第9章 螺旋传动
机械设计基础第9章 螺纹连接
ψ
Fa
11
重物下滑过程分析：
ψ
R
当ψ >ρ时
N
v
ρ
滑块在重力作用下会加速下滑
要使其匀速下滑，还要施加少
量的水平力F（F > 0）
F = Fa tan(ψ-ρ）
fN F
ψ
Fa
此时F 由驱动力变为阻力，而Fa由阻力变为驱动力
当ψ ≤ρ时
由于摩擦力过大，重物不能自行下滑，而在斜面上保持静止
要使其下滑需施加反向力， F ≤ 0，此时F 变为驱动力
tan S np d2 d2
ψ
4
二、螺纹的分类
普通螺纹 三角形
粗牙螺纹 一般连接 细牙螺纹 薄壁零件或微调装置
管 螺 纹 管路连接
牙 矩形 型 梯 形 传递运动或传力
锯齿形 (效率高)
牙顶较大圆角，旋合 后无径向间隙，英制
细牙螺纹
5
四种螺纹的牙侧角：
β=0° β=3°
β=15°
β=30°
螺纹旋向： 常用右旋，特殊要求时用左旋
一、螺旋线方向的判定
左(右)手自然展开成掌， 使拇指与螺纹轴线平行，若左 手四个指头的指向与螺纹牙走 向一致，则螺纹为左旋螺纹； 则螺纹为右旋螺纹。(见右图 中左旋螺纹的判定)
二、螺纹轴向力的判定
在螺母固定的情况下，旋动螺杆时，螺杆将沿轴线方 向前进或后退，这说明螺杆受到了一个沿运动方向的作用 力。该作用力方向的判定方法是对左、右旋螺纹分别采用 左、右手定则。具体做法如下：拇指伸直，其余四指握拳， 令四指弯曲方向与螺杆转动方向一致，拇指的指向即是螺 杆前进的方向。
此种现象称为“自锁”，自锁条件是： ψ ≤ρ
12
§9-2 螺纹副受力分析、效率和自锁
《精密机械基础》知识点汇总知识分享
精密机械设计考试重点整理第二章工程材料和热处理低碳钢：含碳≤0.25% 中碳钢：含碳0.25%~0.60% 高碳钢：含碳＞0.60%第四节钢的热处理（P23）普通热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理：表面淬火、化学热处理第四章平面机构的结构分析机构是按一定方式联接的构件组合体。
使两构件直接接触，而又能产生一定相对运动的联接（可动联接）称为运动副。
点接触或线接触的运动副成为高副；面接触的运动副称为低副。
机构运动简图的画法（P67例题4-1）第四节平面机构的自由度构件所具有的独立运动数目称为自由度，做平面运动的自由构件具有三个自由度。
机构自由度计算公式F=3n-2P L-P H自由度等于1的机构，在具有一个原动件时运动是确定的。
机构自由度、原动件数目与机构运动之间的关系：①当F≤0时，构件间不可能具有相对运动；②当F＞0时，原动件数大于机构自由度，机构会遭到损坏；原动件数小于机构自由度，机构运动不确定；③只有当原动件数等于机构自由度时，机构才具有确定的运动。
计算机构自由度时应注意的事项：（P69）①复合铰链：在同一轴线上有两个以上的构件用转动副联接时，则形成复合铰链。
若有m个构件用复合铰链联接时，则应含有（m-1）个转动副。
②局部自由度：在有些机构中，某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动，把这些构件所产生的这种局部运动的自由度称为局部自由度。
③虚约束：在机构中，有些运动副的约束可能与其他运动副的约束重复，因而这些约束对机构的运动实际上并无约束作用，这类约束称为虚约束。
第五节平面机构的组成原理和结构分析高副低代（P71）（什么是高副低代？怎么样代？特殊情况？）不能再拆的最简单的自由度为零的构件称为组成机构的基本杆组。
由二个构件三个低副组成，称之为Ⅱ级杆组，是应用最广的杆组。
平面机构的结构分析（P74）第五章平面连杆机构平面连杆机构是由若干刚性构件用低副（回转副、移动副）联接而成的一种机构，主要作用是用来传递运动、放大位移或改变位移的性质。
2023大学_精密机械设计(庞振基黄其圣著)课后答案
