《丝杆螺母传动》PPT课件.ppt

杭州电子科技大学机械工程学院,第五章 丝杠螺母传动,2 滑动丝杠螺母传动,3 滚珠丝杠螺母传动,1 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,1、丝杠螺母传动,（1）丝杠螺母机构的主要构成,丝杠+丝杠螺母+,减摩介质,滚动体（回珠装置）,第四章 丝杠螺母传动,作用：用于机构之间能量的传递和运动形式的传递。,功能：实现旋转运动与直线运动之间相互转换或调整。,第四章 丝杠螺母传动,（2）丝杠螺母结构及材料,1）螺母结构,整体螺母,不能调整间隙，只能用在轻载且精度要求较低的场合,组合螺母,对开螺母,这种螺母便于操作，一般用于车床溜板箱的螺旋传动中,减少间隙，提高传动精度,2）螺杆结构,通常采用牙型为：矩形 梯形 锯齿形,右旋螺纹,特殊情况下也采用左旋螺纹。,第四章 丝杠螺母传动,3）材料,一般螺杆的选用原则如下：,高精度传动时多选碳素工具钢,需要较高硬度，可采用铬锰合金钢 或者采用65Mn钢,一般情况下可用45、50钢,第四章 丝杠螺母传动,铸造锡青铜，重载低速的场合可选用铸造铝铁青铜，而轻载低速时也可选用耐磨铸铁。,螺母材料可采用,第四章 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,（3）丝杠螺母机构的分类及特点,1）按功能分,a)传递力/能量为主（传力螺旋）,千斤顶,压力机,第四章 丝杠螺母传动,特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、能自锁。,第四章 丝杠螺母传动,b)传递运动为主（传动螺旋）,机床工作台的进给丝杠,特点：速度高、连续工作、精度高。,第四章 丝杠螺母传动,c)调整位置（调整螺旋）,特点：受力较小且不经常转动。,虎钳,微调螺旋,第四章 丝杠螺母传动,2）按摩擦方式分,a）滑动丝杠螺母机构：优点：a)结构简单b)加工方便c)成本低d)具有自锁功能缺点：a)摩擦阻力较大b)传动效率低(30%40%),第四章 丝杠螺母传动,b）滚动丝杠螺母机构：优点：a)传动效率高（92%98%）b)摩擦阻力小c)传动精度高缺点：a)结构复杂b)成本高c)无自锁功能,第四章 丝杠螺母传动,1）螺母固定，丝杠转动并移动：,特点：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。,3）按丝杠和螺母相对运动情况分,第四章 丝杠螺母传动,2）丝杠转动，螺母移动：,特点：结构紧凑，丝杆刚性高。要限制螺母转动，故需导向装置。,第四章 丝杠螺母传动,3）螺母转动，丝杠移动：,特点：结构复杂，占用空间大，传动时需限制螺母移动和丝杠转动。,第四章 丝杠螺母传动,4）丝杠固定，螺母转动并移动：,特点：结构简单，紧凑，丝杆刚性较高，但使用不方便，应用较少。,第四章 丝杠螺母传动,5）差动传动：,特点：调节方便，可实现微动或快速移动，应用广泛。,第四章 丝杠螺母传动,设螺杆2左、右两段螺纹的旋向相同,且导程分别为Ph1和Ph2。当螺杆2转动角时,可动螺母1的移动距离L为,如果Ph1 与Ph2相差很小,则 L很小。因此差动螺旋常用于各种微动装置中。,第四章 丝杠螺母传动,若螺杆2左、右两段螺纹的旋向相反,则当螺杆2转动角时,可动螺母1的移动距离为,可见,此时差动螺旋变成快速移动螺旋,即螺母1相对固定端快速趋近或离开。这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。,第四章 丝杠螺母传动,（4）丝杠螺母传递的基本条件,1）滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件：a)足够的滑移间隙b)充分地润滑c)足够的热胀冷缩补偿空间因而，存在一定的空回间隙。,第四章 丝杠螺母传动,2）滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条件：a)足够的润滑储油空间b)足够的热胀冷缩弹性补偿能力c)滚珠的回珠装置（内或外）可实现 无间隙工作。