精密机械滚珠丝杠结构ppt课件.pptx

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1、1.1.螺纹传动基础知识螺纹传动基础知识 螺纹类型螺纹类型 参数参数 传动特性传动特性2.2.滑动丝杠螺母结构设计滑动丝杠螺母结构设计 丝杠精度：丝杠精度：减少误差措施、除隙机构减少误差措施、除隙机构 丝杠传动副主要参数设计：丝杠传动副主要参数设计： 牙形（角）、螺距、直径、螺母长度、牙形（角）、螺距、直径、螺母长度、螺纹长度、公差等级螺纹长度、公差等级 丝杠工艺：丝杠工艺：材料、工艺、热处理材料、工艺、热处理上次课程主要内容上次课程主要内容26/0126/0126/0226/025.2 5.2 滚珠丝杠螺母机构滚珠丝杠螺母机构 滑动螺旋传动中，各类螺纹牙型加工滑动螺旋传动中，各类螺纹牙型加工

2、困难困难, , 存在的误差难以通过调整机构修正；且动力传存在的误差难以通过调整机构修正；且动力传动中存在动中存在较大的摩擦较大的摩擦，应用中传动精度，应用中传动精度受受限。限。物场分析原理：物场分析原理：两个相互作用的物体之间加入两个相互作用的物体之间加入中间介质（作用场），改变胡提高原功能。中间介质（作用场），改变胡提高原功能。设想设想：丝杠机构中滚动副取代滑动副丝杠机构中滚动副取代滑动副 改变改变丝杠丝杠牙形，使之与球面吻合牙形，使之与球面吻合 螺母螺母、丝杠接触面、丝杠接触面充满滚珠作中间传动充满滚珠作中间传动 滚珠在螺母滚珠在螺母内内闭合的回路中循环闭合的回路中循环26/0326/03

3、1.1.滚珠丝杠的组成滚珠丝杠的组成 如图所示，滚珠丝杠传动副由如图所示，滚珠丝杠传动副由螺杠、螺母、螺杠、螺母、滚珠、循环装置滚珠、循环装置 组成。组成。滚动丝杠螺母内含滚动丝杠螺母内含滚珠返回通道，保滚珠返回通道，保持滚珠循环工作。持滚珠循环工作。螺母螺母丝杠丝杠滚珠滚珠循环装置循环装置26/0426/042. 2. 滚珠丝杠机构的特点滚珠丝杠机构的特点 除滑动丝杠传动的一般特点外，滚珠除滑动丝杠传动的一般特点外，滚珠丝杠副还具有如下特点：丝杠副还具有如下特点：（1 1）传动效率高（）传动效率高（0.960.96），启动力矩小），启动力矩小（2 2）传动精度高（微米级）传动精度高（微米级）

4、（3 3）具有传动的可逆性，不能自锁）具有传动的可逆性，不能自锁（4 4）寿命长，维护简单）寿命长，维护简单（5 5）制造工艺复杂，成本高）制造工艺复杂，成本高内循环内循环外循环外循环滚珠丝杠副结构特点：滚珠丝杠副结构特点： 螺纹滚道型面的形状螺纹滚道型面的形状 滚珠的循环方式滚珠的循环方式 轴向间隙和调整预紧轴向间隙和调整预紧机构机构 根据丝杠传动不同根据丝杠传动不同的的使用条件，其使用条件，其结构结构特点特点存在一定存在一定差异，设计与选用时应予以注意差异，设计与选用时应予以注意。关键问题：关键问题：滚道形状、滚道形状、滚珠循环方式、调整机构滚珠循环方式、调整机构26/0526/05（1

5、1）螺纹滚道法向截型）螺纹滚道法向截型 综合考虑精度、结构、工艺等问题，目前综合考虑精度、结构、工艺等问题，目前滚珠丝杠副常用滚珠丝杠副常用两种滚道型面：两种滚道型面：26/0626/06单圆弧滚道单圆弧滚道双圆弧滚道双圆弧滚道1 1）单圆弧型滚道）单圆弧型滚道 工艺简单，单螺母结构运行特性不够稳定；工艺简单，单螺母结构运行特性不够稳定；采用的双采用的双螺母结构复杂，螺母结构复杂，调试相对困难调试相对困难。2 2）双圆弧型滚道）双圆弧型滚道 制造工艺复杂。接触刚性好，摩擦小，承载制造工艺复杂。接触刚性好，摩擦小，承载能力较大，预紧或承载后接触角基本保持不变。能力较大，预紧或承载后接触角基本保持

