滚珠丝杠螺母副.ppt
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1、机械传动部件的选择与设计机械传动部件的选择与设计第二节第二节机电一体化系统对机械系统的要求:机电一体化系统对机械系统的要求:高定位精度、良好的动态响应高定位精度、良好的动态响应支承部件:导向支承、旋转支承支承部件:导向支承、旋转支承轴系轴系架体架体传动部件传动部件线性传动:齿轮、丝杠螺母、蜗轮蜗杆线性传动:齿轮、丝杠螺母、蜗轮蜗杆非线性传动:连杆机构、凸轮机构非线性传动:连杆机构、凸轮机构机机械械系系统统无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼等谐振频率、适当的阻尼等具体要求:具体要求:机电一体化系统不仅仅是一个机电系统,更是一个自动控制系统,因
2、此要有快速性、准确性和稳定性。2.1 机械系统部件的设计要求采取的措施:l低摩擦:采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件;低摩擦:采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件;l短短传传动动链链:缩缩短短传传动动链链,提提高高传传动动与与支支承承刚刚度度;丝丝杠杠预紧;预紧;l最最佳佳传传动动比比:选选择择最最佳佳传传动动比比,提提高高分分辨辨率率,降降低低等等效转动惯量;效转动惯量;l反向死区误差小:缩小反向死区;反向死区误差小:缩小反向死区;l高刚性:改进支承结构,提高刚度,减小振动和噪声。高刚性:改进支承结构,提高刚度,减小振动和噪声。一、机械传动部件及其功能要求一、机械传动部件及其功能要求2
3、.2 机械传动部件的选择与设计对传动机构的要求:对传动机构的要求:1)精密化)精密化2)高速化)高速化3)小型化、轻量化)小型化、轻量化传动的目的:传递转矩与转速。传动的目的:传递转矩与转速。传动方式:螺旋传动、齿轮传动、传动方式:螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、非线性传动等同步带传动、非线性传动等二、丝杠螺母传动二、丝杠螺母传动aa)滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构:优点:优点:优点:优点:a)a)结构简单结构简单结构简单结构简单b)b)加工方便加工方便加工方便加工方便c)c)成本低成本低成本低成本低d)d)具有自锁功能具有自锁功能具有自锁功能具有自锁功能缺点
4、:缺点:缺点:缺点:a)a)摩擦阻力较大摩擦阻力较大摩擦阻力较大摩擦阻力较大b)b)传动效率低传动效率低传动效率低传动效率低(30%40%)(30%40%)丝杠螺母机构主要用来将旋转运动变换为直线运动或将丝杠螺母机构主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。丝杠螺母机构主要分为直线运动变换为旋转运动。丝杠螺母机构主要分为滑动丝杠滑动丝杠螺母机构螺母机构和和滚珠丝杠螺母机构滚珠丝杠螺母机构。bb)滚动丝杠螺母机构滚动丝杠螺母机构滚动丝杠螺母机构滚动丝杠螺母机构:优点:优点:优点:优点:a)a)传动效率高(传动效率高(传动效率高(传动效率高(92%98%92%98%)b)b)摩擦
5、阻力小摩擦阻力小摩擦阻力小摩擦阻力小c)c)传动精度高传动精度高传动精度高传动精度高缺点:缺点:缺点:缺点:a)a)结构复杂结构复杂结构复杂结构复杂b)b)成本高成本高成本高成本高c)c)无自锁功能无自锁功能无自锁功能无自锁功能二、丝杠螺母传动二、丝杠螺母传动1 1)螺母固定,丝杠转动并移动螺母固定,丝杠转动并移动螺母固定,丝杠转动并移动螺母固定,丝杠转动并移动:特点特点特点特点:结构简单,传动精度较高,螺母支撑杆可消除:结构简单,传动精度较高,螺母支撑杆可消除:结构简单,传动精度较高,螺母支撑杆可消除:结构简单,传动精度较高,螺母支撑杆可消除附加轴向窜动,刚性较差,适用于工作行程较小的场合。