,第四章 丝杠螺母传动,（5）几个基本概念,2）左旋螺纹和右旋螺纹,按螺旋线绕行方向，螺纹可分为左旋螺纹和右旋螺纹。,按螺纹的位置，螺纹分为内螺纹和外螺纹，二者共同组成螺纹副用于联接和传动。,1）内螺纹和外螺纹,第四章 丝杠螺母传动,右旋,左旋,第四章 丝杠螺母传动,3）单线螺纹和多线螺纹,按螺旋线的数目，螺纹可分为单线螺纹（n=1）、双线螺纹（n=2）和多线螺纹（n2）。,第四章 丝杠螺母传动,单线螺纹和多线螺纹,n=1,n=2,n=3,第四章 丝杠螺母传动,4）螺纹的主要参数,d大径,d1 小径,d2中径,P螺距,S导程,升角,牙型角、牙型斜角,第四章 丝杠螺母传动,5）螺纹牙型,三角形螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹,主要用于联接,主要用于传动,第四章 丝杠螺母传动,三角形螺纹,普通螺纹,米制三角形螺纹，牙型角为60，同一公称直径下有多种螺距，其中螺距最大的称为粗牙螺纹，其余为细牙螺纹。,管螺纹,英制螺纹，牙型角为55，公称直径是管子内径，可分为圆柱管螺纹和圆锥管螺纹，前者用于低压场合，后者用于高温、高压或密封性高的管连接。,第四章 丝杠螺母传动,矩形螺纹,矩形螺纹,牙型为正方形，牙型角为0，传动效率最高，牙根强度低，传动精度低，常用于传力或传导螺旋，未标准化，逐渐被梯形螺纹所替代。,第四章 丝杠螺母传动,梯形螺纹,梯形螺纹,牙型为等腰梯形，牙型角为30，传动效率低于矩形螺纹，但牙根强度高，对中性好，广泛用于传力或传导螺旋，如机床的丝杠、螺旋举重器等。,第四章 丝杠螺母传动,锯齿形螺纹,锯齿形螺纹,工作面的牙型斜角为3，非工作面的牙型斜角为30，综合了矩形螺纹效率高和梯形螺纹牙根强度高的特点，但仅用于单向受力的传力螺旋。,第四章 丝杠螺母传动,6)螺距与导程,第四章 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,2、滑动丝杠螺母传动,（1）螺旋副零件与滑板连接结构的确定,螺旋副零件与滑板的联接结构对螺旋副的磨损有直接影响，设计时应注意。,常见的联接结构有下列几种：刚性连接结构弹性连接结构活动连接结构,第四章 丝杠螺母传动,1）刚性连接结构,图4-1 刚性联接结构,第四章 丝杠螺母传动,图4-1为刚性联接结构，这种联接结构的特点是牢固可靠。但当螺杆轴线与滑板运动方向不平行时，螺纹工作面的压力增大，磨损加剧，严重（、较大）时还会发生卡住现象，刚性联接结构多用于受力较大的螺旋传动中。,第四章 丝杠螺母传动,2）弹性连接结构,图4-2 弹性联接结构,第四章 丝杠螺母传动,图4-2所示的装置中，螺旋传动采用了弹性联接结构。弹性联接结构适用于受力较小的精密螺旋传动。,第四章 丝杠螺母传动,3）活动连接结构,图4-3 活动联接结构,第四章 丝杠螺母传动,图4-3所示为活动联接结构的原理图。恢复力F（一般为弹簧力）使联接部分保持经常接触。当滑板1的运动方向与螺杆2的轴线不平行时，通过螺杆端部的球面与滑板在接触处自由滑动（图4-3a），或中间杆3自由偏斜（图4-3b），从而可以避免螺旋副中产生过大的应力。,第四章 丝杠螺母传动,（2）影响螺旋传动精度的因素,1）螺纹参数误差,（1）螺距误差。（2）中径误差。（3）牙型半角误差。螺纹实际牙型半角与理论牙型半角之差称为牙型半角误差（如图4-4 所示）,第四章 丝杠螺母传动,图4-4 牙型半角误差,第四章 丝杠螺母传动,2）螺杆轴向窜动误差,如图4-5所示,若螺杆轴肩的端面与轴承的止推面不垂直于螺杆轴线而有1和2的偏差,则当螺杆转动时,将引起螺杆的轴向窜动误差,并转化为螺母位移误差。螺杆的轴向窜动误差是周期性变化的,以螺杆转动一周为一个循环。,第四章 丝杠螺母传动,图4-5 螺杆轴向窜动误差,第四章 丝杠螺母传动,最大的轴向窜动误差为 max=Dtanmin（4-1）式中:Dtan螺杆轴肩的直径；min 1和2中较小者,对于图4-5,min为2。