精密機(jī)械滾珠絲杠結(jié)構(gòu).ppt

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1、1.螺紋傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí) 螺紋類(lèi)型 參數(shù) 傳動(dòng)特性 2.滑動(dòng)絲杠螺母結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 絲杠精度： 減少誤差措施 、 除隙機(jī)構(gòu) 絲杠傳動(dòng)副主要參數(shù)設(shè)計(jì)： 牙形 （ 角 ） 、 螺距 、 直徑 、 螺母長(zhǎng)度 、 螺紋長(zhǎng)度 、 公差等級(jí) 絲杠工藝： 材料 、 工藝 、 熱處理 上次課程主要內(nèi)容 26/01 26/02 5.2 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu) 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)中，各類(lèi)螺紋牙型加工困難 , 存在的誤差難以通過(guò)調(diào)整機(jī)構(gòu)修正；且動(dòng)力傳 動(dòng)中存在較大的摩擦，應(yīng)用中傳動(dòng)精度受限。 物場(chǎng)分析原理： 兩個(gè)相互作用的物體之間加入 中間介質(zhì)（作用場(chǎng)），改變胡提高原功能。 設(shè)想： 絲杠

2、機(jī)構(gòu)中滾動(dòng)副取代滑動(dòng)副 改變 絲杠 牙形，使之與球面吻合 螺母 、絲杠接觸面 充滿滾珠作中間傳動(dòng) 滾珠在螺母 內(nèi) 閉合的回路中循環(huán) 26/03 1.滾珠絲杠的組成 如圖所示，滾珠絲杠傳動(dòng)副由 螺杠、螺母、 滾珠、循環(huán)裝置 組成。 滾動(dòng)絲杠螺母內(nèi)含 滾珠返回通道，保 持滾珠循環(huán)工作。 螺母 絲杠 滾珠 循環(huán)裝置 26/04 2. 滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 除滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)的一般特點(diǎn)外，滾珠 絲杠副還具有如下特點(diǎn)： （ 1）傳動(dòng)效率高（ 0.96），啟動(dòng)力矩小 （ 2）傳動(dòng)精度高（微米級(jí)） （ 3）具有傳動(dòng)的可逆性，不能自鎖 （ 4）壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單

3、 （ 5）制造工藝復(fù)雜，成本高 內(nèi)循環(huán) 外循環(huán) 3. 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 螺紋滾道型面的形狀 滾珠的循環(huán)方式 軸向間隙和調(diào)整預(yù)緊 機(jī)構(gòu) 根據(jù)絲杠傳動(dòng)不同的使用條件，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 存在一定差異，設(shè)計(jì)與選用時(shí)應(yīng)予以注意。 關(guān)鍵問(wèn)題： 滾道形狀、滾珠循環(huán)方式、調(diào)整機(jī)構(gòu) 26/05 （ 1）螺紋滾道法向截型 綜合考慮精度、結(jié)構(gòu)、工藝等問(wèn)題，目前 滾珠絲杠副常用兩種滾道型面： 26/06 單圓弧滾道 雙圓弧滾道 1）單圓弧型滾道 工藝簡(jiǎn)單，單螺母結(jié)構(gòu)運(yùn)行特性不夠穩(wěn)定； 采用的雙螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試相對(duì)困難。 2）雙圓弧型滾道

4、制造工藝復(fù)雜。接觸剛性好，摩擦小，承載 能力較大，預(yù)緊或承載后接觸角基本保持不變。 采用雙圓弧截面滾道傳動(dòng)效率高，系統(tǒng)軸向 剛度穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)較?。o(wú)）的間隙傳動(dòng)，能獲 得更高的傳動(dòng)精度。 26/07 3）滾道形狀參數(shù) 接觸角 與徑向間隙 在 螺紋滾道法向剖面內(nèi)，滾珠球心與滾道接 觸點(diǎn)連線 與 螺紋軸線的 鉛 垂線 之間的 夾角 。 標(biāo)準(zhǔn) 接觸角 ： =45 絲杠副的徑向間隙 d直接 影響功能，無(wú)負(fù)荷時(shí)，滾珠直 徑 db、滾道半徑 R、接觸角 的 關(guān)系： 承載后上述關(guān)系將發(fā)生變化。 26/08 接觸角 )c os1)(2(4 bdRd