6、不变。 采用双圆弧截面滚道传动效率高，系统轴向采用双圆弧截面滚道传动效率高，系统轴向刚度稳定，可刚度稳定，可实现较小（无）的间隙实现较小（无）的间隙传动传动，能获，能获得更高的传动精度。得更高的传动精度。26/0726/073 3）滚道形状参数）滚道形状参数接触角接触角与径向间隙与径向间隙 在在螺纹螺纹滚道法向剖面内，滚珠球心与滚道接滚道法向剖面内，滚珠球心与滚道接触点连线触点连线与与螺纹轴线的螺纹轴线的铅铅垂线垂线之间的之间的夹角夹角。标准标准接触角接触角：=45 =45 丝杠副的径向间隙丝杠副的径向间隙dd直接直接影响影响功能，无功能，无负荷负荷时，滚珠时，滚珠直直径径d db b、滚道半

7、径、滚道半径R R、接触角、接触角的的关系关系：承载后上述关系将发生变化。承载后上述关系将发生变化。26/0826/08接触角接触角)cos1)(2(4bdRd法向法向剖面剖面过轴线过轴线铅垂线铅垂线滚道与滚珠滚道与滚珠尺寸差尺寸差 滚道滚道半径理论上应略半径理论上应略大于滚子半径大于滚子半径，控制，控制滚滚道半径道半径有利于有利于提高提高丝杠丝杠承载能力承载能力。推荐设计参数推荐设计参数： 该参数取值该参数取值过大过大，导致，导致滚道滚道、滚子、滚子截面截面形状形状接触接触（面小）（面小）刚性差，承载能力刚性差，承载能力小，传动精度低小，传动精度低；反之反之滚珠滚珠与滚道与滚道几乎完全接触，

8、几乎完全接触，存在较大存在较大摩擦摩擦，且对制造精度要求很高。且对制造精度要求很高。单单圆弧型两种取值标准：圆弧型两种取值标准： 26/0926/0955. 052. 00dR11. 104. 10dR偏心距偏心距e e 承载传动承载传动状态状态下，滚道下，滚道圆弧中心与滚珠圆弧中心与滚珠中中心的心的偏移偏移距离，如图所示。距离，如图所示。 偏心距与偏心距与直径直径比、接触角比、接触角相关。相关。理论计算公式：理论计算公式：26/1026/10sin)2(bdRe单圆弧单圆弧滚道滚道e双圆弧双圆弧滚道滚道e（2 2）滚珠循环方式）滚珠循环方式1 1）内循环式）内循环式 内循环采用单圈内循环采用

9、单圈循环循环，为保证承载刚性一，为保证承载刚性一套套滚动丝杠滚动丝杠副应采用副应采用多多圈结构。圈结构。 内循环方式内循环方式滚珠流畅性好滚珠流畅性好，丝杠副总体径，丝杠副总体径向尺寸向尺寸相对较小。相对较小。26/1126/11内循环式内循环式 借助反向器使滚珠越过滚借助反向器使滚珠越过滚道槽顶进入下一圈循环。反道槽顶进入下一圈循环。反向器设计、加工困难。向器设计、加工困难。2 2）外循环式）外循环式 螺母上设计滚珠回流通道，有插管式螺母上设计滚珠回流通道，有插管式和端盖式两种。和端盖式两种。 外循环式滚珠丝杆传动工艺性好，但外循环式滚珠丝杆传动工艺性好，但循环路径长，整体径向尺寸大。循环路

