机电一体化第2章 机械系统设计(2滚珠丝杠)

1、第二章第二章 机电一体化系统的机械系统机电一体化系统的机械系统部件的选择与设计部件的选择与设计 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副了解伺服控制对机械传动系统的要求了解伺服控制对机械传动系统的要求了解系统传动精度的主要影响因素和减小传动了解系统传动精度的主要影响因素和减小传动误差的主要措施误差的主要措施了解机械系统数学模型的建立方法，了解机械系统数学模型的建立方法，掌握惯量掌握惯量、阻尼、刚度、间隙等参数对机械传动系统特、阻尼、刚度、间隙等参数对机械传动系统特性的影响性的影响掌握机电一体化系统中，常用传动机构的特点掌握机电一体化系统中，常用传动机构的特点及

2、其选用和设计方法。及其选用和设计方法。重点重点学习学习怎样为系统选择合理的传动方案、合适的怎样为系统选择合理的传动方案、合适的传动元件，而不是具体传动元件的结构设计。传动元件，而不是具体传动元件的结构设计。学习目的与要求学习目的与要求 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副2.62.62.52.52.42.42.32.32.22.2机械传动部件的选择与设计机械传动部件的选择与设计2.12.1机械系统的选择与设计要求机械系统的选择与设计要求本本 章章 内内 容容导向支承部件的选择与设计导向支承部件的选择与设计旋转支承部件的选择与设计旋转支承部件的选择与设计轴系

3、部件的选择与设计轴系部件的选择与设计机电一体化系统的机座或机架机电一体化系统的机座或机架 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副1. 1. 机械系统机械系统 机械系统机械系统一般由减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗一般由减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件以及连杆机构、凸轮机构等杆副等各种线性传动部件以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支承部件、旋转支承部件、轴非线性传动部件、导向支承部件、旋转支承部件、轴系及架体等机构组成。系及架体等机构组成。 2.1 2.1 机械系统的选择与设计要求机械系统的选择与设计要求 2 机械系统设计机械系统设计-

4、机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副2.2.机械系统的组成机械系统的组成 1 1）传动机构）传动机构 不仅是转速和转矩的变换器不仅是转速和转矩的变换器, ,而且已成为伺服系统的而且已成为伺服系统的一一部分部分, ,它要根据伺服控制的要求进行选择设计它要根据伺服控制的要求进行选择设计, ,以满足整以满足整个机械系统良好的伺服性能。个机械系统良好的伺服性能。 2 2）导向机构）导向机构 导向机构的作用是支承和导向导向机构的作用是支承和导向, ,它为机械系统中各运它为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障, ,一般指导轨

5、、轴承等。一般指导轨、轴承等。 3 3）执行机构）执行机构 执行机构是用来完成操作任务的直接装置。执行机构执行机构是用来完成操作任务的直接装置。执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下根据操作指令的要求在动力源的带动下完成预定的操作。完成预定的操作。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副导轨设计导轨设计支承装置支承装置主轴组件设计主轴组件设计机械设计技术机械设计技术机械传动装置设计机械传动装置设计机械结构设计机械结构设计滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动无侧隙齿轮传动无侧隙齿轮传动谐波齿轮传动谐波齿轮传动同步齿形带传动同步齿形带传动膜片弹性联轴器膜片弹性联轴器 2

6、 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副3. 3. 对机械系统的要求对机械系统的要求p 除要求具有除要求具有较高的定位精度较高的定位精度之外，还应具之外，还应具有良好的有良好的动态响应特性动态响应特性，就是说，就是说响应要快、响应要快、稳定性要好稳定性要好。p 在设计中，常提出在设计中，常提出无间隙、低摩擦、低惯无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等等要求。要求。p 此外还要求机械系统具有较大的刚度，良此外还要求机械系统具有较大的刚度，良好的耐磨、减摩性和可靠性，消震和低噪音，好的耐磨、减摩性和可靠性，消震

7、和低噪音，重量轻、体积小、寿命长。重量轻、体积小、寿命长。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副4. 4. 满足要求的措施满足要求的措施1)1)采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。2)2)缩短传动链，提高传动与支承刚度。缩短传动链，提高传动与支承刚度。3)3)选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力。尽可能提高加速能力。4)4)缩小反向死区误差。缩小反向死区误差。5)5)改进支

