平稳螺旋传动的传动过程中因为摩擦力的作用，所以传动平稳性较好，噪音小，由于传动中的相对滑动效应，使它有很好的减振效果，这一点是齿轮传动的优势所在，而且摩擦力在功效中发挥等作用，使动力系统得到很好的控制。
4.结构紧凑螺旋传动的结构紧凑，由于蜗杆与蜗轮啮合的工作原理，螺旋传动可以实现较大的传动比同时需要较小的空间，这使得螺旋传动在机械设计中拥有广泛应用。
5.使用寿命长螺旋传动由于摩擦力的作用，其使用寿命较长，相比较于其他传动方式，比如链条传动、皮带传动等，螺旋传动的使用寿命更长一些。
三、螺旋传动的优缺点1.优点（1）传动平稳：蜗杆与蜗轮之间的摩擦力使螺旋传动的传动过程平稳，噪音小，具有良好的减振效果。
（2）传动效率高：螺旋传动的传动效率通常较高，因为蜗杆与蜗轮之间的啮合作用，摩擦力很小，能够有效减小传动损耗。
（3）扭矩大：螺旋传动的蜗杆蜗轮结构能够传递较大的扭矩，适用于需要传递大扭矩的场合。
（4）速比大：螺旋传动的蜗杆蜗轮结构能够实现大的速比，适用于需要大速比的场合。
（5）结构紧凑：螺旋传动的结构紧凑，能够实现较大的传动比同时需要较小的空间。
6、螺旋传动解析
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。
2．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。
螺旋传动通用课件
3
提高效率的方法
为了提高螺旋传动的效率，可以采取减小摩擦、 选择高效率的轴承和密封件、以及优化螺母和螺 杆的设计等措施。
螺旋自锁现象
自锁定义
01
螺旋自锁是指在某些情况下，螺旋机构无法通过输入力矩来克
服负载力矩，导致机构无法正常工作。
自锁条件
02
自锁的条件是负载力矩大于输入力矩，这通常发生在螺母和螺
润滑
按照规定使用适当的润 滑剂，保持螺旋传动的
良好润滑状态。
常见故障及排除方法
01
02
03
04
传动效率下降
可能是由于润滑不良或杂物堵 塞引起的，应检查润滑情况并
清理杂物。
噪音或振动
可能是由于轴承损坏或安装不 良引起的，应检查轴承状态并
重新安装。
轴向窜动
可能是由于螺母松动或轴承损 坏引起的，应紧固螺母并更换
杆之间的摩擦系数较大或机构中的间隙较大时。
自锁的危害
03
自锁不仅会导致机构无法正常工作，还可能引起机械振动和噪
声，甚至导致机械故障。
防止自锁的措施
减小摩擦
通过减小螺母和螺杆之间的摩擦系数，可以降低自锁的可能性。例 如，选择合适的润滑剂或表面处理方法。
消除间隙
在机构中消除间隙可以避免自锁的发生。例如，通过调整轴承或增 加预紧力来消除间隙。
螺旋传动的组成
螺旋传动通常由螺杆、螺 母和机架组成，其中螺杆 和螺母是主要的转动元件 。
螺旋传动的分类
根据工作原理的不同，螺 旋传动可以分为差动螺旋 传动和普通螺旋传动两类 。
螺旋传动的原理
差动螺旋传动原理
差动螺旋传动是指螺杆和螺母的轴线在空间交错一个角度， 当螺杆转动时，不仅螺杆上的螺旋面和螺母上的螺旋面相接 触，而且螺杆的右螺旋面和螺母的左螺旋面相接触，从而产 生相对运动。
螺旋传动
三、滑动螺旋传动的设计
1、传动型式的选择 根据螺旋传动的型式和特点，结合具体情况选择。 2、螺纹类型的确定 示数螺纹多采用三角形螺纹，传力螺旋传动多采用 梯形螺纹。 3、螺旋副材料的确定 耐磨性好，易于加工。 4、主要参数的确定 螺杆直径和长度、螺距、螺旋线头数、螺母高度。 5、螺纹公差的确定 6、螺旋副零件与滑板联接结构的确定 主要有刚性、弹性和活动联接结构。
螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，又可分为： 滑动螺旋 滚动螺旋 静压螺旋 特点： 滑动螺旋：结构简单，便于制造，易于自锁，摩擦阻 力大，传动效率低，磨损快，传动精度低。 滚动螺旋和静压螺旋：摩擦阻力小，传动效率高，结 构复杂，特别是静压螺旋还需要供油系统。只有在高精度 、高效率的重要传动中才宜采用。
二、滑动螺旋传动的计算
滑动螺旋传动的特点： 1、滑动螺旋传动的特点：
降速传动比大 具有增力作用 能自锁 效率低、磨损快
应用实例： 2、应用实例：
滑动螺旋传动的计算： 3、滑动螺旋传动的计算：
计算内容： 由于滑动螺旋传动的失效形式主要为螺纹磨损、螺杆 变形、螺纹牙断裂等，因此计算包括：耐磨性、刚度、稳定 性、强度，以及驱动力矩、传动效率和自锁等的计算。
第十章
螺旋传动
本章内容 1、螺旋传动的工作原理和主要类型 2、滑动螺旋传动的计算 3、滑动螺旋传动的设计 4、滚珠螺旋传动的特点、结构和主要类型 滚珠螺旋传动的特点、 5、静压螺旋传动简介
一、螺旋传动的工作原理 和主要类型
1、螺旋传动的工作原理： 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求。 它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。
2）滚珠循环方式 分内循环和外循环。
3）消除轴向间隙的调整预紧方法 垫片调隙、螺纹调隙、齿差调隙。
螺旋传动传动
螺纹牙危险截面的剪切强度条件
F [ ] DbZ
螺纹牙危险截面的弯曲强度条件
b
a
6 Fl b [ b ] 2 Db Z
b —螺纹牙根部的厚度，mm ； Z—相旋合的螺纹圈数； l—弯曲力臂，mm；
a
D D2 l 2
—螺母材料的许用剪应力，Mpa ；
[ b ]—螺母材料的许用弯曲应力，Mpa。
2
2
F —螺杆所受的轴向拉力（或压力），N； A —螺杆螺纹端的危险截面面积，mm;
