机械设计基础之螺旋传动
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。
机械设计基础-第5章-螺纹连接和螺旋传动
主要用于联接 多用于传动
螺纹的种类
粗牙：普通联接使用
普通螺纹自细锁牙性：好小。载荷、调整机构。
螺纹联 传接 动螺 螺纹 纹：圆管有锥螺矩螺纹形纹圆 圆高螺：锥 柱压纹管管 管管；路螺 螺路梯联纹 纹。形接： ：螺（具 管纹与有 路：圆自 联双锥封 接向管性传螺。动纹高；相温似、）
锯齿型螺纹：单向
外螺纹： 在圆柱表面上形成的螺纹。
内螺纹：在圆柱孔内壁上形成的螺纹。
按照螺纹的绕行方向分：
左旋：当把零件沿轴线垂 直放置时，螺旋线左端高 于右端。
右旋：当把零件沿轴线垂 直放置时，螺旋线右端高 于左端。
按照螺旋线的数目分： 单线螺纹、双线螺纹、三线螺纹
圆柱螺纹的主要参数
大径d 小径d1 中径d2 螺距P
导程Ph=zP 升角l tan γ=Ph/πd2
牙型角a、牙型斜角γ
常用螺纹的类型、牙型、特点和应用
§5-2 螺旋副的受力分析、效率和自锁
一、矩形螺纹
螺纹的截面形状为 矩形。
当在螺母上作用一 转矩T，使螺母等 速旋转并沿力FQ的 反向移动时，可看 为图b所示的滑块 在水平力Ft推动下 沿螺纹上移。
减小应力集中
避免附加弯曲应力
§5-6 螺旋传动
螺旋运动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求 的。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 力的场合。
螺旋传动的类型
传力螺旋
传导螺旋
调整螺旋
螺旋传动按照螺旋副内的摩擦性质不同，又可分为： 滑动螺旋、滚动螺旋、静压螺旋。
螺旋传动的主要运动方式： 螺母固定、螺杆旋转移动 螺杆旋转、螺母移动 螺母旋转、螺杆移动
当螺母旋转并沿力FQ的反向移动时，作用于螺纹中径处的水 平力Ft、克服螺纹中阻力所需的转矩T和螺旋副的效率η为：
机械基础第二章螺旋传动
v nPh
式中
──螺杆(或螺母)的移动速度， mm/min； n ──转速，r/min。
v
三、差动螺旋传动
1．差动螺旋传动原理
2．差动螺旋传动的移动距离和方向的确定 （1） 螺杆上两螺纹旋向相同时，活动螺母移动距离减 小。当机架上固定螺母的导程大于活动螺母的导程时，活 动螺母移动方向与螺杆移动方向相同；当机架上固定螺母 的导程小于活动螺母的导程时，活动螺母移动方向与螺杆 移动方向相反；当两螺纹的导程相等时，活动螺母不动 （移动距离为零）。 （2） 螺杆上两螺纹旋向相反时，活动螺母移动距离增 大。活动螺母移动方向与螺杆移动方向相同。 （3） 在判定差动螺旋传动中活动螺母的移动方向时， 应先确定螺杆的移动方向。
单线螺纹
双线螺纹
内螺纹
外螺纹
管螺纹
§2-2 普通螺纹的主要参数
１．大径（D、d）
2．小径（D1、d1）
３．中径（D２、d２）
４．螺距（P）
５．导程（Ph）
６．牙型角（ ）与牙侧角（ 1 2 ） 、
７．螺纹升角（ ）
§2-3 螺纹的代号标注
类型 普 粗牙 通 螺 细牙 纹 非螺纹 管 密封 螺 纹 螺纹密 封 梯形螺纹 锯齿形螺纹 特征代号 用途及说明
差动螺旋传动中活动螺母2的实际移动距离和方向，可 用公式表示。
L N ( Ph1 Ph 2 )
式中
L ——活动螺母2的实际移动距离，mm； N ——螺杆1的回转圈数；
Ph1 ——机架3上固定螺母的导程，mm； Ph2 ——活动螺母2的导程，mm 。
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。
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。
机械设计基础课件-3-6螺旋传动
按螺旋副的摩擦性质分为： 滑动螺旋传动 滚动螺旋传动
（一） 滑动螺旋传动 组成: 螺杆 螺母 牙形: 梯形螺纹(锯齿形、矩形) 传动特点： 1、能以较小的周向力传递很大的轴向力； 2、结构简单，制造容易; 3、传动效率低（一般为0.3～0.4）,易磨损。