2023精密机械设计(庞振基黄其圣著)课后答案精密机械设计(庞振基黄其圣著)内容简介前言基本物理量符号表绪论第一章精密机械设计的基础知识第一节概述第二节零件的工作能力及其计算第三节零件与机构的误差估算和精度第四节工艺性第五节标准化、系列化、通用化第六节零件的设计方法及其发展思考题及习题第二章工程材料和热处理第一节概述第二节金属材料的力学性能第三节常用的工程材料第四节钢的热处理第五节表面精饰第六节材料的选用原则思考题及习题第三章零件的几何精度第一节概述第二节极限与配合的基本术语和定义第三节光滑圆柱件的极限与配合及其选择第四节形状与位置公差及其选择第五节表面粗糙度及其选择思考题及习题第四章平面机构的结构分析第一节概述第二节运动副及其分类第三节平面机构的运动简图第四节平面机构的自由度第五节平面机构的组成原理和结构分析思考题及习题第五章平面连杆机构第一节概述第二节铰链四杆机构的基本型式及其演化第三节平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念第四节平面四杆机构的设计思考题及习题第六章凸轮机构第一节概述第二节从动件常用运动规律第三节图解法设计平面凸轮轮廓第四节解析法设计平面凸轮轮廓第五节凸轮机构基本尺寸的确定思考题及习题第七章摩擦轮传动和带传动第一节概述第二节磨擦轮传动第三节磨擦无级变速器第四节带传动第五节同步带传动第六节其它带传动简介思考题及习题第八章齿轮传动第一节概述第二节齿廓啮合基本定律第三节渐开线齿廓曲线第四节渐开线齿轮各部分的名称、符号和几何尺寸的计算第五节渐开线直齿圆柱齿轮传动第六节渐开线齿廓的切制原理、根切和最少齿数第七节变位齿轮第八节斜齿圆柱齿轮传动第九节齿轮传动的失效形式和材料第十节圆柱齿轮传动的强度计算第十一节圆锥齿轮传动第十二节蜗杆传动第十三节轮系第十四节齿轮传动精度第十五节齿轮传动的空回第十六节齿轮传动链的设计思考题及习题第九章螺旋传动第一节概述第二节滑动螺旋传动第三节滚珠螺旋传动第四节静压螺旋传动简介思考题及习题第十章轴、联轴器、离合器第一节概述第二节轴第三节联轴器第四节离合器思考题及习题第十一章支承第一节概述第二节滑动摩擦支承第三节滚动摩擦支承第四节弹性摩擦支承第五节流体摩擦支承及其它形式支承第六节精密轴承思考题及习题第十二章直线运动导轨第一节概述第二节滑动摩擦导轨第三节滚动摩擦导轨第四节弹性摩擦导轨第五节静压导轨简介思考题及习题第十三章弹性元件第一节概述第二节弹性元件的基本特性第三节螺旋弹簧第四节游丝第五节片簧第六节热双金属弹簧第七节其它弹性元件简介思考题及习题第十四章联接第一节概述第二节机械零件的联接第三节机械零件与光学零件的联接思考题及习题第十五章仪器常用装置第一节概述第二节微动装置第三节锁紧装置第四节示数装置第五节隔振器思考题及习题第十六章机械的计算机辅助设计第一节概述第二节计算机辅助设计系统的原理与构成第三节表格和线图的处理第四节机械优化设计第五节设计举例思考题及习题参考文献精密机械设计(庞振基黄其圣著)目录本书对精密机械及仪器仪表中常用机构和零部件的工作原理、适用范围、结构、设计计算方法，以及工程材料、零件几何精度的基础知识等诸方面均作了较为详细的阐述。
第9章 螺旋机构、万向联轴器、间歇运动机构
Fig.9-3 Single universal joint(单万向联轴器)
2.双万向联轴器
在双万向联轴器中，为使主、 从动轴的角速度始终保持相等， 应满足如下条件：
1) 主、从动轴Ⅰ、Ⅱ与中间轴Ⅲ 应位于同一平面内。 2) 中间轴两端的叉面应位于同一 平面内。 3) 主动轴与中间轴的夹角应等于 从动轴与中间轴的夹角。
Fig.9-18 Worm-cam index mechanisms (蜗杆式凸轮分度机构) 1—driving cam(主动轮)2—driven plate(从 动轮)
9.6 不完全齿Βιβλιοθήκη 机构在不完全齿轮机构中，主动轮1连续转动，当轮齿 进入啮合时，从动轮2开始转动；当轮齿退出啮合时， 由于主动轮1和从动轮2上锁止弧的密合定位作用，使得 从动轮2处于停歇位置，从而实现了从动轮2的间歇转动。 图9-19为外啮合不完全齿轮机构示意图。
