螺旋传动机构的原理及应用

一、普通螺旋传动机构

1.机构的组成及常见应用形式

由构件螺杆和螺母组成的简单螺旋副实现的传动是普通螺旋传动。按照主动件与从动件的运动关系不同，具体有以下四种应用形式：

（1）螺母固定不动螺杆回转并作直线运动，如台虎钳、压力机、螺旋千分尺；

（2）螺杆固定不动螺母回转并作直线运动，如螺旋千斤顶；

（3）螺杆回转螺母作直线运动，如机床的进给机构；

（4）螺母回转螺杆作直线运动，如观测仪器的高度调整机构。

2.直线运动方向的判定方法

作直线的螺杆或螺母运动的方向（移动方向）不仅与螺纹的回转方向有关，还与螺纹的旋向有关。判定方法如下：

（1）伸出左、右手（右旋螺纹用右手，左旋螺纹用左手）半握拳，四指指向为主动件回转方向；

（2）大拇指指向为主动件的受力方向，直线运动方向即可确定。

二、差动螺旋传动机构

由两个螺旋副组成的、使活动的螺母与螺杆产生差动（即不一致）的螺旋传动称为差动螺旋传动。

图6－82　差动螺旋传动机构

如图6－82所示，螺杆1分别与活动螺母2和机架3组成两个螺旋副，机架为固定螺母，活动螺母不能回转而只能沿机架的导向槽移动。设机架和活动螺母的旋向同为右旋，当如图示方向回转螺杆时，螺杆相对机架向左移动，而活动螺母相对螺杆向右移动，这样活动螺母相对机架实现差动移动，螺杆每转1转，活动螺母实际移动距离为两段螺纹导程之差。如果机架螺母螺纹旋向仍为右旋，活动螺母的螺纹旋向为左旋，仍按图示方向回转螺杆时，螺杆相对机架左移，活动螺母相对螺杆亦左移，螺杆每转1转。活动螺母实际移动距离为两段螺纹的导程之和。差动螺旋传动中活动螺母的实际移动距离和方向，可用公式表示如下：

式中　S——活动螺母的实际移动距离，mm；

n——螺杆的回转圈数；

PA——机架上固定螺母的导程，mm；

PB——活动螺母的导程，mm；

“±”——PA、PB旋向相同取减号；反之取加号。

三、滚动螺旋传动机构

在普通的螺旋传动中，由于螺杆与螺母的牙侧表面之间的相对运动摩擦是滑动摩擦，因此，传动阻力大，摩擦损失严重，效率低。为了改善螺旋传动的功能，经常用滚动螺旋传动（图6－83），用滚动摩擦来替代滑动摩擦。滚动螺旋传动主要由滚珠2、螺杆3、螺母4及滚珠循环装置1组成。其工作原理是：在螺杆和螺母的螺纹滚道中，装有一定数量的滚珠（钢球），当螺杆与螺母作相对螺旋运动时，滚珠在螺纹滚道内滚动，并通过滚珠循环装置的通道构成封闭循环，从而实现螺杆与螺母间的滚动摩擦。

滚动螺旋传动具有滚动摩擦阻力很小、摩擦损失小、传动效率高、传动时运动稳定、动作灵敏等优点。但其结构复杂，外形尺寸较大，自锁能力较差，制造技术要求高，成本较高。目前主要应用于精密传动的数控机床（滚珠丝杠传动），以及自动控制装置和精密测量仪器中。

图6－83　滚动螺旋传动机构

四、普通螺旋传动机构的应用

如图6－84所示螺旋传动机构应用广泛，其实际应用简单介绍如下：

图6－84　螺旋传动机构应用(www.xing528.com)

（a）台虎钳
1—螺杆；2—活动钳口；3—固定钳口；4—螺母
（b）螺旋千斤顶
1—托盘；2—螺母；3—手柄；4—螺杆
（c）机床工作台移动机构
1—螺杆；2—螺母；3—机架；4—工作台
（d）观察镜螺旋调整装置
1—目镜；2—螺杆；3—螺母；4—机架

以上是普通螺旋传动机构的应用，差动螺旋传动机构将通过下面的例题说明，至于滚动螺旋传动，同学们有兴趣可以查阅相关书籍，在此不再赘述。

五、差动螺旋传动机构的应用

【例6－5】在图6－82中，固定螺母的导程PA＝1.5mm，活动螺母的导程PB＝2mm，螺纹均为左旋。问当螺杆回转0.5转时，活动螺母的移动距离是多少？移动方向如何？

解：（1）螺纹为左旋，用左手判定螺杆向右移动。

（2）因为两螺纹旋向相同，活动螺母移动距离

计算结果为负值，说明活动螺母移动方向与螺杆移动方向相反，即向左移动了0.25mm。

差动螺旋传动机构可以产生极小的位移，而其螺纹的导程并不需要很小，加工较容易。所以差动螺旋传动机构常用于测微器、计算机、分度机构及诸多精密切削机床、仪器和工具中。

图6－85　差动螺旋传动的微调镗刀

1—螺杆；2—镗杆；3—刀套；4—镗刀

【例6－6】如图6－85所示是微调镗刀上的差动螺旋传动微调机构。螺杆1在Ⅰ和Ⅱ两处均为右旋螺纹，刀套3固定在镗杆2上，镗刀4在刀套中不能回转，只能移动。当螺杆回转时，可使镗刀得到微量移动。设固定螺母螺纹（刀套）的导程PA＝1.5mm，活动螺母（镗刀）螺纹的导程PB＝1.25mm，求螺杆按图示方向回转1转时镗刀位移？若螺杆圆周按100等份刻线，螺杆每转过1格，求镗刀的位移？

如果螺杆圆周按100等份刻线，螺杆每转过1格，镗刀的实际位移＋0.0025mm。由该例可知，差动螺旋传动可以方便地实现微量调节。

任务实施

任务内容：

图6－86　牛头刨床进给机构

说明图6－71中牛头刨床的横向进给机构的工作原理。

任务步骤：

牛头刨床工作台的横向的间歇进给是由棘轮机构带动的，如图6－86所示，运动过程为：由齿轮1带动与齿轮2同轴的销盘3（相当曲柄）作等速转动，通过连杆4带动摇杆5往复摆动，使摇杆5上的棘爪驱动棘轮6作单向间歇运动。此时，与棘轮固接的丝杆7使工作台作横向进给运动。另外，可通过曲柄销B的位置来改变摇杆的摆角，以达到改变棘轮转角的目的。