6、附加轴向窜动,刚性较差,适用于工作行程较小的场合。附加轴向窜动,刚性较差,适用于工作行程较小的场合。附加轴向窜动,刚性较差,适用于工作行程较小的场合。按丝杠和螺母相对运动情况分为四种类型:按丝杠和螺母相对运动情况分为四种类型:按丝杠和螺母相对运动情况分为四种类型:按丝杠和螺母相对运动情况分为四种类型:二、丝杠螺母传动二、丝杠螺母传动2 2)丝杠转动,螺母移动丝杠转动,螺母移动丝杠转动,螺母移动丝杠转动,螺母移动:特特特特点点点点:结结结结构构构构紧紧紧紧凑凑凑凑,丝丝丝丝杠杠杠杠刚刚刚刚性性性性要要要要求求求求高高高高。要要要要限限限限制制制制螺螺螺螺母母母母转转转转动动动动,故需导向装置,丝
7、杠刚性好,适用于行程较大的场合。故需导向装置,丝杠刚性好,适用于行程较大的场合。故需导向装置,丝杠刚性好,适用于行程较大的场合。故需导向装置,丝杠刚性好,适用于行程较大的场合。二、二、丝杠螺母传动丝杠螺母传动3 3)螺母转动,丝杠移动螺母转动,丝杠移动螺母转动,丝杠移动螺母转动,丝杠移动:特点特点特点特点:结构复杂,占用空间大,传动时需限制:结构复杂,占用空间大,传动时需限制:结构复杂,占用空间大,传动时需限制:结构复杂,占用空间大,传动时需限制螺母移动和丝杠转动。螺母移动和丝杠转动。螺母移动和丝杠转动。螺母移动和丝杠转动。二、二、丝杠螺母传动丝杠螺母传动4 4)丝杠固定,螺母转动并移动丝杠固
8、定,螺母转动并移动丝杠固定,螺母转动并移动丝杠固定,螺母转动并移动:特点特点特点特点:结构简单,紧凑,丝杆刚性较高,但使:结构简单,紧凑,丝杆刚性较高,但使:结构简单,紧凑,丝杆刚性较高,但使:结构简单,紧凑,丝杆刚性较高,但使用不方便,应用较少。用不方便,应用较少。用不方便,应用较少。用不方便,应用较少。二、二、丝杠螺母传动丝杠螺母传动5 5)差动传动差动传动差动传动差动传动:特点特点特点特点:调节方便,可实现微动或快速移动,应:调节方便,可实现微动或快速移动,应:调节方便,可实现微动或快速移动,应:调节方便,可实现微动或快速移动,应用广泛。用广泛。用广泛。用广泛。二、二、丝杠螺母传动丝杠螺
9、母传动 设螺杆设螺杆设螺杆设螺杆2 2左、右两段螺纹的旋向相同左、右两段螺纹的旋向相同左、右两段螺纹的旋向相同左、右两段螺纹的旋向相同,且导且导且导且导程分别为程分别为程分别为程分别为P Ph1h1和和和和P Ph2h2 。当螺杆。当螺杆。当螺杆。当螺杆2 2转动转动转动转动 角时角时角时角时,可动可动可动可动螺母螺母螺母螺母1 1的移动距离的移动距离的移动距离的移动距离L L为为为为 如果如果如果如果P Ph1h1 与与与与P Ph2h2相差很小相差很小相差很小相差很小,则则则则 L L很小。因此差很小。因此差很小。因此差很小。因此差动螺旋常用于各种动螺旋常用于各种动螺旋常用于各种动螺旋常用
10、于各种微动装置微动装置微动装置微动装置中。中。中。中。二、二、丝杠螺母传动丝杠螺母传动 若螺杆若螺杆若螺杆若螺杆2 2左、右两段螺纹的旋向相反左、右两段螺纹的旋向相反左、右两段螺纹的旋向相反左、右两段螺纹的旋向相反,则当则当则当则当螺杆螺杆螺杆螺杆2 2转动转动转动转动 角时角时角时角时,可动螺母可动螺母可动螺母可动螺母1 1的移动距离为的移动距离为的移动距离为的移动距离为 可见可见可见可见,此时差动螺旋变成快速移动螺旋此时差动螺旋变成快速移动螺旋此时差动螺旋变成快速移动螺旋此时差动螺旋变成快速移动螺旋,即螺即螺即螺即螺母母母母1 1相对固定端快速趋近或离开。这种螺旋装置相对固定端快速趋近或离
11、开。这种螺旋装置相对固定端快速趋近或离开。这种螺旋装置相对固定端快速趋近或离开。这种螺旋装置用于要求用于要求用于要求用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置快速夹紧的夹具或锁紧装置快速夹紧的夹具或锁紧装置快速夹紧的夹具或锁紧装置中。中。中。中。二、二、丝杠螺母传动丝杠螺母传动三、滚珠丝杠副传动部件三、滚珠丝杠副传动部件1、滚珠丝杠副的组成及特点、滚珠丝杠副的组成及特点(1)组成)组成滚珠丝杠螺母副的组成:滚珠丝杠螺母副的组成: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(2)特点)特点优点: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)
