精密机械滑动丝杆原理及参数教学课件.pptx

1、1.1.电磁振动料斗电磁振动料斗 工作原理：工作原理：选择激励频率实现机械共振选择激励频率实现机械共振 阻尼因素：阻尼因素：亚共振状态效果最佳亚共振状态效果最佳2.2.结构参数设计结构参数设计 振动角振动角螺旋升角螺旋升角弹簧偏角弹簧偏角 料斗外径料斗外径D D外外通道螺距通道螺距t t 料斗高度料斗高度H H3.3.弹性系统设计弹性系统设计 系统刚性与固有频率系统刚性与固有频率振动相当质量；振动相当质量；频率比频率比 弹簧参数（弹簧参数（d d、h h、b b）上次课程主要内容：上次课程主要内容：36/0136/01rR1丝杠螺母机构第第5 5章章 精密丝杠螺母机构精密丝杠螺母机构 本章主要

2、内容：本章主要内容：1.1.滑动丝杠、螺母传动机构设计及应用滑动丝杠、螺母传动机构设计及应用2.2.滚珠丝杠、螺母传动机构设计及应用滚珠丝杠、螺母传动机构设计及应用 学习过程注意的问题：学习过程注意的问题：螺纹传动设计相关知识螺纹传动设计相关知识螺纹传动制造工艺知识螺纹传动制造工艺知识（材料、加工、热处理、装配调试）（材料、加工、热处理、装配调试）螺纹传动精度评价螺纹传动精度评价36/0236/022丝杠螺母机构螺纹主要功能及应用：螺纹主要功能及应用：连接、紧固连接、紧固 管道接口密封管道接口密封 传动（运动、动力）传动（运动、动力）基础知识基础知识2 2：精密丝杠、螺母机构应用特征精密丝杠、

3、螺母机构应用特征 旋转、直线运动转换旋转、直线运动转换 小负荷、高精度小负荷、高精度 小、微量运动传递小、微量运动传递36/0336/03基础知识基础知识1 1：螺杆、螺母结构螺杆、螺母结构3丝杠螺母机构滚珠丝杆滚珠丝杆滑动丝杆滑动丝杆1.1.机构特点及应用机构特点及应用（1 1）螺纹常用牙形）螺纹常用牙形如图如图梯形螺纹梯形螺纹牙形角牙形角=30=3036/0436/045.1 5.1 滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构4丝杠螺母机构大径大径D(d)D(d)小径小径D D1 1(d(d1 1)中径中径D D2 2(d(d2 2)主要内容：传动方案精度分析支撑结构材料选择结构简单结构简单、紧凑、

4、紧凑，加工方便，加工方便降速比大降速比大（自锁自锁）、）、运动平稳运动平稳便于保证和提高便于保证和提高传动精度传动精度摩擦阻力摩擦阻力相对大相对大，传动效率低，传动效率低存在存在侧向间隙，有反向空程侧向间隙，有反向空程微量、低速进给有微量、低速进给有爬行现象爬行现象36/0536/05（2 2）滑动丝杠副结构特点）滑动丝杠副结构特点5丝杠螺母机构螺纹副应螺纹副应用的局限用的局限1 1）四种基本传动）四种基本传动（见（见P158P158表表5-15-1；1-41-4图）图）丝杠转动，螺母轴向移动丝杠转动，螺母轴向移动 丝杠转动并轴向移动，螺母静止丝杠转动并轴向移动，螺母静止 丝杠轴向移动，螺母转

5、动丝杠轴向移动，螺母转动 丝杠静止，螺母转动并轴向移动丝杠静止，螺母转动并轴向移动 传动方案选择的依据，应根据具体设备传动方案选择的依据，应根据具体设备功能、结构的传动需要。功能、结构的传动需要。36/0636/06（3 3）滑动丝杠螺母传动的应用）滑动丝杠螺母传动的应用6丝杠螺母机构 差动传动机构用于高精、微量进给，多差动传动机构用于高精、微量进给，多数情况包含两个不等螺距的滑动丝杠副。数情况包含两个不等螺距的滑动丝杠副。丝杠转动并轴向移动，螺母轴向差动丝杠转动并轴向移动，螺母轴向差动 （两套丝杠副，见表中图（两套丝杠副，见表中图5 5）丝杠转动无轴向移动，螺母转动并轴向移丝杠转动无轴向移动