8、承及架体的结构设计以提高刚性、减少改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声。振动、降低噪声。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副 常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动部件等。步带传动、高速带传动、各种非线性传动部件等。其主要功能是其主要功能是传递转矩传递转矩和和转速转速，因此，它实质上是一，因此，它实质上是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。间在转矩与转速方面得到最佳匹

9、配。 应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重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。量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。 2.2 2.2 机械传动部件的选择与设计机械传动部件的选择与设计一、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 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副传动机构的技术要求：传动机构的技术要求：1)1)精密化精密化 对某种特定的机电一体化系统对某种特定的机电一体化系统( (或产或产品品) )来说，应根据其性能的需

10、要提出适当精密来说，应根据其性能的需要提出适当精密度要求。度要求。2)2)高速化高速化 产品工作效率的高低，直接与机械传产品工作效率的高低，直接与机械传动部件的运动速度相关。动部件的运动速度相关。3)3)小型化、轻量化小型化、轻量化 提高运动灵敏度提高运动灵敏度( (快速响应快速响应性性) )、减小冲击、降低能耗。为与微电子部件、减小冲击、降低能耗。为与微电子部件的微型化相适应，也要尽可能做到使机械传动的微型化相适应，也要尽可能做到使机械传动部件短小轻薄化。部件短小轻薄化。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副 丝杠螺母机构丝杠螺母机构又称又称螺旋传动机构

11、。螺旋传动机构。主要用来将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变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。旋转运动。 n以以传递能量传递能量为主的有螺旋压力机、千斤顶等为主的有螺旋压力机、千斤顶等n以以传递运动传递运动为主的有工作台的进给丝杠，为主的有工作台的进给丝杠，n还有还有调整零件之间相对位置调整零件之间相对位置的螺旋传动机构等。的螺旋传动机构等。二、二、丝杠螺母机构基本传动形式丝杠螺母机构基本传动形式 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副（1 1）丝杠螺母机构的主要构成）丝杠螺母机构的主要构成 丝杠、丝杠螺母和减摩介质或滚动体（

12、回珠装置）丝杠、丝杠螺母和减摩介质或滚动体（回珠装置） 功能：功能：实现旋转运动与直线运动之间相互转换或调实现旋转运动与直线运动之间相互转换或调整。整。 作用：作用：用于机构之间能量的传递和运动形式的传递。用于机构之间能量的传递和运动形式的传递。 分类：分类：滑动和滚动丝杠螺母机构。滑动和滚动丝杠螺母机构。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副（2 2）丝杠螺母机构传递运动的基本条件）丝杠螺母机构传递运动的基本条件1 1）滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件：）滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件： 应有足够的滑移间隙和充分地润滑，热胀应有足够的滑移间隙和充分地润

13、滑，热胀冷缩补偿空间；因而，存在一定的空回间隙。冷缩补偿空间；因而，存在一定的空回间隙。2 2）滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条件：）滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条件： 应有足够的润滑储油空间和热胀冷缩弹性应有足够的润滑储油空间和热胀冷缩弹性补偿能力，可实现无间隙工作；因而，存在补偿能力，可实现无间隙工作；因而，存在一定的表面应力；为了实现连续运转，需一一定的表面应力；为了实现连续运转，需一滚珠的回珠装置（内或外）。滚珠的回珠装置（内或外）。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副（3 3）丝杠螺母机构的特点）丝杠螺母机构的特点 滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺

14、母机构：结构简单、加工方便、结构简单、加工方便、成本低，且有自锁功能，但摩擦阻力较大、成本低，且有自锁功能，但摩擦阻力较大、传动效率低传动效率低(30%40%)(30%40%)。 滚动丝杠螺母机构滚动丝杠螺母机构：结构复杂、成本高、结构复杂、成本高、无自锁功能，但摩擦阻力小、传动效率高无自锁功能，但摩擦阻力小、传动效率高（92%98%92%98%）、传动精度高。）、传动精度高。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副a) 螺 母 固 定 、 丝 杆 转 动 并 移 动特 点 ： 结 构 简 单 、 传 动 精 度 较 高 、螺 母 支 承 丝 杆 可 消 除

