螺纹的形成与螺旋传动

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1、第11章螺纹的形成与螺旋传动11.1螺纹的形成原理和类型及其主要参数11.2螺旋副的受力分析、效率和自锁11.3螺旋传动*11.1螺纹的形成原理和类型及其主要参数d2螺旋线----将一与水平面倾斜角为的直线绕在圆柱体上，即可形成一条螺旋线。螺纹----一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按回转体的内外表面分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺

2、纹锯齿形螺纹15º30º3º30º按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按回转体的内外表面分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按螺旋线的根数分按回转体的内外表面分按螺旋的作用分按母体形状分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹单线螺纹多线螺纹一般:n≤4双线螺纹单线螺纹PSS=2PPSPS=Pn线螺纹:S=nP按螺纹的牙型分螺纹的分类按螺纹的旋向分按回转体的内外表面分矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹右旋螺纹左旋螺纹外螺纹内螺纹螺纹副外螺纹内螺纹(3

3、)中径d2也是一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。βd1d2d(1)大径d与外螺纹牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱体的直径。(2)小径d1与外螺纹牙底(或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱体的直径。(4)螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程S(6)螺纹升角ψ中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角(7)牙型角α轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。tgψ=πd2nP牙侧角βαβψπd2SψS=nP同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应

4、两点间的轴向距P11.2螺纹的主要几何参数SPP/2P/2(8)接触高度h内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。h如图所示，在外力（或外力矩）作用下，螺旋副的相对运动，可看作推动滑块沿螺纹表面运动。11.2螺旋副的受力分析、效率和自锁11.2.1矩形螺纹如图所示，将矩形螺纹沿中径d2处展开，得一倾斜角为l的斜面，斜面上的滑块代表螺母，螺母与螺杆的相对运动可看成滑块在斜面上的运动。如图所示，当滑块沿斜面向上等速运动时，所受作用力包括轴向载荷FQ、水平推力F、斜面对滑块的法向反力FN以及摩擦力Ff。FN与Ff的合力为FR，Ff=

5、fFN，f为摩擦系数，FR与FN的夹角为摩擦角r。由力FR、F和FQ组成的力多边形封闭图得F=FQtan(l+r)（11-1）转动螺纹所需的转矩为螺旋副的效率h是指有用功与输入功之比。螺母旋转一周所需的输入功为W1=2pT1，有用功为W2=FQ×S，其中，S=pd2tanl。（11-2）螺旋副的效率为（11-3）效率h与螺纹升角l和摩擦角r有关，螺旋线的线数多、升角大，则效率高，反之亦然。当r一定时，对式（11-3）求极值，可得当升角l40°时效率最高。螺纹升角过大，螺纹制造很困难，而且当l>25°后，效率增长不明显，

6、因此，通常升角不超过25°。如图11-5b示，当滑块沿斜面等速下滑时，轴向载荷FQ变为驱动滑块等速下滑的驱动力，F为阻碍滑块下滑的支持力，摩擦力Ff的方向与滑块运动方向相反。由FR、F和FQ组成的力多边形封闭图得F=FQtan(l-r)（11-4）（11-5）此时，螺母反转一周时的输入功为W1=FQS，输出功为W2=Fpd2，则螺旋副的效率为由式（11-5）可知，当lr时，h0，说明无论FQ力多大，滑块（即螺母）都不能运动，这种现象称为螺旋副的自锁。h=0表明螺旋副处于临界自锁状态。lr因此螺旋副的自锁条件是设

7、计螺旋副时，对要求正反转自由运动的螺旋副，应避免自锁现象，工程中也可以应用螺旋副的自锁特性，如起重螺旋做成自锁螺旋，可以省去制动装置。非矩形螺纹是指牙形角a不等于零的螺纹，包括三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。如图11-6所示，非矩形螺纹的螺母与螺杆相对运动时，相当于楔形滑块沿楔形槽的斜面移动。11.2.2非矩形螺旋副非矩形螺纹的受力分析与矩形螺纹的受力分析过程一样，而矩形螺纹与非矩形螺纹的不同之处在于，在相同轴向载荷FQ作用下，非矩形螺纹的法向力比矩形螺纹大。不同螺纹副间的受力螺母螺杆矩形三角形螺杆螺母引入当量摩擦系数

8、fv和当量摩擦角rv来考虑非矩形螺纹法向力的增加量，即用当量摩擦角rv代替式（11-1）至式（11-6）中的r可相应得到非矩形螺纹，当螺母分别处于等速上升和等速下降时，螺母所需的水平推力F、转动螺母所需转矩T1和螺旋副效率h的计算公式以及螺旋副自锁的条件。牙形角a越大，螺纹效率越低。三角螺纹自锁性能比矩形螺纹好，静联