1.螺旋传动的特点

螺旋运动是构件的一种空间运动，它由具有一定制约关系的转动及沿转动轴线方向的移动两部分组成。组成运动副的两构件只能沿轴线做相对螺旋运动的运动副称为螺旋副。螺旋副是面接触的低副。

螺旋传动是利用螺旋副来传递运动和（或）动力的一种机械传动，可以方便地把主动件的回转运动转变为从动件的直线运动。

与其他将回转运动转变为直线运动的传动装置（如曲柄滑块机构）相比，螺旋传动具有结构简单，工作连续、平稳，承载能力大，传动精度高等优点，因此广泛应用于各种机械和仪器中。它的缺点是摩擦损失大，传动效率较低；但滚动螺旋传动的应用，已使螺旋传动摩擦大、易磨损和效率低的缺点得到了很大程度的改善。

常用的螺旋传动有普通螺旋传动、差动螺旋传动和滚珠螺旋传动等。

2.普通螺旋传动

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。

（1）普通螺旋传动的应用形式

①螺母固定不动、螺杆回转并做直线运动。图5-77所示为螺杆回转并做直线运动的台虎钳。与活动钳口2组成转动副的螺杆1以右旋单线螺纹与螺母4啮合组成螺旋副。螺母4与固定钳口3连接。当螺杆按图示方向相对螺母4做回转运动时，螺杆连同活动钳口向右做直线运动（简称右移），与固定钳口实现对工件的夹紧；当螺杆反向回转时，活动钳口随螺杆左移，松开工件，通过螺旋传动完成夹紧与松开工件的要求。

螺母不动，螺杆回转并移动的形式，通常应用于螺旋压力机、千分尺等。

②螺杆固定不动、螺母回转并做直线运动。图5-78所示为螺旋千斤顶中的一种结构形式，螺杆4连接于底座固定不动，转动手柄3使螺母2回转并做上升或下降的直线运动，从而举起或放下托盘1。

图5-77　台虎钳

1—螺杆；2—活动钳口；3—固定钳口；4—螺母

图5-78　螺旋千斤顶

1—托盘；2—螺母；3—手柄；4—螺杆

螺杆不动，螺母回转并做直线运动的形式常用于插齿机刀架传动等。

③螺杆回转、螺母做直线运动。图5-79所示为螺杆回转、螺母做直线运动的传动结构。螺杆1与机架3组成转动副，螺母2与螺杆以左旋螺纹啮合并与工作台4连接。当转动手轮使螺杆按图示方向回转时，螺母带动工作台沿机架的导轨向右做直线运动。

螺杆回转、螺母做直线运动的形式应用较广，如机床的滑板移动机构等。

④螺母回转螺杆做直线运动。图5-80所示为应力试验机上的观察镜螺旋调整装置。螺杆2、螺母3为左旋螺旋副。当螺母按图示方向回转时，螺杆带动观察镜1向上移动；螺母反向回转时，螺杆连同观察镜向下移动。

图5-79　机床工作台移动机构

1—螺杆；2—螺母；3—机架；4—工作台

图5-80　观察镜螺旋调整装置

1—观察镜；2—螺杆；3—螺母；4—机架

（2）直线运动方向的判定

普通螺旋传动时，从动件做直线运动的方向（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。正确判定螺杆或螺母的移动方向十分重要。判定方法如下。

①右旋螺纹用右手，左旋螺纹用左手。手握空拳，并握住螺杆（或螺母）的轴线，四指指向与螺杆（或螺母）回转方向相同，大拇指竖直。

②若螺杆（或螺母）回转并移动，螺母（或螺杆）不动，则大拇指指向即为螺杆（或螺母）的移动方向，如图5-81所示。

③若螺杆（或螺母）回转，螺母（或螺杆）移动，则大拇指指向的相反方向即为螺母（或螺杆）的移动方向，如图5-82所示。

图5-81　螺杆或螺母移动方向的判定

图5-82　卧式车床床鞍的螺旋传动

1—床鞍；2—丝杠；3—开合螺母

图5-82所示为卧式车床床鞍螺旋传动。丝杠为右旋螺杆，当丝杠按图5-83所示方向回转时，开合螺母带动床鞍向左移动。

（3）直线运动距离

相对螺母每回转一圈，螺、杆（或螺母）移动一个等于导程的距离。因此，移动距离等于回转圈数与导程的乘积，即

式中，L——螺杆（或螺母）的移动距离；

　　　N——回转圈数；

　　　Ph——螺纹导程，mm。

移动速度可按下式计算：

式中，v——螺杆（或螺母）的移动速度，mm/min；(www.daowen.com)