12、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,寿命长缺点:缺点:1)不能自锁)不能自锁2)结构复杂)结构复杂3)成本高)成本高2、滚珠丝杠副的典型结构类型、滚珠丝杠副的典型结构类型(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 双圆弧型双圆弧型单圆弧型单圆弧型主要尺寸:主要尺寸:理想接触角理想接触角 =450单圆弧型单圆弧型特点: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双圆弧型双圆弧型特点: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(2)滚珠的循环方式)滚珠的循环方式v内循环内循环v外循环外循环1)内循环)内循环滚
13、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 在在螺螺母母2的的侧侧面面孔孔内内装装有有接接通通相相邻邻滚滚道道的的反反向向器器4,利利用用反反向向器器引引导导滚滚珠珠3越越过过丝丝杠杠1的的螺螺纹纹顶顶部部进进入入相相邻邻滚滚道道,形形成成一个循环回路。一个循环回路。浮动式反向器的循环浮动式反向器的循环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 反反向向器器弧弧面面上上加加工工有有圆圆弧弧槽槽,槽槽内内安安装装碟碟片片4,外外有有弹弹簧簧套套2.借借助助拱拱形形片片簧簧的的弹弹力力,始始终终给给反反向
14、向器器一一个个径径向向推推力力,使使位位于于回回珠珠圆圆弧弧槽内的滚珠与丝杠槽内的滚珠与丝杠3表面保持一定的压力。表面保持一定的压力。特点:特点: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。2)外循环)外循环 滚珠在循环反向时离开丝杠螺纹滚道,在螺母体内滚珠在循环反向时离开丝杠螺纹滚道,在螺母体内或体外作循环运动。或体外作循环运动。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
15、特点:特点: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,易易于制造;于制造;l挡珠器刚性差,易磨损。挡珠器刚性差,易磨损。螺旋槽式螺旋槽式在在螺螺母母的的外外表表面面铣铣出出螺螺纹纹凹凹槽槽,槽槽的的两两端端钻钻出出两两个个与与螺螺纹纹滚滚道道相相切切的的通通孔孔,螺螺纹纹滚滚道道内内装装入入两两个个档档珠珠器器4引引导导滚滚珠珠3通通过过,通通过过这这两两个个通通孔孔,应应用用套套筒筒1盖盖住住凹凹槽槽,构构成成滚滚珠珠的的循循环环回回路。路。插管式插管式插管插管 用用一一插插管管代代替替螺螺纹纹凹凹槽槽,弯
16、弯管管的的两两端端插插入入与与螺螺纹纹滚滚道道相相切切的的两两个个内内孔孔,用用弯弯管管的的端端部部引引导导滚滚珠珠进进入入弯弯管管,构构成成滚滚珠珠的的循循环环回路。回路。端盖式端盖式特点:特点:应用较少,常以单螺母形式用作升降传应用较少,常以单螺母形式用作升降传动机构。动机构。盖板盖板螺母螺母在螺母体在螺母体1上上钻钻出出纵纵向向孔孔作作为为滚滚珠珠回回程程滚滚道道,螺螺母母两两端端装装有有两两块块端端盖盖,滚滚珠珠的的回回程程道道口口就就在在端端盖上。盖上。3、滚珠丝杠副的主要尺寸参数、滚珠丝杠副的主要尺寸参数公称直径公称直径丝杠大径丝杠大径丝杠小径丝杠小径滚珠直径滚珠直径螺母小径螺母小
