《螺旋机构》PPT课件

Northeastern University 1 Northeastern University 2 螺 旋 机 构 应 用 较 广 ， 常 用 的 螺 旋 机 构 ： 千 斤 顶 、 千 分 尺 、 丝 杠 等 。三 种 螺 旋 机 构 图 ：（ 1） 螺 杆 1转 动 并 移 动 ， 螺 母 2固 定1.组 成 ： 螺 旋 机 构 的 组 成 ： 螺 母 、 螺 杆 、 机 架 Northeastern University 3 （ 2） 螺 杆 转 动 ， 螺 母 移 动（ 3） 螺 杆 移 动 ， 螺 母 转 动 Northeastern University 4 Northeastern University 5 2. 螺 旋 机 构 的 功 用变 换 运 动 方 式 ： 移 动 变 转 动 ， 转 动 变 移 动 。 图 例 2-2微 小 位 移 量 的 测 量 ： 例 1： 螺 旋 千 分 尺 习 题 图 2-7， P26 例 2： 微 压 计 图 2-3， P16微 调 ：增 力 ： 例 如 千 分 尺 Northeastern University 6 1. 螺 纹 的 形 成将 底 边 为 d的 直 角 三 角 形 ， 绕 在 直 径 为 d、 底 面 与 三 角 形 底边 共 面 的 圆 柱 体 上 ， 则 三 角 形 斜 边 就 在 圆 柱 面 上 形 成 螺 线 。 Northeastern University 7螺 纹 d2螺 旋 线 - 一 动 点 在 一 圆 柱 体 的 表 面 上 ， 一 边 绕 轴 线 等 速 旋 转 ， 同 时 沿 轴 向 作 等 速 移 动 的 轨 迹 。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 。 Northeastern University 8 （ 2） 螺 纹 的 参 数外 径 （ 大 径 ） d（ D） ： 与 外 螺 纹 牙 顶 相 重 合 的 假 想 圆 柱 面 直 径 ，亦 称 公 称 直 径 。内 径 （ 小 径 ） d1(D1) ： 与 外 螺 纹 牙 底 相 重 合 的 假 想 圆 柱 面 直 径 。中 径 d2 ： 在 轴 向 剖 面 内 牙 厚 与 牙 间 宽 相 等 处 的 假 想 圆柱 面 的 直 径 ， d2 0.5(d+d1)。螺 纹 升 距 S ： 螺 纹 旋 绕 一 周 升 高 的 距 离 。 S螺 纹 升 角 ： 用 规 定 螺 纹 中 径 的 螺 旋 线 升 角 代 替 螺 纹 升 角 。2dStg Northeastern University 9 牙 形 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 轴 线 的 垂 线 间 的 夹 角 。 三 角 螺 纹 ： 2 =60 梯 形 螺 纹 ： 2 =30 矩 形 螺 纹 ： 2 =0螺 纹 旋 向 ： 有 左 旋 和 右 旋 之 分 ， 右 旋 最 常 用 。螺 纹 线 数 Z： 有 单 线 螺 纹 、 双 线 螺 纹 、 三 线 螺 纹 。螺 距 P： 相 邻 螺 纹 对 应 点 之 间 的 轴 向 距 离 ， 与 升 距 之 间 的 关 系 如 下 ： ZSP Northeastern University 10 Northeastern University 11 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 Northeastern University 12 螺 纹 的 牙 型矩 形 螺 纹 三 角 形 螺 纹 梯 形 螺 纹 锯 齿 形 螺 纹15 30330 潘 存 云 教 授 研 制 潘 存 云 教 授 研 制 Northeastern University 13锯 齿 形 螺 纹 三 角 形 螺 纹 矩 形 螺 纹梯 形 螺 纹 Northeastern University 14 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 Northeastern University 15 