Northeastern University 1 Northeastern University 2 螺 旋 機 構(gòu) 應(yīng) 用 較 廣 ， 常 用 的 螺 旋 機 構(gòu) ： 千 斤 頂 、 千 分 尺 、 絲 杠 等 。三 種 螺 旋 機 構(gòu) 圖 ：（ 1） 螺 桿 1轉(zhuǎn) 動 并 移 動 ， 螺 母 2固 定1.組 成 ： 螺 旋 機 構(gòu) 的 組 成 ： 螺 母 、 螺 桿 、 機 架 Northeastern University 3 （ 2） 螺 桿 轉(zhuǎn) 動 ， 螺 母 移 動（ 3） 螺 桿 移 動 ， 螺 母 轉(zhuǎn) 動 Northeastern University 4 Northeastern University 5 2. 螺 旋 機 構(gòu) 的 功 用變 換 運 動 方 式 ： 移 動 變 轉(zhuǎn) 動 ， 轉(zhuǎn) 動 變 移 動 。 圖 例 2-2微 小 位 移 量 的 測 量 ： 例 1： 螺 旋 千 分 尺 習 題 圖 2-7， P26 例 2： 微 壓 計 圖 2-3， P16微 調(diào) ：增 力 ： 例 如 千 分 尺 Northeastern University 6 1. 螺 紋 的 形 成將 底 邊 為 d的 直 角 三 角 形 ， 繞 在 直 徑 為 d、 底 面 與 三 角 形 底邊 共 面 的 圓 柱 體 上 ， 則 三 角 形 斜 邊 就 在 圓 柱 面 上 形 成 螺 線 。 Northeastern University 7螺 紋 d2螺 旋 線 - 一 動 點 在 一 圓 柱 體 的 表 面 上 ， 一 邊 繞 軸 線 等 速 旋 轉(zhuǎn) ， 同 時 沿 軸 向 作 等 速 移 動 的 軌 跡 。螺 紋 - 一 平 面 圖 形 沿 螺 旋 線 運 動 ， 運 動 時 保 持 該 圖 形 通 過 圓 柱 體 的 軸 線 ， 就 得 到 螺 紋 。 Northeastern University 8 （ 2） 螺 紋 的 參 數(shù)外 徑 （ 大 徑 ） d（ D） ： 與 外 螺 紋 牙 頂 相 重 合 的 假 想 圓 柱 面 直 徑 ，亦 稱 公 稱 直 徑 。內(nèi) 徑 （ 小 徑 ） d1(D1) ： 與 外 螺 紋 牙 底 相 重 合 的 假 想 圓 柱 面 直 徑 。中 徑 d2 ： 在 軸 向 剖 面 內(nèi) 牙 厚 與 牙 間 寬 相 等 處 的 假 想 圓柱 面 的 直 徑 ， d2 0.5(d+d1)。螺 紋 升 距 S ： 螺 紋 旋 繞 一 周 升 高 的 距 離 。 S螺 紋 升 角 ： 用 規(guī) 定 螺 紋 中 徑 的 螺 旋 線 升 角 代 替 螺 紋 升 角 。2dStg Northeastern University 9 牙 形 角 ： 軸 向 截 面 內(nèi) 螺 紋 牙 型 相 鄰 兩 側(cè) 邊 的 夾 角 。 牙 型 側(cè) 邊 與 螺 紋 軸 線 的 垂 線 間 的 夾 角 。 三 角 螺 紋 ： 2 =60 梯 形 螺 紋 ： 2 =30 矩 形 螺 紋 ： 2 =0螺 紋 旋 向 ： 有 左 旋 和 右 旋 之 分 ， 右 旋 最 常 用 。螺 紋 線 數(shù) Z： 有 單 線 螺 紋 、 雙 線 螺 紋 、 三 線 螺 紋 。螺 距 P： 相 鄰 螺 紋 對 應(yīng) 點 之 間 的 軸 向 距 離 ， 與 升 距 之 間 的 關(guān) 系 如 下 ： ZSP Northeastern University 10 Northeastern University 11 按 螺 紋 的 牙 型 分螺紋的分類 按 螺 紋 的 旋 向 分按 螺 旋 線 的 根 數(shù) 分按 回 轉(zhuǎn) 體 的 內(nèi) 外 表 面 分按 螺 旋 的 作 用 分 按 母 體 形 狀 分 矩 形 螺 紋三 角 形 螺 紋梯 形 螺 紋鋸 齒 形 