6、，螺母转动并轴向移动动 （两套丝杠副，见表中图（两套丝杠副，见表中图6 6）丝杠转动轴向静止，螺母转动并轴向差动丝杠转动轴向静止，螺母转动并轴向差动 （一套丝杠副）（一套丝杠副）第一节 概述2 2）差动传动）差动传动36/0736/077丝杠螺母机构2.2.滑动螺母结构滑动螺母结构 精密机械传动中，常用滑动螺母结构有螺精密机械传动中，常用滑动螺母结构有螺母（普通）、半螺母两种结构。母（普通）、半螺母两种结构。螺母（普通）螺母（普通）结构紧凑，接触刚性好，传动精度高，但结构紧凑，接触刚性好，传动精度高，但装配调整较前者麻烦。装配调整较前者麻烦。半螺母半螺母 结构简单，方便装配调试，但由不对称结结

7、构简单，方便装配调试，但由不对称结构导致加工困难、受力偏心等缺陷。构导致加工困难、受力偏心等缺陷。836/0836/08半螺母应用半螺母应用丝杠螺母机构齿形误差齿形误差3.3.滑动丝杠螺母传动精度分析滑动丝杠螺母传动精度分析（1 1）传动精度传动精度 主动件实际转角和从动件实际位移保主动件实际转角和从动件实际位移保持理论关系持理论关系 的准确程度的准确程度。（2 2）造成造成误差误差的主要因素的主要因素 丝杠丝杠、螺母的制造误差螺母的制造误差 支承及导向部分误差支承及导向部分误差 安装误差安装误差36/0936/099丝杠螺母机构TL36036/1036/10（3 3）从动件传动误差分析）从动

8、件传动误差分析 上述三大因素造成机构运动输出的误上述三大因素造成机构运动输出的误差，该综合误差可表达为：差，该综合误差可表达为：10丝杠螺母机构输输出出误误差差周期误差周期误差综合误差综合误差累积误差累积误差安装误差安装误差相关零件相关零件误差误差基础件、支基础件、支撑件等撑件等偏斜、错位等偏斜、错位等径向径向轴向轴向螺纹线螺纹线4.4.提高传动精度的方法提高传动精度的方法 分析分析表明，欲表明，欲提高螺旋副零件传动精度提高螺旋副零件传动精度，其关键在于提高其关键在于提高主要零件主要零件的制造精度，但实的制造精度，但实践中践中制造精制造精度往往度往往受到受到工艺工艺及及经济条件经济条件的的制约

9、。制约。基本思路：基本思路：在保证一定零件精度的前提下，通过完善在保证一定零件精度的前提下，通过完善结构结构来消除或减少传动误差。来消除或减少传动误差。例如：例如：采用可调节结构采用可调节结构 增加补偿结构等增加补偿结构等36/1136/1111丝杠螺母机构36/1236/12（1 1）误差补偿机构）误差补偿机构1 1）螺距误差的机械补偿）螺距误差的机械补偿 在在每一每一旋转周期内，用专门机构旋转周期内，用专门机构使螺母在使螺母在移动的过程中移动的过程中获得设定的获得设定的附加转角，附加转角，用以弥补用以弥补因因螺距误差螺距误差（温度误差温度误差）的影响。的影响。例：例：如图如图5-85-8，

10、凸轮补偿结构，凸轮补偿结构 测量螺母运动位置的实际误差测量螺母运动位置的实际误差 设计直线凸轮（靠模）设计直线凸轮（靠模）导杆摆动使螺母偏转产生附加转角。导杆摆动使螺母偏转产生附加转角。12丝杠螺母机构凸轮凸轮螺母螺母丝杠丝杠导杆导杆36/1336/13本补偿方案评价：本补偿方案评价：用机械方法进行误差补偿受诸多因素影响，用机械方法进行误差补偿受诸多因素影响，存在一定局限，仅用于特殊场合。存在一定局限，仅用于特殊场合。存在的问题：存在的问题：机械凸轮本身的制造精度如何保证？机械凸轮本身的制造精度如何保证？跟踪系统的复杂程度跟踪系统的复杂程度 滚动摩擦滚动摩擦相关零件精度相关零件精度 滑动摩擦滑