,第四章 丝杠螺母传动,3）偏斜误差,在螺旋传动机构中,如果螺杆的轴线方向与移动件的运动方向不平行而有一个偏斜角（见图4-6）时,就会发生偏斜误差。,第四章 丝杠螺母传动,图4-6 偏斜误差,第四章 丝杠螺母传动,设螺杆的总移动量为L,移动件的实际移动量为x,则偏斜误差为L=L-x=L（1-cos）=2Lsin2由于一般很小,因此sin(/2)/2,则,（4-2）,第四章 丝杠螺母传动,4）温度误差,当螺旋传动的工作温度与制造温度不同时,将使螺杆长度和螺距发生变化,从而产生传动误差,这种误差称为温度误差,其大小为Lt=Lat（3-7）式中:L螺杆螺纹部分的长度；a螺杆材料的热膨胀系数,对于钢,一般取为11.610-6/。t工作温度与制造温度之差。,第四章 丝杠螺母传动,（3）消除螺旋传动空回的方法,当螺旋机构中存在间隙，若螺杆的转动方向改变，螺母不能立即产生反向运动，只有螺杆转动某一角度后才能使螺母开始反向运动，这种现象称为空回。对于在正反向传动下工作的精密螺旋传动，空回将直接引起传动误差，必须设法予以消除。,第四章 丝杠螺母传动,几种常见的消除空回的方法：,利用单向作用力利用调整螺母利用塑料螺母,第四章 丝杠螺母传动,1）利用单向作用力,在螺旋传动中，利用弹簧产生单向恢复力，使螺杆和螺母螺纹的工作表面保持单面接触，从而消除了另一侧间隙对空回的影响。,第四章 丝杠螺母传动,这种方法除可消除螺旋副中间隙对空回的影响外，还可消除轴承的轴向间隙和滑板联接处的间隙而产生的空回。同时，这种结构在螺母上无需开槽或剖分，因此螺杆与螺母接触情况较好，有利于提高螺旋副的寿命。,第四章 丝杠螺母传动,2）利用调整螺母,图4-7所示为径向调整法的典型示例。,a）径向调整法,第四章 丝杠螺母传动,图 4-7 螺纹间隙径向调整结构,第四章 丝杠螺母传动,图4-7(a)采用开槽螺母结构,拧动螺钉可以调整螺纹间隙。,图 4-7（a）螺纹间隙径向调整结构,第四章 丝杠螺母传动,图4-7(b)采用卡簧式螺母结构,在主螺母1上铣出纵向槽,拧紧副螺母2时,靠主、副螺母的圆锥面,可迫使主螺母径向收缩,以消除螺旋副的间隙。,图 4-7（b）螺纹间隙径向调整结构,第四章 丝杠螺母传动,图4-7(c)采用对开螺母结构。为了便于调整,螺钉和螺母之间装有螺旋弹簧,这样可使压紧力均匀稳定。,图 4-7（c）螺纹间隙径向调整结构,第四章 丝杠螺母传动,为了避免螺母直接压紧在螺杆上而增加摩擦力矩,加速螺纹磨损,可在此结构中装入紧定螺钉以调整其螺纹间隙,如图4-7(d)所示。,图 4-7（d）螺纹间隙径向调整结构,第四章 丝杠螺母传动,图4-8为轴向调整法的典型结构示例。,b）轴向调整法,第四章 丝杠螺母传动,图 4-8 螺纹间隙轴向调整结构,第四章 丝杠螺母传动,图4-8(a)为开槽螺母结构。拧紧螺钉强迫螺母变形，使其左、右两半部的螺纹分别压紧在螺杆螺纹相反的侧面上。从而消除了螺杆相对螺母轴向窜动的间隙。,图 4-8（a）螺纹间隙轴向调整结构,第四章 丝杠螺母传动,图 4-8（b）螺纹间隙轴向调整结构,图4-8(b)为刚性双螺母结构。主螺母1和副螺母2之间用螺纹联接。联接螺纹的螺距P，不等于螺杆螺纹的螺距P，因此当主、副螺母相对转动时，即可消除螺杆相对螺母轴向窜动的间隙。调整后再用紧定螺钉将其固定。,第四章 丝杠螺母传动,图 4-8（c）螺纹间隙轴向调整结构,图4-8(c)为弹性双螺母结构。它是利用弹簧的弹力来达到调整的目的。螺钉3的作用是防止主螺母1和副螺母2的相对转动。,第四章 丝杠螺母传动,3）利用塑料螺母消除空回,图4-9所示是用聚乙烯或聚酰胺(尼龙)制作螺母，用金属压圈压紧，利用塑料的弹性能很好地消除螺旋副的间隙。,第四章 丝杠螺母传动,图4-9 塑料螺母结构,第四章 丝杠螺母传动,3、滚动丝杠螺母传动,滑动丝杠螺母传动存在如下问题：接触面间存在着较大的滑动摩擦阻力 传动效率低 磨损快 精度不高 使用寿命短,已不能适应机电一体化设备在高速度、高效率、高精度等方面的要求。,第四章 丝杠螺母传动,滚珠丝杠螺母传动则是为了适应机电一体化机械系统的要求而发展起来的一种新型传动机构。