5.3 螺旋機構(gòu)

5.3.1 螺旋機構(gòu)的組成及工作原理

在機械中，有時需要將轉(zhuǎn)動變?yōu)橹本€移動，同時傳遞運動和動力。螺旋機構(gòu)是實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變經(jīng)常采用的一種機構(gòu)。螺旋機構(gòu)主要由螺桿、螺母組成。

螺旋機構(gòu)按其用途可分為：傳力螺旋機構(gòu)、傳導螺旋機構(gòu)和調(diào)整螺旋機構(gòu)。傳力螺旋機構(gòu)以傳遞動力為主，一般要求用較小的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動螺桿（或螺母）而使螺母（或螺桿）產(chǎn)生軸向運動和較大的軸向推力。這種傳力螺旋主要是承受很大的軸向力，通常為間歇性工作，且每次工作時間較短，工作速度不高，而且需要自鎖，用于起重或加壓裝置中。傳導螺旋機構(gòu)以傳遞運動為主，一般要求能在較長的時間內(nèi)連續(xù)工作，且工作速度較高，因此，要求較高的傳動精度，如精密車床的走刀螺桿。調(diào)整螺旋機構(gòu)用于調(diào)整并固定零部件之間的相對位置，如測試裝置中的微調(diào)螺旋機構(gòu)，比如千分尺中的螺旋。調(diào)整螺旋不經(jīng)常轉(zhuǎn)動，一般在空載下調(diào)整，要求有可靠的自鎖性能和精度。

5.3.2 螺旋機構(gòu)的特點及應用

1．滑動螺旋機構(gòu)

滑動螺旋結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)，易于制造，易于自鎖，這對起重設備、調(diào)節(jié)裝置等很有意義。但由于螺紋之間摩擦大、磨損大、效率低，不適宜用于高速和大功率傳動。

圖5.23所示為最簡單的滑動螺旋機構(gòu)，其中螺母3相對機架1可作軸向移動。圖中B為螺旋副，導程為PB，A為轉(zhuǎn)動副，C為移動副。設螺桿的導程為S，螺距為p，螺紋線數(shù)為n，則螺母的位移L和螺桿的轉(zhuǎn)角φ（rad）有如下關(guān)系：

圖5.24所示為差動滑動螺旋機構(gòu)，螺桿2分別與機架1、螺母3組成螺旋副A和B，導程分別為PA和PB，螺母3只能移動不能轉(zhuǎn)動。若左、右兩段螺紋的螺旋方向相同，則螺母3的位移L與螺桿2的轉(zhuǎn)角φ（rad）有如下關(guān)系：

由式（5-11）可知，當PA、PB相差很小時，螺母的位移會很小。這種含雙螺旋副且兩螺旋副旋向相同的螺旋機構(gòu)稱為差動螺旋機構(gòu)，常用于微量調(diào)節(jié)、測微和分度裝置中。圖5.25所示為鏜床調(diào)節(jié)鏜刀進刀量的差動螺旋機構(gòu)。

若兩螺旋副旋向相反（如圖5.24所示），則螺桿2轉(zhuǎn)過角φ時，螺母相對機架的位移為

這時，螺母3將獲得較大的位移。這種含雙螺旋副且兩螺旋副旋向相反的螺旋機構(gòu)稱為復式螺旋機構(gòu)，它常用于要求快速夾緊的夾具或鎖緊裝置中，例如鋼索的拉緊裝置、某些螺旋式夾具等。圖5.26所示為車輛連接的復式螺旋機構(gòu)，它可使車鉤E和F較快地靠近或分離。

為了減輕滑動螺旋的摩擦和磨損，螺桿和螺母的材料除應具有足夠的強度外，還應具有較好的減摩、耐磨性。由于螺母的加工成本比螺桿低，且更換較容易，因此應使螺母的材料比螺桿的材料軟，使工作時所發(fā)生的磨損主要在螺母上。對于硬度不高的螺桿，通常采用45、50鋼；對于硬度較高的重要傳動，可選用T12、65Mn、40Cr、40WMn、18CrMnTi等，并經(jīng)熱處理以獲得較高硬度；對于精密螺桿，要求熱處理后有較好的尺寸穩(wěn)定性，可選用9Mn2V、CrWMn、38CrMoAlA等。螺母常用材料為青銅和鑄鐵，要求較高的情況下，可采用ZCuSn10Pb1和ZCuSn5Pb5Zn5；重載低速的情況下，可用無錫青銅ZCuAl9Mn2；輕載低速的情況下，可用耐磨鑄鐵或鑄鐵。

2．滾動螺旋機構(gòu)

為了提高傳遞效率和傳動精度，降低螺旋傳動摩擦，用滾動摩擦代替滑動摩擦，制成滾動螺旋。其特點是：滾動螺旋的摩擦阻力小，傳動效率高（90%以上），磨損小，精度易保持，但結(jié)構(gòu)復雜，成本高，不能自鎖。滾動螺旋主要用于對傳動精度要求較高的場合。

作為滾動體，螺母上有導管或反向器，使?jié)L珠能循環(huán)滾動。當螺桿或螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠依次沿螺紋滾道滾動，借助于反向器使?jié)L珠不斷循環(huán)。滾珠的循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。滾珠在回路過程中離開螺旋表面的稱為外循環(huán)，如圖5.27（a）所示，滾珠在螺母的外表面，經(jīng)返回通道循環(huán)。外循環(huán)加工方便，但徑向尺寸較大。圖5.27（b）所示為內(nèi)循環(huán)，滾珠在整個循環(huán)過程中始終不脫離螺旋表面。每一圈螺紋有一反向器，滾珠只在本圈內(nèi)循環(huán)。

3．靜壓螺旋機構(gòu)

靜壓螺旋機構(gòu)將靜壓原理應用于螺旋傳動中。如圖5.28所示，向螺旋副中注入壓力油，使螺紋工作面被油膜分開的螺旋，稱靜壓螺旋。這種螺旋摩擦損失小，傳動效率高（可達99%以上），工作壽命長，抗振性能好；但結(jié)構(gòu)復雜，需要一套供油裝置，僅用于高精度、高效率的重要傳動中，如數(shù)控、精密機床、測試裝置或自動控制系統(tǒng)的螺旋傳動中。