11、动摩擦运动磨损运动磨损 实际空间的可行性实际空间的可行性 经济性经济性辅助机构的性价比辅助机构的性价比13丝杠螺母机构36/1436/142 2）累积误差的电气系统补偿）累积误差的电气系统补偿 利用实时采集的反映位移误差的数字信利用实时采集的反映位移误差的数字信号，反馈驱动执行机构，从而使螺母获得准号，反馈驱动执行机构，从而使螺母获得准确的附加补偿角。确的附加补偿角。常用执行机构动力：常用执行机构动力：高精度步进电机、伺服电机等控制电机。高精度步进电机、伺服电机等控制电机。关键问题：关键问题：补偿机构的设计补偿机构的设计涉及机构中零件的制涉及机构中零件的制造精度、安装精度、数字信号采集精度等。

12、造精度、安装精度、数字信号采集精度等。14丝杠螺母机构36/1536/15（2 2）消除或减小轴向跳（窜）动）消除或减小轴向跳（窜）动 丝杠转动过程的轴向跳动将造成周期丝杠转动过程的轴向跳动将造成周期误差，可采取球形端面定位，减小轴肩接误差，可采取球形端面定位，减小轴肩接触面积的方法。触面积的方法。15丝杠螺母机构丝杠螺母机构车床小拖板（刀架）进给机构车床小拖板（刀架）进给机构球面球面定位定位36/1636/16（3 3）螺母与滑块的合理连接）螺母与滑块的合理连接 合理选择丝杠副从动件（螺母）的合理选择丝杠副从动件（螺母）的连接方式，减轻丝杠轴线与机构执行件连接方式，减轻丝杠轴线与机构执行件滑

13、动方向不平行对传动误差的影响。滑动方向不平行对传动误差的影响。直接连接直接连接 浮动连接浮动连接 弹性连接弹性连接16丝杠螺母机构（4 4）消除或减少螺旋传动空程）消除或减少螺旋传动空程空程现象：空程现象：丝杠转动方向改变时，需要丝杠丝杠转动方向改变时，需要丝杠反反转转某一角某一角度度后后，螺母才螺母才开始开始反向移动反向移动。形成的原因：形成的原因：丝杠与螺母的丝杠与螺母的配合配合间隙间隙 丝杠丝杠安装（安装（轴承处轴承处）存在）存在轴向间隙轴向间隙 丝杠丝杠副副从动件从动件与滑动件连接处间隙与滑动件连接处间隙36/1736/1717丝杠螺母机构消除间隙的常用方法：消除间隙的常用方法：1 1

14、）单面接触法单面接触法 施加一定的单施加一定的单向主动力，使驱动向主动力，使驱动面始终单向接触。面始终单向接触。油缸油缸 弹簧弹簧 重锤重锤36/1836/1818丝杠螺母机构主主动动力力2 2）径向调节法径向调节法 在螺母上设计不同结构，使螺母产生在螺母上设计不同结构，使螺母产生径向收缩，以减小传动副间隙。径向收缩，以减小传动副间隙。36/1936/1919丝杠螺母机构螺栓收紧螺栓收紧外套螺母收紧外套螺母收紧螺母开口，形成螺母开口，形成弹性中经，安装弹性中经，安装后调整。后调整。3 3）轴向调节法轴向调节法 利用双螺母轴向预紧消除传动副间隙。利用双螺母轴向预紧消除传动副间隙。36/2036/

15、2020丝杠螺母机构4 4）塑料螺母）塑料螺母 聚乙烯或聚酰胺聚乙烯或聚酰胺(尼龙尼龙)制成的塑料螺制成的塑料螺母结构。用金属压圈压紧，利用塑料的弹母结构。用金属压圈压紧，利用塑料的弹性变形来消除间隙。性变形来消除间隙。此结构简单，耐磨性好，且不需润滑。此结构简单，耐磨性好，且不需润滑。36/2136/2121丝杠螺母机构塑料塑料螺母螺母调节调节螺母螺母（5 5）丝杠支承）丝杠支承 丝杠支承是丝杠螺母机构中的重要丝杠支承是丝杠螺母机构中的重要组成部分，它的结构形式和安排布置，组成部分，它的结构形式和安排布置，对传动精度影响也很大。对传动精度影响也很大。基本形式：基本形式：滑动轴承滑动轴承、滚动