,在螺杆和螺母制建设有封闭循环的滚道，在滚道间填充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，提高传动效率，这种传动称为螺旋传动，又称为滚珠丝杠副。,第四章 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,（1）滚珠丝杠螺母的工作原理,滚珠丝杠副的结构原理图,第四章 丝杠螺母传动,滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚动体和滚动体循环装置组成。工作时，螺母4与需作直线往复运动的零部件相连，丝杠1旋转带动螺母4作直线往复运动，从而带动零部件作直线往复运动。在丝杠1、螺母4和端盖2（滚珠循环装置）上都制有螺旋槽，由这些槽对合起来形成滚珠循环通道，滚珠3在此通道内循环滚动。为了防止滚珠3从螺母中掉出，螺母螺旋槽的两端应封住。,第四章 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,（2）滚珠丝杠螺母的分类,按用途和制造工艺不同，滚珠螺旋传动的结构型式有多种，它们的主要区别在于用途、螺纹滚道法向截形、滚珠循环方式、消除轴向间隙的调整预紧的方法等四方面。,第四章 丝杠螺母传动,1）按用途,a)定位滚珠丝杠,通过旋转角度和导程控制轴向位移量。称为 P类 滚珠丝杠。,第四章 丝杠螺母传动,b)传动滚珠丝杠,用于传动动力的滚珠丝杠。称为 T类 滚珠丝杠。,第四章 丝杠螺母传动,2）按螺纹滚道法向截形,螺纹滚道法向截形是指通过滚珠中心且垂直于滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状。常用的截形有两种，单圆弧形和双圆弧形。滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠中心的螺杆直径线间的夹角叫接触角。理想接触角450。,第四章 丝杠螺母传动,a)单圆弧形,螺纹滚道法向截形为单圆弧形。特点：成型比较简单，易于得到较高的精度。但接触角转动中不断变化，因此，效率、承载能力和轴向刚度均不够稳定。一般在轻载条件下工作。,单圆弧形,第四章 丝杠螺母传动,b)双圆弧形,螺纹滚道法向截形为双圆弧形。特点：接触角在工作过程中基本保持不变，效率、承载能力和轴向刚度稳定，磨损较小，传递精度高。但双圆弧形砂轮修整、加工、检验比较困难。,双圆弧形,第四章 丝杠螺母传动,3）按滚珠循环方式,按滚珠在整个循环过程中与螺杆表面的接触情况，滚珠的循环方式可分为内循环和外循环两类。滚珠在循环过程中始终与螺杆保持接触的循环叫内循环。滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环称为外循环。,第四章 丝杠螺母传动,内循环的工作圈数是一列只有一圈，因而回路短，滚珠少，滚珠的流畅性好，效率高。此外，它的径向尺寸小，零件少，装配简单。内循环的缺点是反向器的回珠槽具有空间曲面，加工较复杂。,a)内循环,第四章 丝杠螺母传动,按结构的不同，外循环可分为：,b)外循环,螺旋槽式插管式端盖式,第四章 丝杠螺母传动,特点：结构工艺简单，易于制造，螺母径向尺寸小。缺点是挡珠器刚度较差，容易磨损。,螺旋槽式,第四章 丝杠螺母传动,特点：结构简单，工艺性好，适于批量生产。缺点是弯管突出在螺母的外部，径向尺寸较大，若用弯管端部作挡珠器，则耐磨性较差。,插管式,第四章 丝杠螺母传动,特点：结构紧凑，工艺性好。缺点是滚珠通过短槽时容易卡住。,端盖式,第四章 丝杠螺母传动,4）按消除轴向间隙的调整预紧方法,滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传动精度有要求外，对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向传动精度。