第2章 机械系统设计（2滚珠丝杠）.ppt

第二章 机械系统部件选择与设计 又称螺旋传动机构。 以传递能量为主的有螺旋压力机、千斤顶等 以传递运动为主的有工作台的进给丝杠， 还有调整零件之间相对位置的螺旋传动机构等。 1反向器 2螺母 3丝杆 4滚珠 滚珠丝杠副的特点 传动效率高 运动平稳 工作寿命长 定位精度和重复定位精度高 同步性好 可靠性高 不能自锁 制造工艺复杂 滚珠丝杠副的典型结构类型 从螺纹滚道的截面形状、滚珠的循环方式和消除轴向间隙的调整方法进行区别。 (1) 螺纹滚道型面(法向)的形状及主要尺寸 (2)滚珠的循环方式 内循环：滚珠在循环过程中始终与丝杆表面保持接触 优点是滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小。 缺点是反向器加工困难、装配调整也不方便。 外循环：滚珠在循环返向时，离开丝杆螺纹滚道，在螺母体内或体外作循环运动。 可分螺旋帽式 、插管式 、端盖式。 优点是结构简单、工艺性好。 缺点是滚道吻接和弯曲处四角不易准确制作而影响其性能，故应用较少。常以单螺母形式用作升降传动机构。 滚珠丝杠副的主要尺寸参数 滚珠丝杠的精度等级及标注方法 主要尺寸 标称直径、导程、螺旋升角等。 精度等级 根据JB316.2-91《滚珠丝杠副精度》标准规定分为5个等级：1、2、3、4、5级（有的参考书称7个等级，另外有7、10级），1级最高，5级最低。一般动力传动选4、5级。数控机床、精密机械或仪器选1、2、3级。 标注方法 不同厂家不同。 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧原理 滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。 当丝杠改变转动方向时，间隙会使运动产生空回，从而影响机构的传动精度和系统稳定性。通常采用双螺母预紧或单螺母（大滚珠、大导程）的方法，减小或消除轴向间隙，提高滚珠丝杠副的刚度。 (1) 双螺母预紧原理 (2) 单螺母预紧原理（增大滚珠直径法） (3) 单螺母预紧原理（偏置导程法） 目前制造的单螺母式滚珠丝杠副的轴向间隙达0.05mm，而双螺母式的经加预紧力调整后基本上能消除轴向间隙。 应用该方法消除轴向间隙时应注意以下两点： 1. 预紧力大小必须合适，过小不能保证无隙传动； 过大将使驱动力矩增大，效率降低，寿命缩短。预紧力应不超过最大轴向负载的1/3。 2. 要特别注意减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙，这些间隙用预紧的方法是无法消除的，而它对传动精度有直接影响。 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧 通过圆螺母调整，消除间隙并产生预紧力，再用锁紧螺母锁紧，结构紧凑，刚性好，调整方便，不能定量调整。 该结构复杂，加工和装配工艺性差，但是可精密定量微调，工作可靠，调整方便。 圆柱外齿齿数Z 1、Z 2 且Z 2 -Z 1= 1，产生的轴向位移（即间隙）为： 其中：n为螺母同方向转过的齿数 p为丝杠的导程 例：若Z1=99，Z2=100，n=1, p=6mm 则d=0.6μm 双螺母中一个活动另一个固定，用弹簧使其间始终具有产生轴向位移的推动力，从而获得预紧力。结构复杂、轴向刚度低，适合用于轻载场合。 滚珠丝杠副支承方式的选择 (1)支承方式 丝杠的轴承组合及轴承座、螺母座以及其它零件的连接刚性，对滚珠丝杠副传动系统的刚度和精度都有很大影响，需在设计、安装时认真考虑。 为了提高轴向刚度，丝杠支承常用推力轴承为主的轴承组合，仅当轴向载荷很小时，才用向心推力轴承。浮动支承多采用深沟球轴承，60°角接触推力球轴承应用广泛，其次是滚针和推力滚子组合轴承，多用于大型重型机床。以下列出了四种典型支承方式及其特点。 单推—单推 1．轴向刚度较高； 2．预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命比双推-双推式低； 3．适宜中速、精度高，并可用双推—单推组合。 双推—双推 1．轴向刚度最高； 2．预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高 3．适宜高速、高刚度、高精度。 双推—简支 1．轴向刚度不高，与螺母位置有关； 2．双推端可预拉伸安装； 3．适宜中速、精度较高的长丝杠。 双推—自由 1．轴向刚度低，与螺母位置有关； 2．双推端可预拉伸安装； 3．适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。 (2) 轴承的组合安装支承示例 滚珠丝杠副的密封与润滑 类型：防尘密封圈或防护套密封 润滑剂：润滑油和润滑脂 作用：使用润滑剂来提高其耐磨性及传动效率，从而维持其传动精度、延长其使用寿命。 滚珠丝杠副的选择方法 根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，可选择适当的结构型式。 (2)滚珠丝杠副结构尺寸