Fig.9-12 Geneva wheel mechanisms 1(槽轮机构1)
1.槽轮机构的类型
空间槽轮机构用来传递相交轴的间歇运动。图9-13a为垂直 相交轴间的球面槽轮机构，槽轮呈半球形，主动销轮1、球面槽 轮3以及圆销2的轴线都通过球心，当主动销轮1连续转动时，球 面槽轮3作单向间歇转动。图9-13b为移动型槽轮机构，可实现 圆弧齿条的间歇移动。
Fig.9-19 Partial external gear teeth mechanisms(外啮合不完全齿轮机构) 1—driving gear(主动轮)2—driven gear(从动轮)
不完全齿轮机构有外啮合、内啮合及齿轮齿条三种 形式，图9-20a为内啮合不完全齿轮机构，图9-20b为齿 条型不完全齿轮机构，图9-20c为锥齿轮组成的不完全 齿轮机构。
机械设计基础教材
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F = 3×3–2×4 = 1
F = 3×4–2×5 = 2
n = 3
Pl= 4
n = 4
Pl = 5
如图1-12（a）：
如图1-12（b）：
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【例1-2】如图1-13所示，计算曲柄滑块机构的自由度。 活动构件数n=3低副数高副数
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平面机构运动简图的绘制
绘制机构运动简图的步骤：（1）分析机构的组成，观察相对运动关系，了解其工作原理。（2）确定所有的构件（数目与形状）、运动副（数目和类型）。（3）选择合理的位置，能充分反映机构的特性。（4）确定比例尺 （5）用规定的符号和线条绘制成机构运动简图。
1. 机构运动简图的定义
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运动副及构件的表示方法
1．构件构件均用直线或小方块来表示，如图1-6示。
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2．转动副
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3．移动副 如图1-8所示，注意移动副的导路应与两构件相对移动的方向一致。
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4．高副两构件组成高副时的相对运动与这两个构件在接触处的轮廓形状有直接关系，因此，在表示高副时必须画出两构件在接触处的曲线轮廓。如图1-8、图1-9所示为齿轮高副和凸轮高副的表示方法。
图1-4 （a）凸轮高副
平面机构中高副引入一个约束，保留两个自由度。
图1-4 （b）齿轮高副
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运动链与机构
运动链：两个以上的构件以运动副连接而构成的系统。如图1-5所示，若运动链中各构件首尾相连，则称之为闭式运动链，否则称为开式运动链。
螺旋传动
多用梯形螺纹,重载起重螺旋也有用锯齿形螺 纹, 对效率要求高时可用矩形螺纹
滑动螺旋的失效形式和材料 螺旋受力： 滑动螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转 矩；螺杆和螺母的螺纹牙承受挤压、弯曲 和剪切 滑动螺旋的失效形式有： 螺纹磨损、 螺杆断裂、 螺纹牙根剪断和弯断， 受压螺杆很长时还可能失稳
1 2
3 4 5 6 7 8 9
1-托杯；2-螺钉；3-手柄；4-挡环；5-螺母； 6-紧定螺钉；7-螺杆；8-底座；9-挡环
立式螺旋千斤顶
剪式螺旋千斤顶
螺旋传动按其螺纹间摩擦性质的不同,可分为: 滑动螺旋：滑动摩擦，结构简单，加工方 便，应用最广。 滚动螺旋：滚动摩擦
静压螺旋：液体摩擦
由上面的计算得到：d2≥?
