第2章2：机械系统的部件选择与设计(滚珠丝杠螺母副)课件.ppt

1、2.1常用的机械传动部件包括：常用的机械传动部件包括：n螺旋传动螺旋传动n 齿轮传动齿轮传动n 同步带传动同步带传动n 高速带传动高速带传动n 各种非线性传动等各种非线性传动等 基本功能基本功能传动机构传动机构运动的变换运动的变换动力的变换动力的变换形式形式行程行程方向方向 速度速度 大小大小形式形式丝杠螺母丝杠螺母齿轮齿轮齿轮齿条齿轮齿条链轮链条链轮链条带、带轮带、带轮杠杆机构杠杆机构凸轮机构凸轮机构蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆间歇机构间歇机构 应设计和选择传动间隙小、应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。平稳、传递转矩大的传动部件。

2、1、精密化、精密化2、高速化、高速化3、小型化、轻量化、小型化、轻量化1、组成及特点、组成及特点（1）组成）组成螺母螺母滚珠滚珠丝杠丝杠螺旋槽螺旋槽螺旋槽螺旋槽回路管道回路管道 带螺纹槽的丝杠带螺纹槽的丝杠 带螺纹槽的螺母带螺纹槽的螺母 滚珠滚珠 反向器反向器优点：优点：1）传动效率高（）传动效率高（0.9)2）轴向刚度高）轴向刚度高3）运动平稳，传动精度高）运动平稳，传动精度高4）磨损小，寿命长）磨损小，寿命长1）不能自锁）不能自锁2）结构复杂）结构复杂单圆弧型单圆弧型双圆弧型双圆弧型（1）螺纹滚道型面的形状及主要尺寸）螺纹滚道型面的形状及主要尺寸 理想接触角理想接触角 =450R=1.04

3、rbe=sin(R-rb)偏心距偏心距滚道圆弧半径滚道圆弧半径滚珠半径滚珠半径接触角接触角 eRrb ，承载能力，承载能力，轴向刚度，轴向刚度 特点：接触角随轴向载荷的变化而变化特点：接触角随轴向载荷的变化而变化特点：特点：角基本保持不变，加工成本高角基本保持不变，加工成本高 v内循环内循环v外循环外循环滚珠在循环的过程中始终没有脱离丝杠。滚珠在循环的过程中始终没有脱离丝杠。丝杠丝杠螺母螺母滚珠滚珠反向器反向器浮动式反向器的循环浮动式反向器的循环丝杠丝杠螺母螺母滚珠滚珠反向器反向器l滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；l螺母的径向尺寸小，螺母的径向尺寸小，加工困

4、难，装配调加工困难，装配调整不易；整不易；l适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。进给系统。滚珠在循环过程中脱离过丝杠滚珠在循环过程中脱离过丝杠螺母螺母滚珠滚珠丝杠丝杠螺旋槽螺旋槽螺旋槽螺旋槽回路管道回路管道l滚珠循环回路长，流畅性差，效率低；滚珠循环回路长，流畅性差，效率低；l工艺简单，工艺简单，螺母的径向尺寸大，螺母的径向尺寸大，易于制造；易于制造；l挡珠器刚性差，易磨损。挡珠器刚性差，易磨损。插管插管特点：特点：应用较少，常以单螺母形式用作升应用较少，常以单螺母形式用作升降传动机构。降传动机构。盖板盖板螺母螺母公称直径公称直径丝杠大径丝杠大径丝杠小

5、径丝杠小径滚珠直径滚珠直径螺母小径螺母小径螺母大径螺母大径 指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径，它是滚态时包络滚珠球心的圆柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。珠丝杠副的特征尺寸。效效率率承承载载能能力力滚滚珠珠直直径径bdd03010丝杠工作长度的丝杠工作长度的 d定义：定义：丝杠相对螺母旋转丝杠相对螺母旋转2弧度弧度时，螺母上基准点的轴向位移时，螺母上基准点的轴向位移;导程的大小根据机床的加工导程的大小根据机床的加工精度要求确定：精度要求确定：精度高精度高导程取小些导程取小些 导程减小将导致滚珠丝杠螺导程减小将导致滚珠丝杠螺母副的承载能力下降