滑动螺旋传动又可分为 ： ①普通螺旋传动 ②差动螺旋传动 ③相对位移螺旋传动
(二)滚动螺旋传动
在螺杆和螺母之间封闭循环的螺旋滚 道中放置若干钢球，当螺杆或螺母转动 螺旋称为滚 动螺旋，如图所示。
主要特点: 1)摩擦阻力少，效率高（η＝0.9以上） 2)运动平稳，动作灵敏 3)结构较为复杂，制造困难，不能自锁。 应用：
①普通螺旋传动 它是一种最常用的滑动传动，广泛用
于螺旋千斤顶，台虎钳、机床和飞机传 动机构中。
②差动位移螺旋传动
它是利用一螺杆上制有两段螺距不同 旋向相同的螺纹，实现螺杆传动较大角 质，而螺母只做微量移动的传动方式。 如图 示
差动位移螺旋传动中:
1)螺杆1有A、B两段螺距大小不等的螺纹，
2)在A段与座架3的螺孔啮合，其导程为SA； 3) B段与螺母2啮合，其导程为SB， 4)两段螺纹的旋向相同，
螺母2只能作相对于座架的轴向移动，不 能转动。这样当螺杆旋转一周时，螺母2移动 的距离L就等于两导程之差，即
L＝SA—SB
(3－38)
假设SA与SB很接近，则其差值L很小，从而 实现了微调目的。
如果螺杆1转动ψ角时，螺母2相对于座架3的 位移L为：
L＝（SA—SB）× φ /2π (3－39)
差动螺旋传动的优点是能产生很小的位移， 同时其螺旋导程并不太小，所以它常用于测 微器、分度机构及许多精密机床、仪器和工 具中。
§3-6 螺旋传动
机械设计基础螺纹连接与螺旋传动(教案)
第 7 章螺纹连结与螺旋传动一、教课要求本章内容包含螺纹连结和螺旋传动两个部分，详细教课要求以下：1）认识螺纹的基本知识，认识标准螺纹连结件和螺纹连结的基本种类、特征、标准构造、应用处合等。
认识螺纹的预紧和防松。
2）掌握单个螺栓连结的强度计算。
会进行螺栓的受力剖析，正确理解强度计算公式中各参数的含义，合理选择资料和确立许用应力。
3）掌握螺栓组连结的设计方法。
（1）认识螺栓组构造设计的原则。
（2）掌握 4 种典型螺栓组受力剖析，学会确立出螺栓组中受力最大的螺栓受力状况。
4）认识提升螺栓连结强度的举措。
5）认识螺旋传动的种类、特色及应用。
二、要点、难点要点： 1）单个螺栓连结的强度计算，特别是蒙受轴向静载荷的紧螺栓连结的强度计算。
2）螺栓组连结的构造设计，四种典型受力状况下螺栓组连结的受力剖析。
难点： 1）蒙受轴向静载荷的紧螺栓连结中的力与变形关系，确立FΣ值。
2）受旋转力矩、倾翻力矩的底板螺栓组连结的受力剖析。
三、教课安排教课内容学时数1.螺纹连结的基本知识2. 螺纹连结的预紧与防松 23. 单个螺栓连结的强度计算 24. 螺栓组连结的构造设计和受力剖析 25. 螺纹连结件的资料和许用应力6. 提升螺栓连结强度的举措27.滑动螺旋传动简介8.转动螺旋传动简介9. 讲堂议论——螺栓连结的受力剖析 2四、教课思路设计本章主要内容包含两个部分：第一部分为螺栓连结，是本章侧重议论的部分；第二部分为螺旋传动，仅作观点性介绍。
从螺纹连结的基本知识（参数、种类、标准代号），开始议论其连结的预紧与防松。
依据连接的工作状况得出松螺栓连结与紧螺栓连结二大类。
在不一样工作状况下，可得出不一样无效形式和受力剖析。
第一议论单个螺栓连结的设计计算，而后剖析螺栓组连结的设计计算，即求出螺栓组中受力最大的螺栓及构造设计。
第7章第1讲知识点1.1）螺纹的种类2）主要参数3）应用4）螺纹连结的基本种类2.1）螺纹连结的预紧2）螺纹连结的防松一、解说时注意几点1.7.1 螺纹连结的基本知识这节内容要注意三点：（ 1）右、左旋螺纹鉴别一定绝对正确。
机械设计基础第12章螺旋传动
b
D
Q/u
a
D2 a
式中： d ——螺纹大径（mm）；
n ——旋合扣数，nH/P；
[ ]、[ b ]——分别为螺纹材料的许用剪切应力和许用弯曲应力 ；
b ——螺纹根部宽度（mm），对于梯形螺纹 b0.65P 。
18
螺杆的强度计算 螺杆在轴向载荷和转矩的作用下产生正 应力和切应力, 螺杆的强度可按第四强度理论进行验算。 其计算公式为
高）高传动速度——多头螺纹、精度不高如目镜螺纹。 螺旋传动的旋向——运动要求、应优先选用右旋。
螺旋升角——综合传动效率与自锁（逆行程自锁≤ρΔ 传动效率， 值取大。