查螺纹标准:梯形、锯齿形、矩形
查表8-45 [2] ，取螺纹公称直径 ， 查表8-46 [2] ，根据梯形螺纹的标准
,得梯形螺纹其它尺寸：
螺杆小径，螺杆螺母中径；
螺母大径，螺母小径。
螺母高度：H=Φ d2
螺母工作圈数： u=H/P≤10
螺纹牙根部宽度：
b=0.65P(梯形)
h --螺纹牙的工作高度，mm(已知)
b --螺纹牙根部厚度，mm(已知)
[]b、[]--螺母材料的许用剪切应力
和许用弯曲应力，MPa
（表5-13，P98）
6．螺母外径与凸缘的强度校核
尺寸计算后取整！
6.1螺母外径的强度校核
螺母下端悬置部分既受到拉力的作用，又受到螺纹牙上
摩擦力矩对螺母的作用。将拉力增大20%~30%来考虑力矩对
螺杆的材料：
要求有足够的强度，常用35、45号钢;需经热处 理以达到高硬度的重要螺杆，则常用合金钢， 如65Mn、40Cr、T12、20CrMnTi等
螺旋传动教学方案
3、螺杆和螺母之一作原位旋转运动，另一作直线移动，则大拇指的相反方向即为螺杆或螺母的移动方向。
四、直线移动距离的计算
在普通螺旋传动中，螺杆（或螺母）的移动距离与螺纹的导程有关。螺杆相对螺母每回转一圈，螺杆（或螺母）移动一个导程的距离。因此，移动距离等于回转圈数与导程的乘积，即
3、螺杆和螺母之一作原位旋转运动，另一作直线移动，则大拇指的相反方向即为螺杆或螺母的移动方向。
四、直线移动距离的计算
L=N×S
v=n×S
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
引入
新授
复习螺纹的标记。
螺旋传动是用内、外螺纹组成的螺旋副来传递运动和动力的传动装置。螺旋传动主要用来把主动件的回转运动转变为从动件的直线往复运动。如图2-21所示为车床拖板箱的螺旋传动，主动件螺杆作旋转运动，可带动从动件螺母作直线运动，通过螺母的直线运动，带动大拖板运动。
课题序号
11
授课班级
0911
授课课时
2
授课形式
新授
授课章节
名称
螺旋传动
使用教具
无
教学目的
知识目标：掌握螺旋传动特点。
技能目标：会判断螺旋传动方向，会计算位移和速度。
情感目标：通过本节的学习，培养学生认真学习，细致的作风。
教学重点
螺旋传动特点。
教学难点
判断螺旋传动方向，会计算位移和速度。
更新、补充、删节内容
无
课外作业
练习
教学后记
螺旋传动方向的判断，位移和速度的计算较难，有不少不能
正确掌握。
授课主要内容或板书设计
机械设计基础(机工版)教案：螺纹连接及螺旋传动
章节名称螺纹连接及螺旋传动授课形式讲授课时3班级电气、机电教学目的了解螺纹的应用和分类、代号教学重点1、了解螺纹及主要参数；2、机械制造常用螺纹及螺纹联接的基本类型3、提高螺栓联接强度的措施4、螺旋传动的类型、特点及应用教学难点1、螺纹联接的预紧和防松手段2、螺栓联接的强度计算与校核辅助手段模型或多媒体辅助教学过程及说明;★教具演示并导入新课：（讲解相关理论知识）螺纹联接:利用螺纹零件将两个或两个以上的零件相对固定起来的联接。
螺旋传动:利用螺纹零件将回转运动变为直线运动，从而传递运动或动力的装置.一、螺纹的形成二、螺纹的类型1、按线数分在圆柱体上沿一条螺旋线切制的螺纹，称为单线螺纹。
也可沿二条、三条螺旋线分别切制出双线螺纹和三线螺纹。
单线螺纹主要用于联接，多线螺纹主要用于传动。
2、按螺旋线绕行方向按螺旋线绕行方向的不同，又有右旋螺纹和左旋螺纹之分。
通常采用右旋螺纹，左旋螺纹仅用于有特殊要求的场合。
3、位置分螺纹有外螺纹和内螺纹之分。
在圆柱体外表面上形成的螺纹，称为外螺纹，在圆孔的表面上形成的螺纹，称为内螺纹。
普通螺纹又有粗牙和细牙两种。
公称直径相同时，细牙螺纹的螺距小，升角小，自锁性好，螺杆强度较高，适用于受冲击、振动和变载荷的联接以及薄壁零件的联接。
细牙螺纹比粗牙螺纹的耐磨性差，不宜经常拆卸，故生产实践中广泛使用粗牙螺纹。
三、螺纹的主要参数螺纹的主要参数：(1)大径(d、D)——螺纹的最大直径。
对外螺纹是牙顶圆柱直径(d)，对内螺纹是牙底圆柱直径(D)。
标准规定大径为螺纹的公称直径。
(2)小径(d1、D1)——螺纹的最小直径。