6、；母副的承载能力下降；L0基本导程的选择原则：基本导程的选择原则：在满足数控机床加工精在满足数控机床加工精度的条件下，导程应尽可能度的条件下，导程应尽可能取大些取大些.丝杠相对螺母旋转任意弧度丝杠相对螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。时，螺母上基准点的轴向位移。0360LxL 滚珠直径大，则承载能力也大。滚珠直径大，则承载能力也大。应根据轴承厂提供的尺寸选用应根据轴承厂提供的尺寸选用 N过多，流通不畅，易产生过多，流通不畅，易产生阻塞；阻塞；N过少，承载能力小，滚珠过少，承载能力小，滚珠自载加距磨损和变形自载加距磨损和变形一般取：一般取：N150 由于第一、第二、第三由于第一、第二、

7、第三圈（或列）分别承受轴向载荷圈（或列）分别承受轴向载荷的的50%、30%、15%左右，因左右，因此工作圈（或列）数一般取此工作圈（或列）数一般取:j=2.53.5（1）精度等级）精度等级根据国标根据国标JB3162.2-82标准，精度等级为标准，精度等级为6级：级：C、D、E、F、G、H，C级最高级最高；根据国标根据国标JB3162.2-91标准，精度等级为标准，精度等级为7级：级：1、2、3、4、5、7、10，1级为最高级为最高 精度的检验指标以导程误差的大小来表现精度的检验指标以导程误差的大小来表现检验项目号检验项目号检验内容检验内容代号代号1任意任意300mm螺纹长度内导程误差螺纹长度

8、内导程误差 l3002螺纹全长内导程误差螺纹全长内导程误差 ls3导程误差曲线的带宽导程误差曲线的带宽 lb4基本导程偏差基本导程偏差 l052 弧度内导程误差弧度内导程误差 l2 丝杠长度丝杠长度l导程误差导程误差mm螺纹全长内导程误差螺纹全长内导程误差l ls s300300600600任意任意300mm300mm内导程误差内导程误差目标导程目标导程导程误差曲线带宽导程误差曲线带宽丝杠长度丝杠长度l导程误差导程误差mm 数控机床、精密机床和精密仪器等数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和半闭环进给系统，根据定位用于开环和半闭环进给系统，根据定位精度和重复定位精度的要求可选用精度和重复定位

9、精度的要求可选用C、D、E（1、2、3级）；级）；一般传动可选用一般传动可选用F、G（4、5级），级），全闭环系统可选用全闭环系统可选用D、E、F（2、3、4级）级）F C B4083.5E2/14001000精度等级及检验项目精度等级及检验项目负载滚珠圈（列）数负载滚珠圈（列）数基本导程基本导程公称直径公称直径预紧方式预紧方式循环方式循环方式外型结构特点外型结构特点检验项检验项目号目号检验内容检验内容检验项目检验项目选择标号选择标号123451 l3002 ls3 lb4 l05 l2 检验精度检验精度E级，检验项目级，检验项目2个：个：l300 和和 ls，其其它未检验项目精度不得超过下一

10、精度要求。它未检验项目精度不得超过下一精度要求。循环方式循环方式标记代号标记代号内循环内循环浮动反向器式浮动反向器式F固定反向器式固定反向器式G外循环外循环插管式插管式埋入埋入CM凸出凸出CT端盖式端盖式D螺旋槽式螺旋槽式L预紧方式预紧方式标记代号标记代号双螺母螺纹预紧式双螺母螺纹预紧式L双螺母齿差预紧式双螺母齿差预紧式Ch（或（或C）双螺母垫片预紧式双螺母垫片预紧式D单螺母变位导程预紧式单螺母变位导程预紧式B单螺母无预紧式单螺母无预紧式不标（或标不标（或标W）公称直径公称直径 6、8、10、12、16、20、25基本导程基本导程 1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12.注意：注意：尽