16、轴承滚动轴承、轴承轴承组合组合基本要求：基本要求：传动过程传动过程不会不会造成丝杠副造成丝杠副产生过大产生过大的的轴向轴向 和和径向径向 跳动跳动。36/2236/2222丝杠螺母机构静止丝杠支撑静止丝杠支撑滚动、滑动轴承座滚动、滑动轴承座滑动轴承支承滑动轴承支承 一般结构：一般结构：支座、浮动座、轴瓦支座、浮动座、轴瓦36/2336/2323丝杠螺母机构内孔壁加工润滑沟槽内孔壁加工润滑沟槽关键问题：关键问题：润滑润滑滚动轴承支承滚动轴承支承常用标准件类型：常用标准件类型：36/2436/2424丝杠螺母机构6.6.精密丝杠机构应用实例精密丝杠机构应用实例见见P170P170图图5-245-2

17、4照相机座平移驱动系统。照相机座平移驱动系统。驱动力：手动或电机驱动力：手动或电机传动系统：齿轮副、螺纹副传动系统：齿轮副、螺纹副输出运动：直线往返输出运动：直线往返36/2536/2525丝杠螺母机构7.7.丝杠传动设计基本步骤丝杠传动设计基本步骤 丝杠设计方法与丝杠设计方法与机床机床主主轴相似，不同轴相似，不同之处之处是丝杠上是丝杠上螺纹的牙形角、螺距、直径、螺纹的牙形角、螺距、直径、螺纹公差的设计。螺纹公差的设计。（1 1）螺纹牙型选择）螺纹牙型选择1 1）普通公制螺纹普通公制螺纹 牙形角牙形角6060度度，用于小型、轻载、短距，用于小型、轻载、短距离一般精度传动。离一般精度传动。由于不

18、易保证零件精度，较少使用。由于不易保证零件精度，较少使用。36/2636/2626丝杠螺母机构2 2）梯形螺纹）梯形螺纹 梯形螺纹牙形角为梯形螺纹牙形角为3030度。度。传动效率高、强度大、螺距大传动效率高、强度大、螺距大(最小直最小直径为径为10mm10mm，最小螺距为，最小螺距为2mm)2mm)。螺距小时，制造困难，而且不能磨螺距小时，制造困难，而且不能磨削削，故不易得到高精度丝杠。故不易得到高精度丝杠。各类螺纹传动装置多数采用不同等级的梯各类螺纹传动装置多数采用不同等级的梯形螺纹，其他牙形如三角（普通公制）、矩形螺纹，其他牙形如三角（普通公制）、矩形、锯齿形等仅用于无严格位置要求的场合。

19、形、锯齿形等仅用于无严格位置要求的场合。36/2736/2727丝杠螺母机构（2 2）螺距选择）螺距选择 精密仪器设备常用精密仪器设备常用尺寸。尺寸。的梯形螺纹的梯形螺纹(T)(T)螺距螺距：2 2、3 3、4 4、5 5、6mm6mm普通普通公制螺纹公制螺纹(M)(M)螺距螺距:0.250.25、0.50.5、0.750.75、1.01.0、1.251.25、1.51.5、1.75mm1.75mm设计依据：设计依据：实际需要实际需要、参考同类型设备初参考同类型设备初选传动选传动、移动、移动速比速比等。等。36/2836/2828丝杠螺母机构螺距P（3 3）丝杠直径）丝杠直径1 1）类比法：）

20、类比法：参考同类型设备的丝杠直径，并参考同类型设备的丝杠直径，并按所设计的设备具体情况确定按所设计的设备具体情况确定。2 2）计算法：）计算法：缺少缺少同类型设备参考，或同类型设备参考，或需要验算初选的丝杠直径需要验算初选的丝杠直径。依据：依据：耐磨性、刚度、稳定性、强度耐磨性、刚度、稳定性、强度36/2936/2929丝杠螺母机构 phZdFp2内螺纹表面压力：内螺纹表面压力：丝杠中径：丝杠中径：phFtphFtd56.02)(2dH（4 4）螺母长度）螺母长度H H（长径比系数（长径比系数）螺母长度：螺母长度：（5 5）丝杆螺纹长度）丝杆螺纹长度 L L螺纹螺纹 满足行程满足行程 L L行

