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1、Northeastern University 1 Northeastern University 2 螺 旋 機 構 應 用 較 廣 , 常 用 的 螺 旋 機 構 : 千 斤 頂 、 千 分 尺 、 絲 杠 等 。三 種 螺 旋 機 構 圖 :( 1) 螺 桿 1轉 動 并 移 動 , 螺 母 2固 定1.組 成 : 螺 旋 機 構 的 組 成 : 螺 母 、 螺 桿 、 機 架 Northeastern University 3 ( 2) 螺 桿 轉 動 , 螺 母 移 動( 3) 螺 桿 移 動 , 螺 母 轉 動 Northeastern University 4 Northeast
2、ern University 5 2. 螺 旋 機 構 的 功 用變 換 運 動 方 式 : 移 動 變 轉 動 , 轉 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 :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
3、 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 , 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
4、徑 。內 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 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 螺 紋 牙 型 相 鄰 兩 側 邊 的 夾 角 。 牙 型 側 邊
5、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 Z: 有 單 線 螺 紋 、 雙 線 螺 紋 、 三 線 螺 紋 。螺 距 P: 相 鄰 螺 紋 對 應 點 之 間 的 軸 向 距 離 , 與 升 距 之 間 的 關 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
6、 分按 螺 旋 線 的 根 數 分按 回 轉 體 的 內 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
7、 型 分螺紋的分類 按 螺 紋 的 旋 向 分按 螺 旋 線 的 根 數 分按 回 轉 體 的 內 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 分按 回 轉 體 的 內 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
8、 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 分按 回 轉 體 的 內 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 螺 紋 Northeastern University 17外 螺 紋 內 螺 紋 潘 存
9、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 分按 回 轉 體 的 內 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 螺 紋聯 接 螺 紋傳 動 螺 紋 螺 旋 傳 動 Northeastern University 19潘 存 云 教 授 研 制聯 接 螺 紋 傳 動 螺 紋 Northeaste
10、rn 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 分按 回 轉 體 的 內 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 螺 紋聯 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 指 由
11、 單 一 升 程 ( 導 程 ) 的 螺 旋 副 組 成 的 螺 旋 機 構 。 例 1. 車 床 螺 旋 副 Northeastern University 23 螺 桿 轉 動 時 , 螺 桿 移 動 的 距 離 為 H,由 于 是 線 性 關 系 , 可 以 寫 為 : HS 2故 有 : 2SH Northeastern University 24 2. 差 動 螺 旋 機 構 由 升 距 不 同 的 多 對 螺 旋 副 組 成 的 復 合 螺 旋 機 構 。 功 用 : 微 量 調 節(jié) 時 , 采 用 差 動 螺 旋 機 構 更 為 有 效 。 例 2.螺 桿 1含 有 兩 種 螺
12、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 動 ) 組 成 升 距 S2的 螺 旋 副 。 Northeastern University 25 a. 螺 母 2固 定 , 螺 桿 1轉 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 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 )
13、()22( 212121 SSSSHHH Northeastern University 26 3. 簡 單 螺 旋 機 構 與 差 動 螺 旋 機 構 二 者 相 比 要 實 現 微 調 , 利 用 簡 單 螺 旋 機 構 , 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 微 調 。 2 )()22( 212121 SSSSHHH Northeastern University 27 r0 MR FA BQ1. 螺 旋 機 構 的
14、 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
15、 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 動 力 , Q為 工 作 阻 力 。u下 行 運 動 時 , Q變 為 驅 動 力 , F則 轉 變 為 維 持 Q勻 速 下滑
16、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 動 力 ) 都 不 能 驅 動 滑塊 運 動 , 這 種 現 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
17、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 動 力 矩 T后 , 不 應 自 行 下 降 。結 論 :自 鎖 現 象 : 即 驅 動 力 無 論 多 大 都 不 能 驅 動 機 構 運 動 的 現 象 。自 鎖 的 本 質 : 即 驅 動 力 不 能 克 服 其 自 身 產 生 的 摩 擦 阻 力 。 Northeastern University 33 例 如 : 上 行 運 動 時 F為 驅
18、動 力 ; 其 驅 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 動 力 ; 其 驅 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 象 的 特 點 :( 1) 摩 擦 阻 力 是 由 驅 動 力 產 生 的 , 即 驅 動 力 增 大 的
19、 同 時 , 摩 擦 阻 力 也 相 應 同 時 按 比 例 增 大 。 例 如 上 行 時 , ; 下 行 時 ,( 2) 與 驅 動 力 大 小 無 關 。 即 驅 動 力 無 限 增 大 也 不 能 使 機 構 運 動 ;( 3) 自 鎖 是 有 方 向 性 的 。 即 對 驅 動 力 可 能 產 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 用 : 螺 紋 聯 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 ;
20、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 的 效 率 機 械 效 率 是 指 機 構 的 有 用 功 和 無 用 功 之 比 。 是 衡 量 機 構 傳 動 質量 、 能 耗 大 小 的 主 要 指 標 。 AAAA 21 1式 中 : A1-有 用 功 ( 輸 出 功 ) , 機 構 克 服 生 產 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
21、 -總 功 , A=A1+A2, 驅 動 力 所 做 的 全 部 功 。 Northeastern University 37 下 面 分 析 一 下 螺 旋 機 構 的 效 率 22 )( dtgQdFA 21 dtgQSQA 上 行 : 螺 桿 旋 轉 一 周 , 驅 動 力 F做 的 輸 入 機 構 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
22、摩 擦 的 存 在 ,u 對 于 自 鎖 機 構 有故故 螺 旋 機 構 的 效 率 較 低 , 低 于 50%對 于 大 功 率 的 傳 動 機 構 , 不 宜 采 用 自 鎖 機 構 , 因 其 傳 動 效 率 較 低 。作 業(yè) : 對 于 下 行 時 , 螺 旋 機 構 的 效 率 進 行 推 導 Northeastern University 39 分 析 : 決 定 螺 旋 機 構 傳 動 效 率 的 因 素 : , ; 對 于 大 功 率 ( 執(zhí) 行 機 構 ) 或 要 求 靈 活 性 好 的 機 構 ( 如 測 量機 構 ) , 力 求 增 加 ( 節(jié) 省 能 源 ) , 這 樣
23、 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 , 但 它 不 能 設 計 為 自鎖 的 機 構 ( 滾 動 摩 擦 , 較 小 , 不 能 實 現 ) Northeastern University 40 4.當 量 摩 擦 系 數 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 。下 面 講 述 當 量 摩 擦 系 數 的 概 念 。 其 他 條 件 相 同 ( Q、 f或 、 相 同 ) ,
24、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 f變 了 , 摩 擦 系 數 增 大 了 。 Northeastern University 42 ef ff efef e f其 意 義 為 :以 當 量 摩 擦 系 數 代 替 了 實 際 摩 擦 系 數將 非 平 面 的 問 題 轉 化 為
25、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 的 矩 形 螺 紋 的 平 面 公 式 計 算 即 可 。的 關 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
26、,因 為 或 大 , 易 實 現 , 故 聯 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 反 向 運 動 時 , 主 動 構 件 運 動 一 定 位 移 后 , 從 動 構 件 才隨 之 運 動 , 該 位 移 稱 之 為 回 差 。2.產 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