11、可能优先选用尽可能优先选用4、5、6、8尺寸系尺寸系列的滚珠丝杠螺母副列的滚珠丝杠螺母副预紧目的：预紧目的：提高刚度提高刚度保证反向传动精度保证反向传动精度轴向间隙调整的目的：轴向间隙调整的目的：（1）双螺母螺纹预紧调整法）双螺母螺纹预紧调整法特点：特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量调整调整方便，但不能精确定量调整套筒套筒内齿轮内齿轮外齿轮外齿轮丝杠丝杠可实现定量调整，使用中调整方便；可实现定量调整，使用中调整方便；oLzzzzL2121|两边齿轮同向旋转一个齿时，螺两边齿轮同向旋转一个齿时，螺母的轴向位移量为：母的轴向位移量为：

12、丝杠丝杠螺母螺母垫片垫片垫片垫片螺母螺母 结构简单，刚性高，预紧可靠，结构简单，刚性高，预紧可靠，但使用中调整不方便但使用中调整不方便 能消除在使用过程中由于磨损或弹性能消除在使用过程中由于磨损或弹性变形产生的间隙，但结构复杂，轴向刚度变形产生的间隙，但结构复杂，轴向刚度低低；适用于轻载场合。；适用于轻载场合。结构简单紧凑，但使用中不能调整，制造困难结构简单紧凑，但使用中不能调整，制造困难 采用采用止推轴承止推轴承为主的轴承组为主的轴承组合来提高轴向刚度合来提高轴向刚度。特点：特点：轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装丝杠传动系统；当丝杠垂直安装

13、速的垂直安装丝杠传动系统；当丝杠垂直安装时，必须采用制动装置。时，必须采用制动装置。特点：特点：预紧力小，轴承寿命较高，预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统 特点：特点：轴向刚度较高，预紧力大，寿命低轴向刚度较高，预紧力大，寿命低特点：特点：适合于高刚度，高速度，高精度的精适合于高刚度，高速度，高精度的精密丝杠传动系统。密丝杠传动系统。双推双推-双推双推无无单推单推-单推单推双推双推-简支简支有有低低高高低低高高双推双推-自由自由失稳失稳承载能力承载能力刚度刚度支承方式支承方式电机电机丝杠丝杠主轴主轴摩擦离合器摩擦离合器弹簧弹簧电磁线

14、圈电磁线圈铁心铁心（1）密封）密封 1）丝杠的密封）丝杠的密封 折叠套管折叠套管伸缩套管伸缩套管刚带套管刚带套管 非接触式：迷宫式非接触式：迷宫式接触式：毛粘接触式：毛粘 一般采用脂润滑或滴油润一般采用脂润滑或滴油润滑，丝杠高速运转时采用喷雾滑，丝杠高速运转时采用喷雾润滑。润滑。dz=d0-dqcos dz螺纹接触直径螺纹接触直径 d1=d0+2e-2R d1螺纹内径螺纹内径 d=d0-(0.20.25)dq d螺纹外径螺纹外径 螺螺 杆杆 螺纹升角螺纹升角e=(R-dq/2)sin e偏心距偏心距R=0.52dq R滚道法面半径滚道法面半径螺纹滚道螺纹滚道计算公式计算公式符号符号名称名称00

15、dLarctg 公称直径公称直径d0 基本导程基本导程L0接触角接触角 滚珠直径滚珠直径dq（1）滚珠丝杠副结构的选择）滚珠丝杠副结构的选择 根据防尘防护条件以及对调隙及根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，选择适当的结构型式。预紧的要求，选择适当的结构型式。1）公称直径）公称直径d0 公称直径应根据轴向最大载公称直径应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择；荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择；l0应按承载能力及传动精度、应按承载能力及传动精度、传动速度选取；传动速度选取；要求传动速度快时，可选用要求传动速度快时，可选用较大导程的滚珠丝杠副。较大导程的滚珠丝杠副。已知：最大工作载荷已知：最大工作载