10、径长，整体径向尺寸大。26/1226/12外循环式外循环式外循环传动示意图：外循环传动示意图：26/1326/13螺母运动方向螺母运动方向外循环通道外循环通道螺杆旋转方向螺杆旋转方向（3 3）消除轴向间隙与预）消除轴向间隙与预紧机构紧机构目的目的：提高提高滚珠丝杠承载、精度和工作可靠性。滚珠丝杠承载、精度和工作可靠性。双螺母预双螺母预紧机构：紧机构：目前目前各类各类滚珠丝杠副普遍应用滚珠丝杠副普遍应用的调节方式，调节原理与的调节方式，调节原理与滑动滑动丝杠双螺母相同丝杠双螺母相同。26/1426/14垫片式垫片式螺纹式螺纹式弹簧式弹簧式齿差式齿差式常用结构：常用结构：双螺母安装示意图：双螺母安

11、装示意图：26/1526/15两侧螺母两侧螺母垫片垫片双螺母调隙示意图：双螺母调隙示意图：26/1626/16两螺母侧向紧逼两螺母侧向紧逼（4 4）滚珠滚珠数量数量、圈数和列数、圈数和列数 螺母内螺母内第第1 1圈滚珠圈滚珠承担承担轴向载荷轴向载荷约约30-4530-45，第第5 5圈以后圈以后分担的荷载分担的荷载已已很小很小，因此设计时因此设计时多于多于5 5圈的结构圈的结构弊大于利弊大于利。 为提高滚珠的流畅性为提高滚珠的流畅性，经验表明，经验表明，在在同同一列一列循环回路内循环回路内，滚珠数滚珠数少于少于150150，圈数小于圈数小于3.53.5。滚珠数滚珠数近似计算如下：近似计算如下：

12、26/1726/1730bddZ单50bbddndLZ多每圈数量：每圈数量：总数量：总数量：工作台运动工作台运动（5 5）滚珠丝杠精度、代号和标记）滚珠丝杠精度、代号和标记1 1）精度评价指标）精度评价指标 滚珠螺旋副的传动精度评价是对螺母的滚珠螺旋副的传动精度评价是对螺母的运动准确性，主要包括两项：运动准确性，主要包括两项：行程误差行程误差 丝杠转角与螺母位移之间比值相对理论丝杠转角与螺母位移之间比值相对理论比值比值的偏差。的偏差。空回空回误差误差 螺纹副螺纹副间隙造成的反向误差。间隙造成的反向误差。26/1826/182 2）代号和标记方法）代号和标记方法 国家标准国家标准规定，滚珠规定，

13、滚珠螺旋副的代号螺旋副的代号和标记和标记方法方法如下：如下：26/1926/19循环方式循环方式例：例： C C D D M M 5050 1010 3 3P P 3 3精度等级精度等级负荷钢珠圈数负荷钢珠圈数公称直径公称直径预紧方式预紧方式类型（类型（P P或或T T）公称导程公称导程结构特征结构特征旋向，右旋省略旋向，右旋省略5.5.滚珠丝杠副主要参数设计滚珠丝杠副主要参数设计（1 1）方案（）方案（结构结构）选择选择 影响结构设计因素包括上述三个影响结构设计因素包括上述三个方面。方面。 1 1）螺纹滚道型面的形状）螺纹滚道型面的形状； 2 2）滚珠的）滚珠的循环循环方式方式； 3 3）轴

14、向间隙和调整预紧机构。）轴向间隙和调整预紧机构。主要考虑主要考虑问题（依据）：问题（依据）： 承载和精度需求承载和精度需求 润滑及润滑及防尘保护防尘保护 预紧和调隙预紧和调隙 加工工艺条件加工工艺条件原理性问题原理性问题：防逆转防逆转 防脱落限位防脱落限位26/2026/20（2 2）主要主要结构结构尺寸尺寸 滚珠丝杠副主要尺寸的计算公式滚珠丝杠副主要尺寸的计算公式见见P183P183表表5-55-5。主要设计参数主要设计参数导轨（槽结构导轨（槽结构）、丝杠、螺母）、丝杠、螺母26/2126/21公称直径公称直径d d0 0基本导程基本导程L L0 0接触角接触角滚珠直径滚珠直径d db b圆