A
d 1 —螺杆螺纹小径，mm；
WT —螺杆螺纹段的抗扭截面模量，mm3，
4
d12
d1 WT A 16 4
mm ， T —螺杆所受的扭矩，N·
d13
d2 T F tg ( V ) 2
[ ]—螺杆材料的许用应力，Mpa 。见表6.2。
F F p A d 2 hz FP [ p] d 2 hH
F
h
耐磨性的设计公式为
FP d2 h[ p]
F —螺杆受的轴向力，N；
d 2 —螺纹中径，mm；
h —螺纹工作高度，mm； z—参加旋合的圈数；
H—螺母旋合段的长度，mm；
P—螺矩，mm；
[ p] —许用压强；
以上参数选取见教材相关内容。
机构。
6.2 螺旋传动的材料及许用应力
6.2.1 螺杆和螺母的材料 对螺杆和螺母材料的要求： 足够的强度，良好的耐磨性，螺杆和螺母材料配合时摩擦 系数要小。 螺杆和螺母常用材料：
名称 用途 一般常用 螺杆
重载、高速的重要传动
精密传导螺旋传动中
材料 Q235、Q275、45和50钢
螺旋传动
潘存云教授研制
潘存云教授研制
组合螺母
剖分螺母
§2.1.3 滑动螺旋传动的设计计算
承受载荷: 转矩、轴向力 主要失效形式: 螺牙的磨损
设计准则：按耐磨损确定直径，选择螺距 校核螺杆、螺母强度等。 对螺旋传动的要求: 强度足够, 耐磨,
失效形式: 磨损
潘存云教授研制
摩擦因子小.
d d d1 2
(4) 螺距P
相邻两牙在中径线上对应两点间
（5）牙侧角 β
螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂线之间的夹角，用表示。
(6) 螺纹升角λ
平面的夹角
λ
α β β
中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的
(7)牙型角 α
轴线的垂线间的夹角。
轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹
nP tanλ= πd 2
说明：螺纹副的受力分析、效率和自锁
拧紧螺母时，可看作推动重物沿螺纹表面运动。将螺 纹沿中径处展开，滑块代表螺母，螺母和螺杆间的运 动可视为滑块在斜面上运动。 根据力的平衡条件可得： 旋紧螺母时作用在螺纹中 径上的水平推力(圆周力)：
F Q tan( v )
转动螺纹需要的转矩为：
滑块沿斜面等速下降时，摩擦力向上
进油 回油 节 流 器
Fr
油腔
h1
h2
B
C
p1
Fa
A
螺旋面
p
2
特点：摩擦系数小，效率高，工作稳定，无爬行现象，定位 精度高，磨损小，寿命长。但螺母结构复杂（需密 封），需一稳压供油系统、成本较高。适用于精密机 床中进给和分度机构
二、滑动螺旋的结构 滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支 承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承 结构有直接关系。 整体螺母 螺母结构 组合螺母 整体式螺母 剖分螺母
6、螺旋传动解析
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。
2．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。
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§6—2 螺旋传动
1.移动的位移 螺杆上两螺纹旋向相同时，活动螺母移动距离减小。 L=N (Ph1-Ph2) 式中 L— 活动螺母的实际移动距离，mm; N — 螺杆的回转圈数; Phl — 机架上固定螺母的导程，mm Ph2— 活动螺母的导程，mn 螺杆上两螺纹旋向相反时，活动螺母移动距离增大 L=N (Ph1+Ph2)
§6—2 螺旋传动
2、特点
优点
◆滚珠螺旋传动滚动摩擦阻力很小、摩擦损失小 ◆传动效率高、传动时运动稳定、动作灵敏 ◆不具自锁性，可将直线运动变为回转运动
缺点
◆结构复杂，制造困难，成本高。 ◆承载能力不如普通螺旋机构大。
3、应用
数控机床的滚珠丝杠螺母副
汽车转向系统
知识小结
螺旋传动能使 回转运动 转换为 直线运动
§6—2 螺旋传动
2.移动的方向 计算结果Ｌ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Ｌ为负值时，活动螺母实际移动方向与螺杆 移动方向相反。
§6—2 螺旋传动
3.差动螺旋传动的应用 差动螺旋传动机构可以产生极小的位移，而其螺纹的导程 并不需要很小，加工较容易。
差动螺旋传动机构常用于测微器、分度计及精密切削机床、 仪器和工具 中 。
分析： 固定螺母螺纹 (刀套)的导程Ph1=1.5mm，活动螺母 (镗刀)螺 纹的导程Ph2=1.25mm，则螺杆回转1转时镗刀移动距离 L=N(Ph1-Ph2)=l×(l.5-1.25)=+0.25mm 向右移动
如果螺杆圆周按100等份刻线，螺杆每转过1格，镗刀的实际 位移
1 (1.5-1.25) = +0.0025mm L= 100
§6—2 螺旋传动
【例】图示是应用于微调镗刀上的差动螺旋传动机构， 螺杆在Ⅰ和Ⅱ两处均为右旋螺纹,若固定螺母导程为1.5 mm, 活动螺母导程为1.25 mm, 试分析: (1) 螺杆回转1周, 镗刀移动的距离是多少? (2) 如果螺杆圆周刻线是100 等分, 螺杆每转过1 格, 镗刀的实际位移是多少? (3) 镗刀能否实现微调?