16、荷F（N）或平均工作）或平均工作载荷载荷Fm，使用寿命，使用寿命T，丝杠的工作长度，丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）（或螺母的有效行程）L（m），丝杠的），丝杠的转速转速n（平均转速（平均转速nm或最大转速或最大转速nmax）（r/min），以及滚道硬度），以及滚道硬度HRC和运转情和运转情况。况。计算作用于丝杠轴向最大动计算作用于丝杠轴向最大动载荷载荷Q，然后根据，然后根据Q值选择丝杠副值选择丝杠副的型号。的型号。T-使用寿命时间（使用寿命时间（h）p普通机械为普通机械为500010000，p数控机床及其它机电一体化设备及仪器装置数控机床及其它机电一体化设备及仪器装置为为15000p航空机

17、械为航空机械为1000)(max3NPffLQWH 61060nTL 式中：式中：vs-最大切削力条件下的进给速度最大切削力条件下的进给速度(m/min),可取最高进给切削速度的可取最高进给切削速度的1/31/2 L0-丝杠的导程丝杠的导程(mm)01000Lvns)(max3NPffLQWH 较大冲击或振动时较大冲击或振动时中等冲击时中等冲击时平稳或轻度冲击时平稳或轻度冲击时5.25.15.12.12.10.1Wf 454.25056.15.5235.15511.1580.1HRCHRCHRCHRCHRCfH 当丝杠转速当丝杠转速n10r/min时，时，以最大静载荷以最大静载荷Q0为设计依据

18、。为设计依据。)(tgtg其摩擦角约等于其摩擦角约等于滚动摩擦系数滚动摩擦系数摩擦角，滚珠丝杠副的摩擦角，滚珠丝杠副的丝杠螺旋长升角丝杠螺旋长升角10,004.0003.0 ftg 时时满满足足要要求求当当9.0 刚度的验算主要是确定丝杠的变形量刚度的验算主要是确定丝杠的变形量 丝杠的拉伸或压缩变形量丝杠的拉伸或压缩变形量 1 滚珠与螺纹滚道间接触变形滚珠与螺纹滚道间接触变形 2 支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形 3 滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变化滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变化量量 4 螺母座及轴承支座的变形螺母座及轴承支座的变形 5 滚珠丝杠副刚度的验

19、算，主滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算要是验算 1、2、3之和不应大之和不应大于机床精度要求允许变形量的一于机床精度要求允许变形量的一半，否则，应考虑选用较大直径半，否则，应考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。的滚珠丝杠副。1+2+3=机床精度要求机床精度要求即可认为该丝杠刚度合格。即可认为该丝杠刚度合格。对已选定尺寸的丝杠在给定的支承对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下，承受最大轴向负载时，应验算条件下，承受最大轴向负载时，应验算其有没有产生纵向弯曲（失稳）的危险。其有没有产生纵向弯曲（失稳）的危险。22lEIfpZK 丝杠的支承方式系数丝杠的支承方式系数）丝杠两端支承距离（丝杠两端支承距离（丝杠

20、小径）丝杠小径）截面惯性矩（截面惯性矩（）（钢钢丝杠材料弹性模量，对丝杠材料弹性模量，对 ZfcmlddIcmIcmNEE141426(64/106.20 式中：式中：丝杠的支承方式丝杠的支承方式支承方式支承方式fz双推双推-双推双推4单推单推-单推单推1双推双推-简支简支2双推双推-自由式自由式0.25nK-许用稳定性安全系数许用稳定性安全系数 一般取：一般取：nk=2.54求求时，丝杠满足稳定性要时，丝杠满足稳定性要当当kmkknFFn 人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。