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。,第四章 丝杠螺母传动,通常采用双螺母预紧或单螺母的方法，把弹性变形控制在最小限度内，以减小或消除轴向间隙，并可以提高滚珠丝杠副的刚度。,常用的双螺母预紧调整方法有三种：垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式。,第四章 丝杠螺母传动,垫片调隙式,调整垫片2的厚度，可使螺母1产生轴向移动，以达到消除轴向间隙和预紧的目的。,第四章 丝杠螺母传动,根据垫片厚度不同分成两种形式，当垫片厚度较厚时即产生“预拉应力”，而当垫片厚度较薄时即产生“预压应力”以消除轴向间隙。,特点：结构简单，可靠性高，刚性好。缺点是精确调整比较困难。故适用于一般精度的传动机构。,第四章 丝杠螺母传动,螺纹调隙式,螺母1的外端有凸缘，螺母3加工有螺纹的外端伸出螺母座外，以两个圆螺母2锁紧。旋转圆螺母即可调整轴向间隙和预紧。,特点：结构紧凑，工作可靠，调整方便。缺点是不很精确。,第四章 丝杠螺母传动,齿差调隙式,当两个螺母按同方向转过一个齿时,其相对轴向位移为:,式中，Ph为导程。如果z1=99，z2=100，Ph=8mm，则L=0.8m。,第四章 丝杠螺母传动,常用的单螺母调整方法有两种：增大滚珠直径法 偏置导程法,第四章 丝杠螺母传动,增大滚珠直径法,为了补偿滚道的间隙，设计时将滚珠的尺寸适当增大，使其4点接触，产生预紧力，为了提高工作性能，可以在承载滚珠之间加入间隔钢球。,第四章 丝杠螺母传动,偏置导程法,仅仅是在螺母中部将其导程增加一个预压量，以达到预紧的目的。,第四章 丝杠螺母传动,（3）滚珠丝杠副的安装,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。,第四章 丝杠螺母传动,以下列出了四种典型支承方式及其特点。,单推-单推双推-双推双推-简支双推-自由,第四章 丝杠螺母传动,单推-单推,1轴向刚度较高，预拉伸安装时预紧力较大；2预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命低；3适宜中速、精度高，并可用双推单推组合；4.轴承寿命比双推双推式低。,第四章 丝杠螺母传动,双推-双推,1轴向刚度最高，预拉伸安装时预紧力较大；2预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命高；3适宜高速、高精度，高刚度的精密丝杠传动系统。4.由于工作时随着温度的升高会造成丝杠的预紧力 增大，因而易造成两端支承的预紧力不对称。,第四章 丝杠螺母传动,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，预紧力小，轴承寿命较长；3适宜中速、精度较高的长丝杠传动系统。,第四章 丝杠螺母传动,双推-自由,1轴向刚度和承载能力低，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。,第四章 丝杠螺母传动,（4）滚珠丝杠副的标注方法,精度等级,类型(P/T),承载钢珠圈数,螺纹旋向,公称导程,公称直径,预紧方式,结构特征,循环方式,1,2,3,4,5,6,7,8,9,第四章 丝杠螺母传动,参照的标准,1ISO 3408-1:2006；2GB/T17587.3-1998,第四章 丝杠螺母传动,滚珠丝杠副的标注示例,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,第四章 丝杠螺母传动,1,F：循环方式（内循环浮动式为F，外循环插管埋入式 为CM，外循环端盖式为DG）,F：法兰螺母标识,b：防尘条件（带防尘圈不标，不带防尘圈为b）,b：防尘条件(带防尘圈不标，不带防尘圈为b),Z：直筒螺母标志,第四章 丝杠螺母传动,防尘圈,精密用(迷宫式)、冷轧用(刷式)、普通防尘。