5、 法向 剖面 過(guò)軸線 鉛垂線 滾道與滾珠尺寸差 滾道半徑理論上應(yīng)略大于滾子半徑，控制 滾 道半徑有利于提高 絲杠 承載能力。 推薦設(shè)計(jì)參數(shù)： 該參數(shù)取值過(guò)大，導(dǎo)致 滾道 、滾子 截面 形狀 接觸 （面?。?剛性差，承載能力小，傳動(dòng)精度低 ； 反之滾珠與滾道幾乎完全接觸， 存在較大 摩擦 ， 且對(duì)制造精度要求很高。 單圓弧型兩種取值標(biāo)準(zhǔn)： 26/09 55.052.0 0 dR 11.104.1 0 dR 偏心距 e 承載傳動(dòng)狀態(tài)下，滾道圓弧中心與滾珠中 心的偏移距離，如圖所示。 偏心距與直徑比、接觸角相關(guān)。 理論計(jì)算公式： 26/10

6、 s in)2( bdRe 單圓弧 滾道 e 雙圓弧 滾道 e （ 2）滾珠循環(huán)方式 1）內(nèi)循環(huán)式 內(nèi)循環(huán)采用單圈 循環(huán)，為保證承載剛性一 套滾動(dòng)絲杠副應(yīng)采用多圈結(jié)構(gòu)。 內(nèi)循環(huán)方式滾珠流暢性好，絲杠副總體徑 向尺寸相對(duì)較小。 26/11 內(nèi)循環(huán)式 借助反向器使?jié)L珠越過(guò)滾 道槽頂進(jìn)入下一圈循環(huán)。反 向器設(shè)計(jì)、加工困難。 2）外循環(huán)式 螺母上設(shè)計(jì)滾珠回流通道，有插管式 和端蓋式兩種。 外循環(huán)式滾珠絲桿傳動(dòng)工藝性好，但 循環(huán)路徑長(zhǎng)，整體徑向尺寸大。 26/12 外循環(huán)式 外循環(huán)傳動(dòng)示意圖： 26/13 螺母運(yùn)動(dòng)方向 外循環(huán)通道 螺桿旋轉(zhuǎn)方向

7、（ 3）消除軸向間隙與預(yù)緊機(jī)構(gòu) 目的： 提高滾珠絲杠承載、精度和工作可靠性。 雙螺母預(yù)緊機(jī)構(gòu)： 目前各類(lèi)滾珠絲杠副普遍應(yīng)用 的調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)原理與滑動(dòng)絲杠雙螺母相同。 26/14 墊片式 螺紋式 彈簧式 齒差式 常用結(jié)構(gòu)： 雙螺母安裝示意圖： 26/15 兩側(cè)螺母 墊片 雙螺母調(diào)隙示意圖： 26/16 兩螺母?jìng)?cè)向緊逼 （ 4） 滾珠 數(shù)量 、圈數(shù)和列數(shù) 螺母內(nèi)第 1圈滾珠 承擔(dān) 軸向載荷 約 30-45， 第 5圈以后 分擔(dān)的荷載 已很小， 因此設(shè)計(jì)時(shí) 多于 5圈的結(jié)構(gòu) 弊大于利 。 為提高滾珠的流暢性， 經(jīng)驗(yàn)表明， 在 同 一列 循環(huán)回路內(nèi)，滾珠

8、數(shù) 少于 150， 圈數(shù)小于 3.5。 滾珠數(shù)近似計(jì)算如下： 26/17 30 bd dZ 單 50 bb d dn d LZ 多 每圈數(shù)量： 總數(shù)量： 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng) （ 5）滾珠絲杠精度、代號(hào)和標(biāo)記 1）精度評(píng)價(jià)指標(biāo) 滾珠螺旋副的傳動(dòng)精度評(píng)價(jià)是對(duì)螺母的 運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性，主要包括兩項(xiàng)： 行程誤差 絲杠轉(zhuǎn)角與螺母位移之間比值相對(duì)理論 比值的偏差。 空回誤差 螺紋副間隙造成的反向誤差。 26/18 2）代號(hào)和標(biāo)記方法 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滾珠螺旋副的代號(hào)和標(biāo)記 方法如下： 26/19 循環(huán)方式 例： C D M 50 10 3 P 3 精度等級(jí)