15、弧偏心距圆弧偏心距e e螺纹大径螺纹大径d d螺纹小径螺纹小径d d1 1压顶圆角压顶圆角r r2 2螺纹大径螺纹大径D D螺纹小径螺纹小径D D1 16.6.滚珠丝杠副的选用滚珠丝杠副的选用（1 1）按疲劳寿命）按疲劳寿命1 1）滚动丝杠副损坏过程）滚动丝杠副损坏过程 滚珠与滚道型面间产生接触应力滚珠与滚道型面间产生接触应力 应力状态为循环应力状态为循环 循环应力将造成滚珠或滚道疲劳点蚀循环应力将造成滚珠或滚道疲劳点蚀 缺陷扩大导致振动和噪音，直到失效缺陷扩大导致振动和噪音，直到失效2 2）最大动载荷）最大动载荷C Ca a 轴向载荷轴向载荷C Ca a的作用下，回转的作用下，回转10010

16、0万万(10(106 6) )次次，滚道滚道、滚珠不出现、滚珠不出现点蚀点蚀现象。现象。26/2226/223 3）丝杠荷载的相关）丝杠荷载的相关计算计算 根据工作荷载根据工作荷载F F及寿命单位及寿命单位L L（10106 6转转），可），可计算计算最大动载荷最大动载荷C Ca a与寿命与寿命L L的关系：的关系：26/2326/233)(FCLaFLCa361060TnL平均平均转速转速n nm m计算计算：31221122321131tntntnFtnFFm212211tttntnnm平均平均荷载荷载F Fm m计算计算：32minmaxFFFm单位寿命单位寿命L最大动荷载最大动荷载Ca

17、最大动荷载的修正：最大动荷载的修正：滚珠丝杠副运转条件：滚珠丝杠副运转条件： 荷载冲击、振动荷载冲击、振动 丝杠材料、硬度丝杠材料、硬度 环境条件环境条件 影响丝杠副使用寿命，应用上述计算公影响丝杠副使用寿命，应用上述计算公式时必须予以修正。式时必须予以修正。式中：式中：f fW W运转系数运转系数 f fH H硬度系数硬度系数26/2426/24FffLCHWa3修正系数修正系数装配图装配图平稳、一般、冲击平稳、一般、冲击（2 2）按最大静荷载）按最大静荷载C C0a0a 在极低转速在极低转速( (小于小于10r10rmin)min)条件下工作条件下工作的滚珠丝杠副，破坏主要形式是滚道面接触

18、的滚珠丝杠副，破坏主要形式是滚道面接触点处的点处的塑性变形量塑性变形量 超出允许值。超出允许值。许用塑性变形标准许用塑性变形标准： =d=d0 010000 C10000 C0a0a最大静载荷：最大静载荷：产生极限变形量的载荷产生极限变形量的载荷 低速运转滚珠丝杠副是以最大静载荷作低速运转滚珠丝杠副是以最大静载荷作为设计时的计算标准。为设计时的计算标准。（C C0a0a F Fmaxmax）26/2526/257. 7. 滚珠丝杠副的材料滚珠丝杠副的材料 (P186:(P186:表表5-9)5-9) 滚珠丝杠材料涉及滚珠丝杠材料涉及丝杠、滚珠、螺母丝杠、滚珠、螺母，由于理论上是滚动点接触，因此三者材料综由于理论上是滚动点接触，因此三者材料综合性能、热处理等要求类似。合性能、热处理等要求类似。 特点：特点：材料多用合金工具钢、特殊性能钢材料多用合金工具钢、特殊性能钢 GCr15GCr15、9Mn2V9Mn2V、38CrMoAlA38CrMoAlA等等热处理突出表面硬度（表面硬化层）热处理突出表面硬度（表面硬化层） 高频淬火、氮化（磷化）高频淬火、氮化（磷化）26/2626/26 考虑调节因素，螺考虑调节因素，螺母多用分体设计，结构母多用分体设计，结构复杂，但螺母体可用结复杂，但螺母体可用结构钢，工艺相对简单。构钢，工艺相对简单。思考题：思考题：P187:7P187:7思考题思考题