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 4n线 螺 纹 : S = n P 双 线 螺 纹单 线 螺 纹PS S = 2PPS PS =P Northeastern University 16 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 纹外 螺 纹内 螺 纹 Northeastern University 17外 螺 纹 内 螺 纹 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 Northeastern University 18 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 纹外 螺 纹内 螺 纹联 接 螺 纹传 动 螺 纹 螺 旋 传 动 Northeastern University 19潘 存 云 教 授 研 制联 接 螺 纹 传 动 螺 纹 Northeastern University 20 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 纹外 螺 纹内 螺 纹联 接 螺 纹传 动 螺 纹 圆 柱 螺 纹圆 锥 螺 纹 Northeastern University 21圆 柱 螺 纹 圆 锥 螺 纹管 螺 纹 Northeastern University 22 1.简 单 螺 旋 机 构 指 由 单 一 升 程 （ 导 程 ） 的 螺 旋 副 组 成 的 螺 旋 机 构 。 例 1. 车 床 螺 旋 副 Northeastern University 23 螺 杆 转 动 时 ， 螺 杆 移 动 的 距 离 为 H，由 于 是 线 性 关 系 ， 可 以 写 为 ： HS 2故 有 ： 2SH Northeastern University 24 2. 差 动 螺 旋 机 构 由 升 距 不 同 的 多 对 螺 旋 副 组 成 的 复 合 螺 旋 机 构 。 功 用 ： 微 量 调 节 时 ， 采 用 差 动 螺 旋 机 构 更 为 有 效 。 例 2.螺 杆 1含 有 两 种 螺 纹 ： 与 螺 母 2（ 固 定 不 动 ） 组 成 升 距 s1的 螺 纹 副 ； 与 螺 母 3（ 与 针 阀 是 一 个 整 体 ， 只 能 沿 导 轨 移 动 ， 不 能 转 动 ） 组 成 升 距 S2的 螺 旋 副 。 Northeastern University 25 a. 螺 母 2固 定 ， 螺 杆 1转 动 角 时 ， 带 动 阀 芯 向 左 移动 距 离 H1为 ：b. 与 螺 母 3组 成 的 螺 旋 运 动 ， 螺 杆 1转 动 角 时 ， 阀 芯向 右 移 动 距 离 为 H2c. 利 用 线 性 叠 加 原 理 ， 有 ： 2 11 SH 2 22 SH 2 )()22( 212121 SSSSHHH Northeastern University 26 3. 简 单 螺 旋 机 构 与 差 动 螺 旋 机 构 二 者 相 比 要 实 现 微 调 ， 利 用 简 单 螺 旋 机 构 ， S必 须 很 小 ， 但 S受限 制 ， 一 般 最 小 为 0.2mm左 右 （ 再 小 就 难 以 加 工 了 ） ，故 利 用 下 式 ， S1和 S2取 值 相 接 近 时 ， 能 有 效 地 实 现 微 调 。 2 )()22( 212121 SSSSHHH Northeastern University 27 r0 MR FA BQ1. 螺 旋 机 构 的 受 力 分 析 FQR A BvA2r0 p研 究 螺 旋 传 动 时 ， 假 定 螺 杆 螺 母 之 间 的 正 压 力 是 作 用 在 平 均 半 径 为r0的 螺 旋 线 上 。 