17、径螺母大径螺母大径(1 1)公称直径)公称直径)公称直径)公称直径d do o 指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态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,它是滚珠丝时包络滚珠球心的圆柱直径,它是滚珠丝杠副的特征尺寸。杠副的特征尺寸。(2)基本导程)基本导程Ph 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;导程小导程小精度高精度高承载能力小承载能力小(3)行程)行程 转动滚珠丝杠或滚珠螺母时,滚珠转动滚珠丝杠或滚珠螺母时,滚珠丝杠或滚珠螺母的轴向位移量。丝杠或滚珠螺母的轴向位移量。(4)滚珠直径)滚珠直径 db滚珠直
18、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(5)滚珠个数)滚珠个数N 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(6)滚珠的工作圈(或列)数)滚珠的工作圈(或列)数 j 由于第一、第二、第三由于第一、第二、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%、20%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=2.53.54、滚珠丝杠副的精度等级及标注方法、滚珠丝杠副的
19、精度等级及标注方法(1)精度等级)精度等级 根据根据GB/T17587.3-1998(与(与ISO 3408-3:1992同)标准同)标准:将滚珠丝杠副的精度分成为七个等级:将滚珠丝杠副的精度分成为七个等级1、2、3、4、5、7、10,1级为最高级为最高 按实际使用要求,在每一精度等级内指定了行程偏差和按实际使用要求,在每一精度等级内指定了行程偏差和变动量允差大小。变动量允差大小。行程偏差的验收检验项目行程偏差的验收检验项目(2)标注方法)标注方法滚珠丝杠副滚珠丝杠副滚珠丝杠滚珠丝杠 规格:规格:R40-10B2-FSV-185-340-0.018R:右右旋旋;40:公公称称直直径径40毫毫米
20、米;10:导导程程10毫毫米米;B2:每每列列2.5圈圈滚滚珠珠,共共2列列;F:法法兰兰型型螺螺母母;S:单单螺螺母母;V:插插管管式式外外循循环环;185:丝丝杠杠螺螺纹纹部部分分长长度度185毫毫米米;340:丝丝杠杠总总长长340毫毫米米;0.018:任任意意300毫毫米米内内的导程误差是的导程误差是0.018毫米。毫米。(3)尺寸系列)尺寸系列公称直径系列(公称直径系列(mm)6、8、10、12、16、20、25、32、40公称导程系列(公称导程系列(mm)1,2,2.5,3,4,5,6,8,10,12.注意:注意:尽可能优先选用公称导程为尽可能优先选用公称导程为4、5、6、8系列的
21、滚珠丝杠螺母副系列的滚珠丝杠螺母副(4)推荐采用的精度等级)推荐采用的精度等级u数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和半闭环进给系统,根据定位精度和重复定位精半闭环进给系统,根据定位精度和重复定位精度的要求可选用度的要求可选用1、2、3级;级;u一般传动可选用一般传动可选用4、5级;级;u全闭环系统可选用全闭环系统可选用2、3、4级。级。5、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧 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:采用方法:采用方法:(1)双螺母螺纹预紧调
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- 滚珠 螺母
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