15、 附 加 轴 向 窜 动 ， 刚 性 较 差特 点 ： 结 构 紧 凑 、 丝 杆 刚 性 较 高 、要 限 制 螺 母 转 动 ， 故 需 导 向 装 置b) 丝 杆 转 动 ， 螺 母 移 动c) 螺 母 转 动 、 丝 杆 移 动特 点 ： 结 构 复 杂 、 站 用 空 间 较 大 、传 动 时 需 限 制 螺 母 移 动 和 丝 杆 转 动但 使 用 不 方 便 ， 故 应 用 较 少 。特 点 ： 结 构 简 单 、 紧 凑 、 丝 杆 刚 性 较 高d) 丝 杆 固 定 ， 螺 母 转 动 并 移 动（4 4）丝杠螺母传动的类型）丝杠螺母传动的类型图图2-1 2-1 丝杠螺母机构

16、基本传动形式丝杠螺母机构基本传动形式 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副图图2-2 2-2 丝杠螺母机构差动传动的工作原理丝杠螺母机构差动传动的工作原理 0102S 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副1 1反向器反向器 2 2螺母螺母 3 3丝杆丝杆 4 4滚珠滚珠 由带螺旋槽的丝杆、螺由带螺旋槽的丝杆、螺母、滚动元件滚珠母、滚动元件滚珠/ /滚柱、滚柱、回珠装置等组成。回珠装置等组成。p 为了在滚珠与滚道之为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈间形成无间隙甚至有过盈配合，可设置预紧装置。配合，可设置预紧装置。p

17、 为延长工作寿命，可为延长工作寿命，可设置润滑件和密封件。设置润滑件和密封件。三、滚珠丝杠副传动部件三、滚珠丝杠副传动部件 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副1. 1. 滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副的特点n传动效率高传动效率高 n运动平稳运动平稳n工作寿命长工作寿命长n定位精度和重复定位精度高定位精度和重复定位精度高n同步性好同步性好n可靠性高可靠性高n不能自锁不能自锁n制造工艺复杂制造工艺复杂 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副2. 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 从螺纹从螺纹滚道的截面形状

18、滚道的截面形状、滚珠的循环方式滚珠的循环方式和和消除轴消除轴向间隙的调整方法向间隙的调整方法进行区别。进行区别。 (1) (1) 螺纹滚道型面螺纹滚道型面( (法向法向) )的形状及主要尺寸的形状及主要尺寸bba) 单圆弧型滚道bb) 双圆弧型滚道b 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副单圆弧滚道和双圆弧滚道的结构特点单圆弧滚道和双圆弧滚道的结构特点 单圆弧滚道单圆弧滚道：结构简单，结构简单，传递精度由加工质量保证，传递精度由加工质量保证，轴向间隙小，无轴向间隙调轴向间隙小，无轴向间隙调整和预紧能力，加工困难，整和预紧能力，加工困难，加工精度要求高，成本高

19、，加工精度要求高，成本高，一般在轻载条件下工作。一般在轻载条件下工作。 双圆弧滚道双圆弧滚道：结构简单，结构简单，存在轴向间隙，加工质量易存在轴向间隙，加工质量易于保证，在使用双螺母结构于保证，在使用双螺母结构的条件下，具有轴向间隙调的条件下，具有轴向间隙调整和预紧能力，传递精度高。整和预紧能力，传递精度高。双圆弧滚道双圆弧滚道单圆弧滚道单圆弧滚道 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副(2)(2)滚珠的循环方式滚珠的循环方式内循环：内循环：滚珠在循环过程中始终与丝杆表面保持接触滚珠在循环过程中始终与丝杆表面保持接触n优点优点是滚珠循环的回路短、流畅性好、效

20、率高、螺母的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。径向尺寸也较小。n缺点缺点是反向器加工困难、装配调整也不方便。是反向器加工困难、装配调整也不方便。 24315图图2-6 2-6 浮动式反向器内循环方式浮动式反向器内循环方式 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副 外循环：外循环：滚珠在循环返向时，离开丝杆螺纹滚道，在螺母滚珠在循环返向时，离开丝杆螺纹滚道，在螺母体内或体外作循环运动。体内或体外作循环运动。 可分螺旋帽式可分螺旋帽式 、插管式、插管式 、端、端盖式。盖式。n优点优点是结构简单、工艺性好。是结构简单、工艺性好。n缺点缺点是