如 果 忽 略 各 圆 柱 面 上 螺 旋 线 升 角 的 差 异 ， 当 将 螺 旋的 螺 纹 展 开 后 ， 得 连 续 斜 面 滑 块 A受 到 下 列 诸 力 处 于 平 衡 状 态 ：（ 1） 轴 向 作 用 力 Q（ 重 物 及 螺 母 的 集 中 重 量 ） ， 垂 直 向 下 ；（ 2） 斜 面 对 滑 块 的 反 力 R 法 向 支 反 力 N及 摩 擦 力 F之 合 力 ， 与 铅 垂 线 夹 角 为 +（ 3） 水 平 力 F Northeastern University 28 （ 1） 上 行 运 动 时 AQF BRNvAFf=fN QRF )( QtgF螺 纹 副 受 力 分 析 Northeastern University 29 （ 2） 下 行 运 动 时Ff=fN R NF A BQ vA QFR )( QtgF )( tg FQ Northeastern University 30 u上 行 运 动 时 ， 水 平 力 F为 驱 动 力 ， Q为 工 作 阻 力 。u下 行 运 动 时 ， Q变 为 驱 动 力 ， F则 转 变 为 维 持 Q匀 速 下滑 的 水 平 力 ， 即 工 作 阻 力 。 Northeastern University 31 2. 自 锁 上 行 ： 2 2即 时 ， F0， F为 负 值 ， 反 向 ， 与 题 意 不 符 。u当 时 ， 表 明 F无 论 多 大 （ 驱 动 力 ） 都 不 能 驱 动 滑块 运 动 ， 这 种 现 象 称 为 自 锁 。 2 F上 行 自 锁 的 条 件 为 ： 2 )( QtgF )( tg FQ u当 时 ，下 行 ： 当 时 ， Q 或 为 负 值 ， 下 行 时 将 自 锁 。)( QtgF Northeastern University 32 一 般 情 况 下 ， 不 要 求 上 行 自 锁 （ 因 为 上 行 是 工 作 状 态 ， 自 锁 则 不 能 正 常 工 作 ） 。但 是 下 行 自 锁 有 其 实 际 的 意 义 。例 如 ： 千 斤 顶 举 起 重 物 后 松 手 ， 即 不 再 维 持 驱 动 力 矩 T后 ， 不 应 自 行 下 降 。结 论 ：自 锁 现 象 ： 即 驱 动 力 无 论 多 大 都 不 能 驱 动 机 构 运 动 的 现 象 。自 锁 的 本 质 ： 即 驱 动 力 不 能 克 服 其 自 身 产 生 的 摩 擦 阻 力 。 Northeastern University 33 例 如 ： 上 行 运 动 时 F为 驱 动 力 ； 其 驱 动 分 力 为 ， 摩 擦 力 为 cosF sinFf cossin FFf )2( tgctgf ) 2( tgtg若 要 自 锁 ， 则即 ：有 ： 2 Northeastern University 34 例 如 ： 下 行 运 动 时 ： Q为 驱 动 力 ； 其 驱 动 分 力 为 ， 摩 擦 力 为 cosQf sinQ sincos QQf cossinf tgtg 若 要 自 锁 ：即 Northeastern University 35 自 锁 现 象 的 特 点 ：（ 1） 摩 擦 阻 力 是 由 驱 动 力 产 生 的 ， 即 驱 动 力 增 大 的 同 时 ， 摩 擦 阻 力 也 相 应 同 时 按 比 例 增 大 。 例 如 上 行 时 ， ； 下 行 时 ，（ 2） 与 驱 动 力 大 小 无 关 。 即 驱 动 力 无 限 增 大 也 不 能 使 机 构 运 动 ；（ 3） 自 锁 是 有 方 向 性 的 。 即 对 驱 动 力 可 能 产 生 的 运 动 方 向 自 锁 ， 即 单 向 自 锁 。（ 4） 自 锁 是 有 条 件 性 的 。 如 等 ， 这 就 是 所 谓 的 自 锁 条 件 。应 用 ： 螺 纹 联 接 ： 一 般 都 是 自 锁 的 ， 即 拧 紧 后 不 会 在 支 反 力 作 用 下 自 行 松 脱 ； 精 确 定 位 ： 千 斤 顶 精 确 定 位 的 确 定 ， 不 会 再 变 动 了 。sinFf sinQf Northeastern University 36 3. 螺 旋 机 构 的 效 率 机 械 效 率 是 指 机 构 的 有 用 功 和 无 用 功 之 比 。 是 衡 量 机 构 传 动 质量 、 能 耗 大 小 的 主 要 指 标 。 AAAA 21 1式 中 ： A1-有 用 功 （ 输 出 功 ） ， 机 构 克 服 生 产 阻 力 所 做 的 功 。 