螺 紋 Northeastern University 12 螺 紋 的 牙 型矩 形 螺 紋 三 角 形 螺 紋 梯 形 螺 紋 鋸 齒 形 螺 紋15 30330 潘 存 云 教 授 研 制 潘 存 云 教 授 研 制 Northeastern University 13鋸 齒 形 螺 紋 三 角 形 螺 紋 矩 形 螺 紋梯 形 螺 紋 Northeastern University 14 按 螺 紋 的 牙 型 分螺紋的分類 按 螺 紋 的 旋 向 分按 螺 旋 線 的 根 數(shù) 分按 回 轉(zhuǎn) 體 的 內(nèi) 外 表 面 分按 螺 旋 的 作 用 分 按 母 體 形 狀 分 矩 形 螺 紋三 角 形 螺 紋梯 形 螺 紋鋸 齒 形 螺 紋右 旋 螺 紋左 旋 螺 紋 Northeastern University 15 按 螺 紋 的 牙 型 分螺紋的分類 按 螺 紋 的 旋 向 分按 螺 旋 線 的 根 數(shù) 分按 回 轉(zhuǎn) 體 的 內(nèi) 外 表 面 分按 螺 旋 的 作 用 分 按 母 體 形 狀 分 矩 形 螺 紋三 角 形 螺 紋梯 形 螺 紋鋸 齒 形 螺 紋右 旋 螺 紋左 旋 螺 紋單 線 螺 紋多 線 螺 紋 一 般 : n 4n線 螺 紋 : S = n P 雙 線 螺 紋單 線 螺 紋PS S = 2PPS PS =P Northeastern University 16 按 螺 紋 的 牙 型 分螺紋的分類 按 螺 紋 的 旋 向 分按 螺 旋 線 的 根 數(shù) 分按 回 轉(zhuǎn) 體 的 內(nèi) 外 表 面 分按 螺 旋 的 作 用 分 按 母 體 形 狀 分 矩 形 螺 紋三 角 形 螺 紋梯 形 螺 紋鋸 齒 形 螺 紋右 旋 螺 紋左 旋 螺 紋單 線 螺 紋多 線 螺 紋外 螺 紋內(nèi) 螺 紋 Northeastern University 17外 螺 紋 內(nèi) 螺 紋 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 Northeastern University 18 按 螺 紋 的 牙 型 分螺紋的分類 按 螺 紋 的 旋 向 分按 螺 旋 線 的 根 數(shù) 分按 回 轉(zhuǎn) 體 的 內(nèi) 外 表 面 分按 螺 旋 的 作 用 分 按 母 體 形 狀 分 矩 形 螺 紋三 角 形 螺 紋梯 形 螺 紋鋸 齒 形 螺 紋右 旋 螺 紋左 旋 螺 紋單 線 螺 紋多 線 螺 紋外 螺 紋內(nèi) 螺 紋聯(lián) 接 螺 紋傳 動 螺 紋 螺 旋 傳 動 Northeastern University 19潘 存 云 教 授 研 制聯(lián) 接 螺 紋 傳 動 螺 紋 Northeastern University 20 按 螺 紋 的 牙 型 分螺紋的分類 按 螺 紋 的 旋 向 分按 螺 旋 線 的 根 數(shù) 分按 回 轉(zhuǎn) 體 的 內(nèi) 外 表 面 分按 螺 旋 的 作 用 分 按 母 體 形 狀 分 矩 形 螺 紋三 角 形 螺 紋梯 形 螺 紋鋸 齒 形 螺 紋右 旋 螺 紋左 旋 螺 紋單 線 螺 紋多 線 螺 紋外 螺 紋內(nèi) 螺 紋聯(lián) 接 螺 紋傳 動 螺 紋 圓 柱 螺 紋圓 錐 螺 紋 Northeastern University 21圓 柱 螺 紋 圓 錐 螺 紋管 螺 紋 Northeastern University 22 1.簡 單 螺 旋 機 構(gòu) 指 由 單 一 升 程 （ 導 程 ） 的 螺 旋 副 組 成 的 螺 旋 機 構(gòu) 。 例 1. 車 床 螺 旋 副 Northeastern University 23 螺 桿 轉(zhuǎn) 動 時 ， 螺 桿 移 動 的 距 離 為 H，由 于 是 線 性 關(guān) 系 ， 可 以 寫 為 ： HS 2故 有 ： 2SH Northeastern University 24 2. 