(5) 螺母长度与螺杆长度的确定 螺母长度影响螺旋付的摩擦、磨损、传动精度。
H=ψd2,ψ ——比例系数，整体式螺母ψ=1.5~2.5；开式螺 母ψ=2.5~3.5。
(3) 螺距的确定 按移动范围和降速比确定。 细牙螺纹——位移量较小、降速比大、逆行程自锁（光学 仪器特种细牙螺纹—d相同螺距和螺纹深度小）。( P =1、 0.75，0.5）
梯形螺纹或普通粗牙螺纹——要求相对位移量较大的传动 螺旋。 （P=1，1. 5，2）
7
(4) 螺旋线数、旋向与升角 测量螺旋传动中——单头（传动精度比多头螺纹精度
螺杆螺纹长度尽可能短（整个工作行程内与螺母正确 旋合前提下）。
螺杆的刚度——长度/螺纹小径 ≤ 25，否则进行稳定 性验算。
8
(6) 螺旋副材料的确定 螺杆材料——强度 耐磨性 加工性能好。
（精密传导螺旋、热处理后有较好的尺寸稳定性、较低的摩 擦系数和较高的耐磨性, 螺杆材料硬度比螺母要高）。 螺杆——45、50钢（中碳钢）调质处理；热处理后有 较高硬度和耐磨性的重要螺杆可用T12、65Mn、40Cr等钢； 热处理后要求尺寸稳定性好可用9Mn2V、CrWMn、 38CrMoAlA、GCr15、GCr15SiMn（滚动轴承钢）。 螺母——锡青铜、黄铜、聚乙烯、尼龙和耐磨铸铁 （ 重载可选用铝青铜或铸造黄铜、球墨铸铁和45钢）。
机械设计基础 第十二章 螺旋传动
传力螺旋
传导螺旋 调整螺旋
第一节 概述
（1）传力螺旋 （传递动力为主） 应用：举重器 螺旋千斤顶 螺旋压力机 特点： 低速 间歇工作 传递轴向力大 自锁
第一节 概述
（2）传导螺旋（传递运动为主） 应用：机床进给丝杠 特点： 速度高 连续工作、 精度高
第一节 概述
（3）调整螺旋 （调整并固定零件间的相对位置 ）
滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母 之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工 作，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。
第三节 其他螺旋传动简介
二、静压螺旋传动简介
液体摩擦，靠外部液压系统提高油压，压力油进入 螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹 牙间产生压力油膜而分隔开。
本章结束
特点：受力较小且不经常转动
应用：带传动张紧装置、机床卡盘、轧钢机轧 辊下压螺旋。
第一节 概述
按摩擦性质的不同，螺旋传动又可分为 滑动摩擦螺旋传动（简称滑动螺旋） 滚动摩擦螺旋传动（简称滚动螺旋/滚珠丝杠）
静压滑动摩擦螺旋传动（简称静压螺旋）。
第一节 概述
（1）滑动螺旋
优点：构造简单、传动比大，承载能力高，加工 方便、传动平稳、工作可Hale Waihona Puke 、易于自锁。剪切强度校核公式为
F zπDb
一圈螺纹沿螺纹大径展开图
螺纹大径
第二节 滑动螺旋传动的设计
四、螺杆强度校核 螺杆受轴向力F及转矩T的作用,
d2 TF tan( v ) 2
第四强度理论确定危险截面的计算应力
4F T ca 3 2 3 3 πd πd / 16 1 1
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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
静压螺旋
流体摩擦，传动效率高>90%
滚动摩擦螺旋
效率高，可达99％以上，传动精度高，不自 锁，运动平稳，寿命长，但结构复杂，成本 高，抗冲击性能差，不宜传递大载荷。
Power Screw
technische universiteit eindhoven
滚动摩擦螺旋
组第成一：螺杆、螺母、滚珠
在螺旋和螺母之间设有封闭的循环
右旋 导程 PA
右旋 导程 PB
差动螺旋： （慢移）
螺母轴向位移：
x
2
(S13
S12 )
反向螺旋：（快移）
螺母轴向位移： x 2 (S13 S12 )
单杠钢索调整装置
Power Screw