,第四章 丝杠螺母传动,2,D：预紧方式（垫片预紧为D，变位导程预紧为B，螺纹预紧为L）,第四章 丝杠螺母传动,32：公称直径,3,常见的公称直径有：,6,8,10,15,16,18,20,25,28,32,36,40,45,50,55,63,70,80,第四章 丝杠螺母传动,公称直径,滚珠丝杠的名义直径D0是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。,第四章 丝杠螺母传动,05：公称导程,常见的公称导程有：,04,05,06,08,10,12,16,20,25,32,50,60,80,100,4,第四章 丝杠螺母传动,T：特型（与样本系列不同时标，相同时不标）,5,第四章 丝杠螺母传动,LH：螺纹旋向（右旋不标，左旋标LH）,6,第四章 丝杠螺母传动,3：负荷滚珠圈数（分2,2.5,3,3.5,4,5六种）,7,第四章 丝杠螺母传动,P：类型（P或者T）,8,第四章 丝杠螺母传动,3：精度等级,9,精度等级有：,1,2,3,4，5,7，10七个等级,第四章 丝杠螺母传动,精度等级,滚珠丝杠螺母副按其使用范围及要求分为7个精度等级。1级精度最高，其余依次逐级递减。数控机床和精密机械可选用1、2、3级精度，一般动力传动可选4、5级。,第四章 丝杠螺母传动,10,11,1500：丝杠全长（mm）,1200：滚珠螺纹长度（mm）,第四章 丝杠螺母传动,（5）丝杠的制造工序,切削热处理校直磨,第四章 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,（6）螺母的制造工序,切削热处理磨,第四章 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,（7）滚珠丝杠副的制动装置,作用：在垂直安装或在高速移动定位时，防止滚珠丝杠副逆转发生不安全事故或定位不可靠（无自锁能力）。常用的制动装置：超越离合器、双推式电磁离合器（制动器）。,第四章 丝杠螺母传动,超越离合器,第四章 丝杠螺母传动,双推式电磁离合器,第四章 丝杠螺母传动,（8）滚珠丝杠副的选择及注意事项,1）滚珠丝杠副的选择方法 a）滚珠丝杠副结构的选择。根据防尘、防护条件以及对调隙及预紧的要求，可选择适当的结构形式。,第四章 丝杠螺母传动,例如：当允许有间隙存在（如垂直运动）时，可选用具有单圆弧形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；当具备良好的防尘条件且只需在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。,第四章 丝杠螺母传动,b）滚珠丝杠副结构尺寸的选择选用滚珠丝杠副时，通常主要选择丝杠的公称直径d0和基本导程l0。公称直径d0应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择。,第四章 丝杠螺母传动,在允许的情况下，螺纹长度ls要尽量短，一般取ls/d030为宜；基本导程l0（或螺距t）应按承载能力、传动精度及传动速度选取，l0大时，承载能力也大；l0小时，传动精度会较高。要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝杠副。,第四章 丝杠螺母传动,2）滚珠丝杠副选择的注意事项 a）预紧载荷的确定为了防止造成丝杠传动系统的任何失位，保证传动精度，提高丝杠系统的刚度是很重要的，而要提高螺母的接触刚度，则必须施加一定的预紧载荷。,第四章 丝杠螺母传动,施加了预紧载荷后，摩擦转矩增加，并使工作时的温升提高。因此，必须恰当地确定预紧载荷（最大不得超过10%的额定动载荷），以便在满足精度和刚度的同时获得最佳的寿命和较低的温升效应。,第四章 丝杠螺母传动,b）润滑在使用滚珠丝杠副时，必须要有足够的润滑，如果润滑不够，则将导致摩擦和磨损的增加，造成故障或缩短寿命等。润滑可采用油润滑或脂润滑。,第四章 丝杠螺母传动,c）防尘滚珠丝杠与滚动轴承一样，如果污物及异物（切屑、碎屑）进入，就会很快使它磨损。