9、 負(fù)荷鋼珠圈數(shù) 公稱(chēng)直徑 預(yù)緊方式 類(lèi)型（ P或 T） 公稱(chēng)導(dǎo)程 結(jié)構(gòu)特征 旋向，右旋省略 5.滾珠絲杠副主要參數(shù)設(shè)計(jì) （ 1）方案（ 結(jié)構(gòu) ） 選擇 影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素包括上述三個(gè)方面。 1）螺紋滾道型面的形狀； 2）滾珠的循環(huán)方式； 3）軸向間隙和調(diào)整預(yù)緊機(jī)構(gòu)。 主要考慮問(wèn)題（依據(jù)）： 承載和精度需求 潤(rùn)滑及 防塵保護(hù) 預(yù)緊和調(diào)隙 加工工藝條件 原理性問(wèn)題： 防逆轉(zhuǎn) 防脫落限位 26/20 （ 2） 主要 結(jié)構(gòu) 尺寸 滾珠絲杠副主要尺寸的計(jì)算公式 見(jiàn) P183表 5-5。 主要設(shè)計(jì)參數(shù) 導(dǎo)軌（槽結(jié)構(gòu)）、絲杠、螺

10、母 26/21 公稱(chēng)直徑 d0 基本導(dǎo)程 L0 接觸角 滾珠直徑 db 圓弧偏心距 e 螺紋大徑 d 螺紋小徑 d1 壓頂圓角 r2 螺紋大徑 D 螺紋小徑 D1 6.滾珠絲杠副的選用 （ 1）按疲勞壽命 1）滾動(dòng)絲杠副損壞過(guò)程 滾珠與滾道型面間產(chǎn)生接觸應(yīng)力 應(yīng)力狀態(tài)為循環(huán) 循環(huán)應(yīng)力將造成滾珠或滾道疲勞點(diǎn)蝕 缺陷擴(kuò)大導(dǎo)致振動(dòng)和噪音，直到失效 2）最大動(dòng)載荷 Ca 軸向載荷 Ca的作用下，回轉(zhuǎn) 100萬(wàn) (106)次， 滾道、滾珠不出現(xiàn) 點(diǎn)蝕現(xiàn)象。 26/22 3）絲杠荷載的相關(guān)計(jì)算 根據(jù)工作荷載 F及壽命單位 L（ 106轉(zhuǎn)），可 計(jì)算最大動(dòng)

11、載荷 Ca與壽命 L的關(guān)系： 26/23 3)( F CL a FLC a 3 610 60 TnL 平均 轉(zhuǎn)速 nm計(jì)算 ： 31 2211 22 3 211 3 1 tntn tnFtnFF m 21 2211 tt tntnn m 平均 荷載 Fm計(jì)算 ： 3 2 m i nm a x FFF m 單位壽命 L 最大動(dòng)荷載 Ca 最大動(dòng)荷載的修正： 滾珠絲杠副運(yùn)轉(zhuǎn)條件： 荷載沖擊、振動(dòng) 絲杠材料、硬度 環(huán)境條件 影響絲杠副使用壽命，應(yīng)用上述計(jì)算公 式時(shí)必須予以修正。 式中： fW 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) fH 硬度系數(shù) 26/24

12、FffLC HWa 3 修正系數(shù) 裝配圖 平穩(wěn)、一般、沖擊 （ 2）按最大靜荷載 C0a 在極低轉(zhuǎn)速 (小于 10r min)條件下工作 的滾珠絲杠副，破壞主要形式是滾道面接觸 點(diǎn)處的 塑性變形量 超出允許值。 許用塑性變形標(biāo)準(zhǔn) ： =d0 10000 C 0a 最大靜載荷： 產(chǎn)生極限變形量的載荷 低速運(yùn)轉(zhuǎn)滾珠絲杠副是以最大靜載荷作 為設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。 （ C0a Fmax） 26/25 7. 滾珠絲杠副的材料 (P186:表 5-9) 滾珠絲杠材料涉及 絲杠、滾珠、螺母 ， 由于理論上是滾動(dòng)點(diǎn)接觸，因此三者材料綜 合性能、熱處理等要求類(lèi)似。 特點(diǎn)： 材料多用合金工具鋼、特殊性能鋼 GCr15、 9Mn2V、 38CrMoAlA等 熱處理突出表面硬度（表面硬化層） 高頻淬火、氮化（磷化） 26/26 考慮調(diào)節(jié)因素，螺 母多用分體設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，但螺母體可用結(jié) 構(gòu)鋼，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。 思考題： P187:7 思考題