材料的选取：technische universiteit eindhoven
螺旋副需求：强度高、耐磨性、低磨檫系数
螺第杆一的材料：需经热处理以达到高硬度。 一重项般要选螺择杆中，碳则钢常，用第项要工求 具二有钢足T1第项够0,T的二1强2或度合，金常钢用6355M、n4、5号40钢Cr;、T12、
20CrMnTi等。
螺母材料：
除要有足够的强度外，还要求在与螺杆配合时摩擦系数小和耐磨。 常用材料有铸锡青铜，如ZCuSn10Pb1, ZCuSn5Pb5Zn5 重载低速使用强度较高的铸铝铁青铜ZCuAl10Fe3或铸黄铜 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 。 低速不重要的螺旋传动也可用耐磨铸铁或灰铸铁。
按运动形式不同，螺旋传动分为：
第一
项
第二 第二
螺床杆中转的动进，给项螺螺母旋，移龙项动门-刨--最床常横用梁的的形升式降装如置车
螺杆转动并移动，螺母固定不动 ---精度较
高，结构尺寸较大，如螺旋起重器，铣床工作 台升降机构等
螺母转动，螺杆移动---结构尺寸大且较复杂
，如平面磨床的垂直进给螺旋等
螺母转动并移动，螺杆固定不动---精度较低
磨损的影响因素：工作面的压强，螺纹表面质量，滑动 速度和润滑状态
所以耐磨性计算主要限制螺纹工作面上压强P要求小于 材料的许用比压。
①当速度相同时，压强大，磨损量大 ②润滑油不被挤出，易形成油膜润滑
Power Screw
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假想螺纹牙可以展成一长条，设螺旋的轴向载荷为F，螺母旋合
效形式是螺纹牙折断或剪断，螺杆断裂， 长螺杆受压失稳等。
Power Screw
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四、滑动螺旋的设计计算
第 项1.耐一磨滑性动计螺算旋中第螺母二磨损第是最二主要的一种失效形式，会引起 传动精度下降项，空间大项，并使强度下降。（反向间隙↑）
转矩←→推（拉）力。
Power Screw
technische univer旋传动的应用（应用场合）
第一
项
第二 第二
项项
二维数控台原理图
Power Screw
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2.螺旋传动的应用
第一
项
第二 第二
项 第二 第二 滑动摩擦
滚动摩擦
滚道，其间充以滚珠，这样就使螺 旋面的滑动摩擦成为滚动摩擦。
项 项 类型：外循环、内循环（3-5圈）
Power Screw
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三、螺旋传动的运动关系
第一 项一般螺旋螺：母轴第项向位二移：第项x二 2 S
螺母轴向速度： v nS 60
，如摇臂钻床横臂的升降装置及手动调整机构 等
Power Screw
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根据摩擦类型分类
第一 项滑动摩擦螺旋第二 第二 项 项 优点：结构简单、容易制造、传力较大、能够实现自锁要求，应用广泛。
梯形/锯齿形螺纹。 缺点：容易磨损、传动效率低
Power Screw
螺旋传动的失效 technische universiteit eindhoven
第一 项 受、螺轴螺旋向 纹传载 起动荷 重工Q器作第项。所时二图受，14的在-第项载1承分二荷受别图转示。矩出T了的螺同旋时压，力还机承
螺旋传动的主要失效形式是螺纹磨损（它与
材料、润滑和工作表面的压强有关），其他失
项 项 产生较大的轴向推力。一般间歇工作，
工作速度不高，而且通常要求自锁。
2、传导螺旋 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。
3、调整螺旋 用以调整并固定零件
或部件之间的相对位置。 要求能自锁。
传导螺纹
Power Screw
传力螺纹 调整螺纹
technische universiteit eindhoven