21、程行程 要求。要求。（6 6）丝杠、螺母公差）丝杠、螺母公差 内、外螺纹公差等级、尺寸公差等级、内、外螺纹公差等级、尺寸公差等级、相应的表面质量等。相应的表面质量等。36/3036/3030丝杠螺母机构2dHmmHLL行程螺纹整体结构：整体结构：=1.2-1.5分体结构：分体结构：=2.5-3.5大径与小径无接触大径与小径无接触保证配合必须控制保证配合必须控制中径尺寸的变动量。中径尺寸的变动量。（2 2）顶径误差）顶径误差外螺纹大径外螺纹大径d d；内螺纹小径内螺纹小径D D1 1（3 3）牙形半角）牙形半角36/3136/31（1 1）中径误差）中径误差（作用、单一中径）（作用、单一中径）2

22、右左零件表面质量：精度5、6级Ra0.8-1.6精度7、8级Ra1.6-3.2精度9、10级Ra3.2以上31丝杠螺母机构国家标准规定的格式：国家标准规定的格式：36/3236/32螺纹公差的标注：螺纹公差的标注：GB/T 20666-2006GB/T 20666-2006例：例：M20 X 2 M20 X 2 左左6H/5g6g6H/5g6gS S旋合长度旋合长度外螺纹顶径公差带外螺纹顶径公差带外螺纹中径公差带外螺纹中径公差带内螺纹中径和顶径公差带内螺纹中径和顶径公差带左旋左旋螺距螺距公称直径公称直径牙型代号牙型代号螺纹副螺纹副32丝杠螺母机构36/3336/338.8.材料及热处理（材料及

23、热处理（P153P153：表：表5-45-4）材料选择依据：材料选择依据：机械性能（强度、耐磨）机械性能（强度、耐磨）热处理性能热处理性能加工工艺性加工工艺性 经济性经济性 螺杆：螺杆：强度高、耐磨性好、工艺性好强度高、耐磨性好、工艺性好 常用材料：常用材料：4545、5050、40Cr40Cr（合金结构钢）（合金结构钢）9Mn2V 9Mn2V （合金工具钢）（合金工具钢）热处理：热处理：调质调质（淬火（淬火+高温回火）高温回火）硬度：洛氏（硬度：洛氏（HRA/HRB/HRC）布氏（布氏（HBS）维氏（维氏（HV）丝杠热处理硬度：丝杠热处理硬度：结构钢：结构钢：220-280HBS 合金钢工具

24、：合金钢工具：35-45HRC螺母：材料原始特性螺母：材料原始特性强度强度变形变形33丝杠螺母机构36/3436/34螺母：螺母：性能要求：性能要求：耐磨性、减摩性好耐磨性、减摩性好 如：铸铁、黄铜、铍青铜、锡青铜、如：铸铁、黄铜、铍青铜、锡青铜、双金属、聚四氟乙烯（非金属）等。双金属、聚四氟乙烯（非金属）等。常用工艺：常用工艺：机械加工、粉末冶金、特种铸造等。机械加工、粉末冶金、特种铸造等。主要指标：主要指标：许用压强许用压强pp（P172P172：表：表5-35-3）phZdFp234丝杠螺母机构35/3635/36丝杠传动设计小结：丝杠传动设计小结：根据设备功能确定传动方式；根据设备功能

25、确定传动方式；采用适当的结构方式补偿，以提高螺纹传采用适当的结构方式补偿，以提高螺纹传动副的精度。如各类补偿系统（机、电）；动副的精度。如各类补偿系统（机、电）；用调节机构消除运动件间隙；用调节机构消除运动件间隙；由一定荷载导致螺母变形，与螺杆的无由一定荷载导致螺母变形，与螺杆的无 隙配合称为自适应螺纹，不影响螺旋传隙配合称为自适应螺纹，不影响螺旋传 动精度。动精度。上述仅为滑动丝杠参数设计基本程序，上述仅为滑动丝杠参数设计基本程序，相应结构设计与相应结构设计与机械设计机械设计相同。相同。思考：如何继续思考：如何继续后续的结构设计？后续的结构设计？35丝杠螺母机构思考题：思考题：P187:P187:1 1、2 236/3636/3636丝杠螺母机构