机械系统的部件选择与设计滚珠丝杠螺母副PPT课件

1、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常用的机械传动部件包括：常用的机械传动部件包括：n螺旋传动螺旋传动n 齿轮传动齿轮传动n 同步带传动同步带传动n 高速带传动高速带传动n 各种非线性传动等各种非线性传动等第1页/共84页传动机构及其功能传动机构及其功能 基本功能基本功能传动机构传动机构运动的变换运动的变换动力的变换动力的变换形式形式行程行程方向方向 速度速度 大小大小形式形式丝杠螺母丝杠螺母齿轮齿轮齿轮齿条齿轮齿条链轮链条链轮链条带、带轮带、带轮杠杆机构杠杆机构凸轮机构凸轮机构蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆间歇机构间歇机构第2页/共84页 应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻

2、、应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。运动平稳、传递转矩大的传动部件。第3页/共84页机械传动部件的功能要求：机械传动部件的功能要求：1、精密化、精密化2、高速化、高速化3、小型化、轻量化、小型化、轻量化第4页/共84页二、滚珠丝杠传动部件二、滚珠丝杠传动部件1、组成及特点、组成及特点 （1）组成）组成第5页/共84页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第6页/共84页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 反向器反向器第7页/共84页（2）特点）

3、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）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，寿命长第8页/共84页缺点：缺点：1）不能自锁）不能自锁2）结构复杂）结构复杂第9页/共84页单圆弧型单圆弧型双圆弧型双圆弧型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 第10页/共84页主要尺寸：主要尺寸：理想接触角理想接触角 =450R=1.04rbe=sin (R-rb)偏心距偏心距滚道圆弧半径滚道圆弧半径滚珠半径滚珠半径接触角接触角 eRrb 第11页/共8

4、4页单圆弧型单圆弧型 ，承载能力，承载能力，轴向刚度，轴向刚度 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第12页/共84页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 第13页/共84页（2）滚珠的循环方式）滚珠的循环方式v内循环内循环v外循环外循环第14页/共84页1）内循环）内循环滚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第15页/共84页浮动式反向器的循环浮动式反向器的循环丝杠螺母滚珠反向器第16页/共84页特点：特点：滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；滚珠

5、循环回路短，流畅性好，效率高；第17页/共84页螺母的径向尺寸小，螺母的径向尺寸小， 加工困难，装配调整不易；加工困难，装配调整不易；适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。第18页/共84页2）外循环）外循环滚珠在循环过程中脱离过丝杠滚珠在循环过程中脱离过丝杠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第19页/共84页特点：特点：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；第20页/共84页 工艺简单，工艺简单，螺母的径向尺寸大，螺母的径向尺寸大，易于制造；易于制造； 挡珠器刚性差，易磨损。挡珠器刚

6、性差，易磨损。第21页/共84页 螺旋槽式螺旋槽式第22页/共84页 插管插管式式插管插管第23页/共84页 端盖端盖式式特点：特点： 应用较少，常以单螺母形式用作升降传动机构。应用较少，常以单螺母形式用作升降传动机构。盖板盖板螺母螺母第24页/共84页3、主要尺寸参数及其选择、主要尺寸参数及其选择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径螺母大径螺母大径第25页/共84页（1）公称直径）公称直径do 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，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，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。它是滚珠丝杠副

7、的特征尺寸。第26页/共84页公称直径的大小与承载能力有关，一般推公称直径的大小与承载能力有关，一般推荐荐 效效率率承承载载能能力力滚滚珠珠直直径径bdd03010丝杠工作长度的丝杠工作长度的 d第27页/共84页（2）基本导程）基本导程Lo 定义：定义： 丝杠相对螺母旋转丝杠相对螺母旋转2弧度时，螺母上基准点的轴向弧度时，螺母上基准点的轴向位移位移; 导程的大小根据机床的加工导程的大小根据机床的加工精度要求确定：精度要求确定：精度高精度高导程取小些导程取小些第28页/共84页 导程减小将导致滚珠丝杠螺母副的承载能力下降；导程减小将导致滚珠丝杠螺母副的承载能力下降；L0第29页/共84页基本导

8、程的选择原则：基本导程的选择原则： 在满足数控机床加工在满足数控机床加工精度的条件下，导程应尽可精度的条件下，导程应尽可能取大些能取大些. 第30页/共84页（3）行程）行程L 丝杠相对螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向丝杠相对螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。位移。 0360LxL 第31页/共84页（4）滚珠直径）滚珠直径 db滚珠直径大，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第32页/共84页（5）滚珠个数）滚珠个数N N过多，流通不畅，易产生阻塞；过多，流通不畅，易产生阻塞； N过少，承载能力小，滚珠自载加距磨损和

9、变形过少，承载能力小，滚珠自载加距磨损和变形一般取：一般取：NQ 第73页/共84页注意：注意： 当丝杠转速当丝杠转速n10r/min时，以最大静载荷时，以最大静载荷Q0为设计依据。为设计依据。第74页/共84页2）传动效率的验算）传动效率的验算)( tgtg其摩擦角约等于其摩擦角约等于滚动摩擦系数滚动摩擦系数摩擦角，滚珠丝杠副的摩擦角，滚珠丝杠副的丝杠螺旋长升角丝杠螺旋长升角10,004. 0003. 0 ftg 时时满满足足要要求求当当9 . 0 第75页/共84页3）刚度验算）刚度验算刚度的验算主要是确定丝杠的变形量刚度的验算主要是确定丝杠的变形量第76页/共84页丝杠的变形量包括：丝杠

10、的变形量包括： 丝杠的拉伸或压缩变形量丝杠的拉伸或压缩变形量 1 滚珠与螺纹滚道间接触变形滚珠与螺纹滚道间接触变形 2 支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形 3 滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变化量滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变化量 4 螺母座及轴承支座的变形螺母座及轴承支座的变形 5第77页/共84页因此因此: 滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算 1 、 2 、 3之和之和不应大于机床精度要求允许变形量的一半，否则，应考虑选不应大于机床精度要求允许变形量的一半，否则，应考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。用较大直径的滚珠丝杠副。第78页/

11、共84页 在实际设计中，由于预紧的作用，在实际设计中，由于预紧的作用，可将原机床的刚度提高可将原机床的刚度提高4倍。因此只要倍。因此只要 1 + 2 + 3=机床精度要求机床精度要求即可认为该丝杠刚度合格。即可认为该丝杠刚度合格。第79页/共84页4）稳定性验算）稳定性验算 对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下，承受最大轴向负载时，应对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下，承受最大轴向负载时，应验算其有没有产生纵向弯曲（失稳）的危险。验算其有没有产生纵向弯曲（失稳）的危险。第80页/共84页产生失稳的临界负载产生失稳的临界负载PK可用下式计算：可用下式计算：22lEIfpZK 丝杠的支承方式系数丝杠的支承方式系数）丝杠两端支承距离（丝杠两端支承距离（丝杠小径）丝杠小径）截面惯性矩（截面惯性矩（）（钢钢丝杠材料弹性模量，对丝杠材料弹性模量，对 ZfcmlddIcmIcmNEE141426(64/106 .20 式中：式中：第81页/共84页丝杠的支承方式丝杠的支承方式支承方式支承方式fz双推双推-双推双推4单推单推-单推单推