A2-无 用 功 ， 摩 擦 阻 力 、 空 气 阻 力 ， 运 动 副 中 的 损 失 等 所 消 耗 的 功 。 A -总 功 ， A=A1+A2， 驱 动 力 所 做 的 全 部 功 。 Northeastern University 37 下 面 分 析 一 下 螺 旋 机 构 的 效 率 22 )( dtgQdFA 21 dtgQSQA 上 行 ： 螺 杆 旋 转 一 周 ， 驱 动 力 F做 的 输 入 机 构 总 功 A有 用 功 A1是 将 重 物 Q升 起 一 个 升 距 S作 的 功故 效 率 为 ： 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 对 于 自 锁 机 构 有故故 螺 旋 机 构 的 效 率 较 低 ， 低 于 50%对 于 大 功 率 的 传 动 机 构 ， 不 宜 采 用 自 锁 机 构 ， 因 其 传 动 效 率 较 低 。作 业 ： 对 于 下 行 时 ， 螺 旋 机 构 的 效 率 进 行 推 导 Northeastern University 39 分 析 ： 决 定 螺 旋 机 构 传 动 效 率 的 因 素 ： ， ； 对 于 大 功 率 （ 执 行 机 构 ） 或 要 求 灵 活 性 好 的 机 构 （ 如 测 量机 构 ） ， 力 求 增 加 （ 节 省 能 源 ） ， 这 样 可 减 少 信 号 损 失 ， 提高 测 量 精 度 。 因 此 可 以 采 用 滚 珠 螺 旋 机 构 ， 但 它 不 能 设 计 为 自锁 的 机 构 （ 滚 动 摩 擦 ， 较 小 ， 不 能 实 现 ） Northeastern University 40 4.当 量 摩 擦 系 数 前 面 讲 的 是 矩 形 螺 纹 （ 最 简 单 的 一 种 ） ， 对 于 其 他 的 螺 纹（ 三 角 形 、 梯 形 和 锯 齿 形 ） ， 引 入 了 当 量 摩 擦 系 数 。下 面 讲 述 当 量 摩 擦 系 数 的 概 念 。 其 他 条 件 相 同 （ Q、 f或 、 相 同 ） ， 比 较 矩 形 螺 纹 和 三 角 形 螺 纹 的 受 力 情 况 。 Northeastern University 41 矩 形 螺 纹 三 角 形 螺 纹正 压 力摩 擦 力 N N 不 同 螺 纹 力 的 比 较 cosff e 实 际 上 是 法 向 正 压 力 N 变 了 ， 但 在 这 里 认 为 其 不 变 ，只 是 摩 擦 系 数 f变 了 ， 摩 擦 系 数 增 大 了 。 Northeastern University 42 ef ff efef e f其 意 义 为 ：以 当 量 摩 擦 系 数 代 替 了 实 际 摩 擦 系 数将 非 平 面 的 问 题 转 化 为 平 面 的 问 题 。目 前 在 工 程 手 册 中 已 有 和其 简 化 过 程 已 计 算 三 角 形 螺 纹 P、 ， 自 锁 条 件 为 例 。用 、 代 替 、 带 入 相 应 的 矩 形 螺 纹 的 平 面 公 式 计 算 即 可 。的 关 系 式 ， 用 时 查 一 下 即 可 。 e e etg tgtgQF )( )( 上 行上 行下 行 Northeastern University 43 讨 论 两 种 螺 纹 的 用 途 ：当 牙 形 角 2=60， ef e e （ 1） 由 上 式 看 出 ， 要 求 摩 擦 力 大 ， 即 自 锁 时 ， 用 三 角 形 螺 纹 ，因 为 或 大 ， 易 实 现 ， 故 联 接 螺 纹 多 用 三 角 螺 纹 的 原 因 。（ 2） 要 求 增 大 时 ， 即 用 于 传 动 时 ， 多 用 矩 形 螺 纹 （ 如 丝 杠 ） 。 Northeastern University 44 1.回 差 （ 回 程 误 差 ， 空 程 误 差 ） 机 构 反 向 运 动 时 ， 主 动 构 件 运 动 一 定 位 移 后 ， 从 动 构 件 才随 之 运 动 ， 该 位 移 称 之 为 回 差 。2.产 生 的 原 因（ 1） 制 造 误 差 制 造 时 存 在 轴 向 间 隙 ；（ 2） 弹 性 变 形（ 3） 使 用 过 程 中 的 磨 损 。3.消 除 途 径 （ 自 读 ） HS H 2