差 動 螺 旋 機 構(gòu) 由 升 距 不 同 的 多 對 螺 旋 副 組 成 的 復 合 螺 旋 機 構(gòu) 。 功 用 ： 微 量 調(diào) 節(jié) 時 ， 采 用 差 動 螺 旋 機 構(gòu) 更 為 有 效 。 例 2.螺 桿 1含 有 兩 種 螺 紋 ： 與 螺 母 2（ 固 定 不 動 ） 組 成 升 距 s1的 螺 紋 副 ； 與 螺 母 3（ 與 針 閥 是 一 個 整 體 ， 只 能 沿 導 軌 移 動 ， 不 能 轉(zhuǎn) 動 ） 組 成 升 距 S2的 螺 旋 副 。 Northeastern University 25 a. 螺 母 2固 定 ， 螺 桿 1轉(zhuǎn) 動 角 時 ， 帶 動 閥 芯 向 左 移動 距 離 H1為 ：b. 與 螺 母 3組 成 的 螺 旋 運 動 ， 螺 桿 1轉(zhuǎn) 動 角 時 ， 閥 芯向 右 移 動 距 離 為 H2c. 利 用 線 性 疊 加 原 理 ， 有 ： 2 11 SH 2 22 SH 2 )()22( 212121 SSSSHHH Northeastern University 26 3. 簡 單 螺 旋 機 構(gòu) 與 差 動 螺 旋 機 構(gòu) 二 者 相 比 要 實 現(xiàn) 微 調(diào) ， 利 用 簡 單 螺 旋 機 構(gòu) ， S必 須 很 小 ， 但 S受限 制 ， 一 般 最 小 為 0.2mm左 右 （ 再 小 就 難 以 加 工 了 ） ，故 利 用 下 式 ， S1和 S2取 值 相 接 近 時 ， 能 有 效 地 實 現(xiàn) 微 調(diào) 。 2 )()22( 212121 SSSSHHH Northeastern University 27 r0 MR FA BQ1. 螺 旋 機 構(gòu) 的 受 力 分 析 FQR A BvA2r0 p研 究 螺 旋 傳 動 時 ， 假 定 螺 桿 螺 母 之 間 的 正 壓 力 是 作 用 在 平 均 半 徑 為r0的 螺 旋 線 上 。 如 果 忽 略 各 圓 柱 面 上 螺 旋 線 升 角 的 差 異 ， 當 將 螺 旋的 螺 紋 展 開 后 ， 得 連 續(xù) 斜 面 滑 塊 A受 到 下 列 諸 力 處 于 平 衡 狀 態(tài) ：（ 1） 軸 向 作 用 力 Q（ 重 物 及 螺 母 的 集 中 重 量 ） ， 垂 直 向 下 ；（ 2） 斜 面 對 滑 塊 的 反 力 R 法 向 支 反 力 N及 摩 擦 力 F之 合 力 ， 與 鉛 垂 線 夾 角 為 +（ 3） 水 平 力 F Northeastern University 28 （ 1） 上 行 運 動 時 AQF BRNvAFf=fN QRF )( QtgF螺 紋 副 受 力 分 析 Northeastern University 29 （ 2） 下 行 運 動 時Ff=fN R NF A BQ vA QFR )( QtgF )( tg FQ Northeastern University 30 u上 行 運 動 時 ， 水 平 力 F為 驅(qū) 動 力 ， Q為 工 作 阻 力 。u下 行 運 動 時 ， Q變 為 驅(qū) 動 力 ， F則 轉(zhuǎn) 變 為 維 持 Q勻 速 下滑 的 水 平 力 ， 即 工 作 阻 力 。 Northeastern University 31 2. 自 鎖 上 行 ： 2 2即 時 ， F0， F為 負 值 ， 反 向 ， 與 題 意 不 符 。u當 時 ， 表 明 F無 論 多 大 （ 驅(qū) 動 力 ） 都 不 能 驅(qū) 動 滑塊 運 動 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 自 鎖 。 2 F上 行 自 鎖 的 條 件 為 ： 2 )( QtgF )( tg FQ u當 時 ，下 行 ： 當 時 ， Q 或 為 負 值 ， 下 行 時 將 自 鎖 。)