　　　n——转速，r/min；

　　　Ph——螺纹导程，mm。

3.差动螺旋传动

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。

（1）差动螺旋传动原理

图5-83所示为一差动螺旋机构。螺杆1分别与活动螺母2和机架3组成两个螺旋副，机架上为固定螺母（不能移动），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，当按图5-83所示方向回转螺杆时，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1r，活动螺母实际移动距离为两段螺纹导程之差。如果机架上螺母螺纹旋向仍为右旋，活动螺母的螺纹旋向为左旋，则如图5-83所示回转螺杆时，螺杆相对机架左移，活动螺母相对螺杆亦左移，螺杆每转1r，活动螺母实际移动距离为两段螺纹的导程之和。

图5-83　差动螺旋传动原理

1—螺杆；2—活动螺母；3—机架

（2）差动螺旋传动的移动距离和方向的确定

①螺杆上两螺纹旋向相同时，活动螺母移动距离减小。当机架上固定螺母的导程大于活动螺母的导程时，活动螺母移动方向与螺杆移动方向相同；当机架上固定螺母的导程小于活动螺母的导程时，活动螺母移动方向与螺杆移动方向相反；当两螺纹的导程相等时，活动螺母不动（移动距离为零）。

②当螺杆上两螺纹旋向相反时，活动螺母移动距离增大。活动螺母移动方向与螺杆移动方向相同。

③在判定差动螺旋传动中活动螺母的移动方向时，应先确定螺杆的移动方向。

在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，L——活动螺母的实际移动距离，mm；

　　　N——螺杆的回转圈数；

　　　Ph1——机架上固定螺母的导程，mm；

　　　Ph2——活动螺母的导程，mm。

当两螺纹旋向相反时，公式中用“+”号；当两螺纹旋向相同时，公式中用“-”号。计算结果为正值时，活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相同；计算结果为负值时，活动螺母实际移动方向与螺杆移动方向相反。

【例5-1】　在图5-83中，固定螺母的导程Ph1=1.5mm，活动螺母的导程Ph2=2mm，螺纹均为左旋。问当螺杆回转0.5r时，活动螺母的移动距离是多少？移动方向如何？

解：螺纹为左旋，用左手判定螺杆向右移动。

因为两螺纹旋向相同，故活动螺母移动距离为

计算结果为负值，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。

（3）差动螺旋传动的应用实例

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5-84所示为应用于微调镗刀上的差动螺旋传动实例。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（刀套）螺纹的导程Ph1=1.5mm，活动螺母（镗刀）螺纹的导程Ph2=1.25mm，则螺杆按图示方向回转1r时镗刀的移动距离为

图5-84　差动螺旋传动的微调镗刀

1—螺杆；2—镗杆；3—刀套；4—镗刀

如果螺杆圆周按100等分刻线，则螺杆每转过1格，镗刀的实际位移为

由该例可知，差动螺旋传动可以方便地实现微量调节。

图5-85所示为一种差动螺旋微调机构。手轮4与螺杆3固定连接，螺杆与机架1的内螺纹组成一螺旋副，导程为Ph1，螺杆以内螺纹与移动螺杆2组成另一螺旋副，导程为Ph2，移动螺轩在机架内只能沿导向键左右移动而不能转动。设两螺旋副均为右旋，且Ph1＞Ph2，则如图5-86所示方向回转手轮时，螺杆右移，移动螺杆相对螺杆左移，即移动螺杆的实际位移为

图5-85　差动螺旋微调机构

1—机架；2—移动螺杆；3—螺杆；4—手轮

手轮回转角度为φ（rad）时移动螺杆的实际位移可按下式计算：

4.滚珠螺旋传动

在普通的螺旋传动中，由于螺杆与螺母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，经常采用滚珠螺旋传动新技术，如图5-86所示，用滚动摩擦来替代滑动摩擦。

图5-86　滚珠螺旋传动

1—滚珠循环装置；2—滚珠；3—螺杆；4—螺母

滚珠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），当螺杆与螺母做相对螺旋运动时，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。

滚珠螺旋传动具有滚动摩擦阻力很小、摩擦损失小、传动效率高、传动时运动稳定且动作灵敏等优点。但其结构复杂，外形尺寸较大，制造技术要求高，因此成本也较高。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、升降机构和精密测量仪器等。