由此可知，镗刀可以方便地实现微量调节
§6—2 螺旋传动
滚珠螺旋传动
1.组成和原理 滚珠螺旋传动主要由滚珠、 螺杆、螺母及滚珠循环装置 组成 工作原理是: 在螺杆和螺母的螺纹滚道中，装有一定数量的滚珠 ，当螺 杆与螺母作相对螺旋运动时，滚珠在螺纹滚道内滚动，并 通过滚珠循环装置的通道构成封闭循环，从而实现螺杆与 螺母间的滚动摩擦。
§6—2 螺旋传动
调整螺旋 螺旋千斤顶
夹具
虎钳
§6—2 螺旋传动
差动螺旋传动
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)的螺旋传动称为差动螺旋传动。 螺杆分别与活动螺母和 机架组成两个螺旋副， 机架上为固定螺母 (不 能移动)，活动螺母不能 回转而只能 沿机架的导 向槽移动。
§6—2 螺旋传动
§6—2 螺旋传动 学习目标
知道普通螺旋传动的形式、特点 会判断移动方向、计算移动距离 了解差动螺旋传动及位移计算
§6—2 螺旋传动
螺旋传动是由螺杆、螺母和机架组成的,利用螺旋副把 主动件的回转运动转变为从动件的直线运动, 传递运动 和 (或)动力的一种机械传动。
常用的螺旋传动有普通螺旋传动、差动螺旋传动和滚珠螺 旋传动。
§6—2 螺旋传动
普通螺旋传动
普通螺旋传动——由螺Leabharlann 和螺母组成的简单螺旋副实 现的传动。
§6—2 螺旋传动
1．普通螺旋传动的应用形式
螺母固定不动，螺杆回转并作直线运动
§6—2 螺旋传动
螺杆固定不动，螺母回转并作直线运动
§6—2 螺旋传动
螺杆回转，螺母作直线运动
§6—2 螺旋传动
螺母回转，螺杆作直线运动
知识小结
差动螺旋传动是指活动螺母与螺杆产生差动（不一致） 差动螺旋传动移动的位移 螺杆上两螺纹旋向相同时 螺杆上两螺纹旋向相反时 L=N (Ph1-Ph2) L=N (Ph1+Ph2)
普通螺旋传动应用广泛 移动的位移 L=NPh
移动的方向 右旋螺纹用右手，左旋螺纹用左手。 手握空拳，四指顺着螺杆 (或螺母)回 转方向，大拇指竖直。 若螺杆 (或螺母)回转并移动，螺母 (或螺杆)不动，则大拇指指向即为螺 杆 (或螺母)的移动方向 若螺杆 (或螺母)原位回转，螺母 (或 螺杆)移动，则大拇指指向的相反方 向即为螺母 (或螺杆)的移动方向
3．普通螺旋传动直线移动方向的判定 ◆右旋螺纹用右手，左旋螺纹用左手。手握空拳， 四指顺着螺杆 (或螺母)回转方向，大拇指竖直。
◆若螺杆 (或螺母)回转并移动，螺母 (或螺杆)不动， 则大拇指指向即为螺杆 (或螺母)的移动方向
◆若螺杆 (或螺母)原位回转，螺母 (或螺杆)移动， 则大拇指指向的相反方向即为螺母(或螺杆)的移动 方向
§6—2 螺旋传动
2.普通螺旋传动直线移动距离的计算
普通螺旋传动中，螺杆（螺母）相对于螺母（螺杆）
每回转一圈，螺杆就移动一个导程Ph的距离。因此，移动
距离L等于回转圈数N 与导程Ph 的乘积，即：
L NPh
式中 L—移动件的移动距离，mm；
N—回转圈数，r ； Ph—螺纹导程，mm。
§6—2 螺旋传动