对外螺纹是牙底圆柱直径(d1)，对内螺纹是牙顶圆柱直径(D1)。
(3)中径(d2、D2)——处于大径和小径之间的一个假想圆柱直径，该圆柱的母线位于牙型上凸起(牙)和沟槽(牙间)宽度相等处。
此假想圆柱称为中径圆柱。
(4)螺距(P)——在中径线上，相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
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（2）若螺杆左右两段旋向相反，则螺母位移为： l=φ /2π （ Ph1+Ph2） 主要用于快速加紧或锁紧装置
三、影响螺旋传动精度的主要因素及其对策 1.传动精度的概念 • 传动精度是指螺杆与螺母间的实际相对运动保持理论值的准确程 度。
• 相对位移理论值：l=Phφ /2π =zPφ /2π
2.影响传动精度的主要因素 由 l=Phφ /2π =zPφ /2π 可知：影响精度的主要因素是螺距误差
1.大转角，小位移。
3.可自锁，保安全。
二、型式及应用 1.螺母固定，螺杆转动并移动
4.磨损快，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ率低。
• 单点支撑，刚性差；适用场合，短行程
•应用：
2.螺母移动，螺杆转动 • 双点支撑，刚性好；适用场合，长行程 •应用：
3 差动螺旋传动 （1）若螺杆左右两段旋向相同，则螺母位移为： l=φ /2π （ Ph1-Ph2） 主要用于微动装置
传动误差。
• 2.消除方法 （1）利用单向作用力 （2）利用调整螺母（径向、轴向）
（3）利用塑料螺母
9.3 滚珠螺旋和静压螺旋简介 一、滚珠螺旋工作原理
二、静压螺旋工作原理
2．差速式螺旋机构
如图所示为差速式螺旋机构简图
。设A、B两处的螺旋方向相同，两导程 之间的差值很小，则当螺杆转动时，
螺母可实现极其缓慢的差速移动。
优点：能得到极小的位移，
而其螺纹的导程又无需太小，
便于加工制造。
差速式螺旋机构
用途：较精密的机械或仪器中。
1－螺杆
2－螺母（或滑块） 3－机架
差动式微调镗刀杆 1－螺杆 2－镗刀 3－刀套 4－镗杆
第9章
螺旋传动 1－螺杆
2－螺母
3－机架
机床手摇进给机构
特性：将回转运动变为直线移动。 优点：是结构简单，制造方便，能将较小的回转力矩转变为较大的轴向
力，能达到较高的传动精度，并且工作平稳，定位可靠。
缺点：是摩擦损失大，传动效率低。
1．单速式螺旋机构 当螺杆旋转时，螺母以某一速 度作轴向移动。
台虎钳 1－螺杆 2－活动钳口 3－固定钳口
缺点：结构复杂，尺寸大，制造技术要求高。 用途：数控机床和精密机床的进给机构、重型机械的升降机构
精密测量仪器、及各种自动控制装置中。
1－螺母 2－丝杠 3－滚珠 4－滚珠循环装置
滚珠螺旋机构
螺杆转动，螺母移动
螺母固定，螺杆转、移动
三种运动形式
螺母转动，螺杆移动
9.1 概述
一、按作用分类
1.传导螺旋（示数螺旋传动）：
要求？
实例？
2.传力螺旋：
要求？例子？。
3.一般螺旋传动 ：要求？例子？
二、按接触面摩擦性质分类 1.滑动螺旋传动；
2.滚动螺旋传动；
3.静压螺旋传动
三、运动方程： l=Phφ /2π
l——螺杆或螺母的位移 Ph——导程 φ ——螺杆和螺母之间的相对转角
9.2
滑动螺旋传动
2.小力矩，大力气。
一、特点
3.措施
• 各种加工、装配误差难以避免，制造精度的提高也有极限值并使
成本大大增加。因此，采用误差矫正装置是一个好的方法。
• 误差矫正原理图：
四、消除螺旋传动空回的方法
1.空回
•间隙的存在导致螺杆转动方向改变时螺母不能立即产生反向运
动。————空回现象。
•影响： 对于在正反向工作下的精密螺旋传动，空回将直接引起
3．增速式螺旋机构
螺杆1上，a、b 两段螺纹旋向相反，当螺杆1在支架3的支承内转动时，
两螺母2和2′将在滑槽内产生较快的逆向运动，或快速分离，或快速趋合。 常用于机械加工自动定心夹具和两脚规中。
自动定心夹具的螺旋机构 1－螺杆 2、2 －螺母
，
3－机架
4、滚珠螺旋机构
优点：摩擦阻力小，传动效率高，运动稳定，动作灵敏；