因此，必须采用防护装置（折叠式或伸缩式丝杠护套）将丝杠轴完全防护起来；同时，在有浮尘时，要在螺母两端采用刮屑式防尘圈进行密封。,第四章 丝杠螺母传动,d）安装 将滚珠丝杠副安装到机床时，不应把螺母从丝杠上拆下来。在必须把螺母卸下来的场合，要使用比丝杠底径小0.20.3mm的安装辅助套筒，将安装辅助套筒推至螺纹起始端面，从丝杠上将螺母旋至辅助套筒上，连同螺母、辅助套筒一并小心取下，注意不要使滚珠散落。,第四章 丝杠螺母传动,（9）滚珠丝杠副的设计计算,设计滚珠丝杠副的已知条件,a)工作载荷F(N)或平均工作载荷Fm(N)b)使用寿命(h)c)丝杠的工作长度(或螺母的有效行程)L(m)d)丝杠的转速n（平均转速nm或最大转速nmax)(rmin)e)滚道硬度HRCf)运转情况。,第四章 丝杠螺母传动,一般的设计步骤及方法如下,(1)丝杠副的计算载荷Fc(N),载荷系数，按表1选取；硬度系数，按表2选取；精度系数，按表3选取；平均工作载荷（N）。,表1,表2,表3,第四章 丝杠螺母传动,第四章 丝杠螺母传动,(2)计算额定动载荷,丝杠副的平均转速（r/min）；,式中：,运转寿命（h）；,计算载荷（N）。,第四章 丝杠螺母传动,5对于低速（）传动，只按额定静载荷计算即可。,3根据在滚珠丝杠系列中选择所需要的规格，使所选规格的丝杠副的额定动载荷。,4验算传动效率、刚度及工作稳定性，如不满足要求则应另选其它型号并重新验算。,第四章 丝杠螺母传动,例:试设计一数控铣床工作台进给用滚珠丝杠副。已知平均工作载荷Fm3800N，丝杠工作长度l1.2m，平均转速nm100r/min，最大转速nmax10000r/min，使用寿命15000h左右，丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为5862HRC，传动精度要求,第四章 丝杠螺母传动,解：(1)求计算载荷Fc,第四章 丝杠螺母传动,(2)根据寿命条件计算额定动载荷,第四章 丝杠螺母传动,(3)根据必须的额定动载荷选择丝杠副尺寸，由查表 6-13，得如下规格：,第四章 丝杠螺母传动,考虑各种因素，选FFZD5006-5，其中：公称直径：D0=50mm 导程：p=6mm 螺旋角：=arctan(6/(50)=211 滚珠直径：d0=4mm 滚道半径：R=0.52d0=0.524=2.08mm 偏心距：丝杠内径：d1=45.9mm,第四章 丝杠螺母传动,(4)稳定性验算：,假设为双推简支（FS），因为丝杠较长，所以用压杆稳定性来求临界载荷,式中：E 丝杠的弹性模量,丝杠危险截面的轴惯性矩,长度系数，两端用铰接时,第四章 丝杠螺母传动,丝杠是安全的，不会失稳。,临界转速 验证 高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠最高转速,临界转速可按公式计算：,第四章 丝杠螺母传动,（5）刚度验算：滚珠丝杠在工作负载F（N）和转矩T（Nm）共同作用下引起每个导程的变形量（m）为式中：A 丝杠的截面积，(m2)；丝杠的极惯性矩，(m4)；G 钢的切变模量，对于钢G=83.3GPa；,第四章 丝杠螺母传动,T 转矩（Nm）,第四章 丝杠螺母传动,按最不利的情况，即取F=Fm，则,丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为,通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度的1/2，即,第四章 丝杠螺母传动,（6）效率验算 滚珠丝杠副的传动效率为 要求在90%95%之间，所以该丝杠副能满足使用要求。经上述计算验证，FFZD5006-5各项性能指标均符合题目要求，可选用。,第四章 丝杠螺母传动,材料 滚珠丝杠副中丝杠与螺母的材料一般与滚珠的材料相同，通过采用GCr15、GCr6、GCr9等，硬度为HRC602，而螺母应取上限。当需要特别高的耐磨性时，可以用20CrMnA、40CrMnA、38CrMoLlA、38CrWVAlA等合金钢制造。,精密传动机构滚珠丝杠副,The end,