( QtgF Northeastern University 32 一 般 情 況 下 ， 不 要 求 上 行 自 鎖 （ 因 為 上 行 是 工 作 狀 態(tài) ， 自 鎖 則 不 能 正 常 工 作 ） 。但 是 下 行 自 鎖 有 其 實 際 的 意 義 。例 如 ： 千 斤 頂 舉 起 重 物 后 松 手 ， 即 不 再 維 持 驅(qū) 動 力 矩 T后 ， 不 應(yīng) 自 行 下 降 。結(jié) 論 ：自 鎖 現(xiàn) 象 ： 即 驅(qū) 動 力 無 論 多 大 都 不 能 驅(qū) 動 機 構(gòu) 運 動 的 現(xiàn) 象 。自 鎖 的 本 質(zhì) ： 即 驅(qū) 動 力 不 能 克 服 其 自 身 產(chǎn) 生 的 摩 擦 阻 力 。 Northeastern University 33 例 如 ： 上 行 運 動 時 F為 驅(qū) 動 力 ； 其 驅(qū) 動 分 力 為 ， 摩 擦 力 為 cosF sinFf cossin FFf )2( tgctgf ) 2( tgtg若 要 自 鎖 ， 則即 ：有 ： 2 Northeastern University 34 例 如 ： 下 行 運 動 時 ： Q為 驅(qū) 動 力 ； 其 驅(qū) 動 分 力 為 ， 摩 擦 力 為 cosQf sinQ sincos QQf cossinf tgtg 若 要 自 鎖 ：即 Northeastern University 35 自 鎖 現(xiàn) 象 的 特 點 ：（ 1） 摩 擦 阻 力 是 由 驅(qū) 動 力 產(chǎn) 生 的 ， 即 驅(qū) 動 力 增 大 的 同 時 ， 摩 擦 阻 力 也 相 應(yīng) 同 時 按 比 例 增 大 。 例 如 上 行 時 ， ； 下 行 時 ，（ 2） 與 驅(qū) 動 力 大 小 無 關(guān) 。 即 驅(qū) 動 力 無 限 增 大 也 不 能 使 機 構(gòu) 運 動 ；（ 3） 自 鎖 是 有 方 向 性 的 。 即 對 驅(qū) 動 力 可 能 產(chǎn) 生 的 運 動 方 向 自 鎖 ， 即 單 向 自 鎖 。（ 4） 自 鎖 是 有 條 件 性 的 。 如 等 ， 這 就 是 所 謂 的 自 鎖 條 件 。應(yīng) 用 ： 螺 紋 聯(lián) 接 ： 一 般 都 是 自 鎖 的 ， 即 擰 緊 后 不 會 在 支 反 力 作 用 下 自 行 松 脫 ； 精 確 定 位 ： 千 斤 頂 精 確 定 位 的 確 定 ， 不 會 再 變 動 了 。sinFf sinQf Northeastern University 36 3. 螺 旋 機 構(gòu) 的 效 率 機 械 效 率 是 指 機 構(gòu) 的 有 用 功 和 無 用 功 之 比 。 是 衡 量 機 構(gòu) 傳 動 質(zhì)量 、 能 耗 大 小 的 主 要 指 標 。 AAAA 21 1式 中 ： A1-有 用 功 （ 輸 出 功 ） ， 機 構(gòu) 克 服 生 產(chǎn) 阻 力 所 做 的 功 。 A2-無 用 功 ， 摩 擦 阻 力 、 空 氣 阻 力 ， 運 動 副 中 的 損 失 等 所 消 耗 的 功 。 A -總 功 ， A=A1+A2， 驅(qū) 動 力 所 做 的 全 部 功 。 Northeastern University 37 下 面 分 析 一 下 螺 旋 機 構(gòu) 的 效 率 22 )( dtgQdFA 21 dtgQSQA 上 行 ： 螺 桿 旋 轉(zhuǎn) 一 周 ， 驅(qū) 動 力 F做 的 輸 入 機 構(gòu) 總 功 A有 用 功 A1是 將 重 物 Q升 起 一 個 升 距 S作 的 功故 效 率 為 ： 221 )( dQtg dtgQAA )( tg tgF Northeastern University 38 10,0 5.025.02)( 2 tgtgtgtg tg分 析 ：u 由 于 摩 擦 的 存 在 ，u 對 于 自 鎖 機 構(gòu) 有故故 螺 旋 機 構(gòu) 的 效 率 較 低 ， 低 于 50%對 于 大 功 率 的 傳 動 機 構(gòu) ， 不 宜 采 用 自 鎖 機 構(gòu) ， 因 其 傳 動 效 率 較 低 。作 業(yè) ： 對 于 下 行 時 ， 螺 旋 機 構(gòu) 的 效 率 進 行 推 導 Northeastern University 39 分 析 ： 決 定 螺 旋 機 構(gòu) 傳 動 效 率 的 因 素 ： ， ； 對 于 大 功 率 （ 執(zhí) 行 機 構(gòu) ） 或 要 求 靈 活 性 好 的 機 構(gòu) （ 如 測 量機 構(gòu) ） ， 力 求 增 加 （ 節(jié) 省 能 源 ） ， 這 樣 可 減 少 信 號 損 失 ， 提高 測 量 精 度 。 因 此 可 以 采 用 滾 珠 螺 旋 機 構(gòu) ， 但 它 不 能 設(shè) 計 為 自鎖 的 機 構(gòu) （ 滾 動 摩 擦 ， 較 小 ， 不 能 實 現(xiàn) ） Northeastern University 40 4.當 量 摩 擦 系 數(shù) 前 面 講 的 是 矩 形 螺 紋 （ 最 簡 單 的 一 種 ） ， 對 于 其 他 的 螺 紋（ 三 角 形 、 梯 形 和 鋸 齒 形 ） ， 引 入 了 當 量 摩 擦 系 數(shù) 。下 面 講 述 當 量 摩 擦 系 數(shù) 的 概 念 。 其 他 條 件 相 同 （ Q、 f或 、 相 同 ） ， 比 較 矩 形 螺 紋 和 三 角 形 螺 紋 的 受 力 情 況 。 Northeastern University 41 矩 形 螺 紋 三 角 形 螺 紋正 壓 力摩 擦 力 N N 不 同 螺 紋 力 的 比 較 cosff e 實 際 上 是 法 向 正 壓 力 N 變 了 ， 但 在 這 里 認 為 其 不 變 ，只 是 摩 擦 系 數(shù) f變 了 ， 摩 擦 系 數(shù) 增 大 了 。 Northeastern University 42 ef ff efef e f其 意 義 為 ：以 當 量 摩 擦 系 數(shù) 代 替 了 實 際 摩 擦 系 數(shù)將 非 平 面 的 問 題 轉(zhuǎn) 化 為 平 面 的 問 題 。目 前 在 工 程 手 冊 中 已 有 和其 簡 化 過 程 已 計 算 三 角 形 螺 紋 P、 ， 自 鎖 條 件 為 例 。用 、 代 替 、 帶 入 相 應(yīng) 的 矩 形 螺 紋 的 平 面 公 式 計 算 即 可 。的 關(guān) 系 式 ， 用 時 查 一 下 即 可 。 e e etg tgtgQF )( )( 上 行上 行下 行 Northeastern University 43 討 論 兩 種 螺 紋 的 用 途 ：當 牙 形 角 2=60， ef e e （ 1） 由 上 式 看 出 ， 要 求 摩 擦 力 大 ， 即 自 鎖 時 ， 用 三 角 形 螺 紋 ，因 為 或 大 ， 易 實 現(xiàn) ， 故 聯(lián) 接 螺 紋 多 用 三 角 螺 紋 的 原 因 。（ 2） 要 求 增 大 時 ， 即 用 于 傳 動 時 ， 多 用 矩 形 螺 紋 （ 如 絲 杠 ） 。 Northeastern University 44 1.回 差 （ 回 程 誤 差 ， 空 程 誤 差 ） 機 構(gòu) 反 向 運 動 時 ， 主 動 構(gòu) 件 運 動 一 定 位 移 后 ， 從 動 構(gòu) 件 才隨 之 運 動 ， 該 位 移 稱 之 為 回 差 。2.產(chǎn) 生 的 原 因（ 1） 制 造 誤 差 制 造 時 存 在 軸 向 間 隙 ；（ 2） 彈 性 變 形（ 3） 使 用 過 程 中 的 磨 損 。3.消 除 途 徑 （ 自 讀 ） HS H 2