21、滚道吻接和弯曲处四角不易准确制作而影响其性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。能，故应用较少。常以单螺母形式用作升降传动机构。图图2-8 插管式外循环插管式外循环 图图2-9 端盖式外循环端盖式外循环 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副3.3.滚珠丝杠副的主要尺寸参数滚珠丝杠副的主要尺寸参数 图图2-10 2-10 主要尺寸参数主要尺寸参数公称直径公称直径d0：滚珠与螺纹滚道在理论接魁角状态时包络滚滚珠与螺纹滚道在理论接魁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。珠球心的圆柱直径。它

22、是滚珠丝杠副的特征尺寸。基本导基本导程程Ph (或螺距或螺距t )：丝杆相对螺母旋转丝杆相对螺母旋转2弧度时，螺母上基准弧度时，螺母上基准点的轴向位移。点的轴向位移。行程行程l：丝杆相对于螺母旋转任意弧度时，丝杆相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。螺母上基准点的轴向位移。此外还有此外还有丝杆螺纹外径丝杆螺纹外径d1、丝杆螺纹底径丝杆螺纹底径d 2、滚珠直径滚珠直径Dw、螺母螺纹大径螺母螺纹大径D2、螺母螺纹小径螺母螺纹小径D3、丝杆螺纹全长丝杆螺纹全长ls等。等。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副4.4.滚珠丝杠的精度等级及标注方法滚珠丝

23、杠的精度等级及标注方法主要尺寸主要尺寸 标称直径、导程、螺旋升角等。标称直径、导程、螺旋升角等。精度等级精度等级 标准规定分为标准规定分为7 7个等级：个等级：1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、7 7、1010级），级），1 1级最高，级最高，1010级最低。级最低。标注方法标注方法 国标。按图国标。按图2-112-11给定顺序标注给定顺序标注 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副5.5.滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧 滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与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滚

24、道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位螺母位移量移量和和螺母原有间隙螺母原有间隙的总和。的总和。 当丝杠改变转动方向时，间隙会使运动产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生空回，从而影响机构的传动精度和系统稳定性。通常采用定性。通常采用或或的方法，减小或消除轴向间隙，的方法，减小或消除轴向间隙，提高滚珠丝杠副的刚度。提高滚珠丝杠副的刚度。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副(1)(1)双螺母螺纹预紧调整式双螺母螺纹预紧调整式 螺母螺母3的外端有凸缘，而螺母的外端有凸缘，而螺母4的外端虽无凸缘，但的外端虽无凸缘，但制有螺

25、纹，并通过二个圆螺母固定。调整时旋转圆螺母制有螺纹，并通过二个圆螺母固定。调整时旋转圆螺母2消除轴向间隙并产生一定的预紧力，然后用锁紧螺母消除轴向间隙并产生一定的预紧力，然后用锁紧螺母1锁锁紧。预紧后两个螺母中的滚珠相向受力，从而消除轴向间紧。预紧后两个螺母中的滚珠相向受力，从而消除轴向间隙。其隙。其特点特点是结构简单、刚性好、预紧可靠，使用中调整是结构简单、刚性好、预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量地进行调整。方便，但不能精确定量地进行调整。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副(2)(2)双螺母齿差项紧调整式双螺母齿差项紧调整式 两个螺母的两端分

26、别制有圆柱齿轮两个螺母的两端分别制有圆柱齿轮3，二者齿数相，二者齿数相差一个齿，通过二端的两个内齿轮差一个齿，通过二端的两个内齿轮2与上述圆柱齿轮相与上述圆柱齿轮相啮合并用螺钉和定位销固定在套筒啮合并用螺钉和定位销固定在套筒1上。调整时先取下上。调整时先取下二端的内齿轮二端的内齿轮2，当二个滚珠螺母相对于套筒同一方向，当二个滚珠螺母相对于套筒同一方向转动同一个齿后固定后，则一个滚珠螺母相对于另一个转动同一个齿后固定后，则一个滚珠螺母相对于另一个滚珠螺母产生相对角位移，使二个滚珠螺母产生相对移滚珠螺母产生相对角位移，使二个滚珠螺母产生相对移动，从而消除间隙并产生一定的预紧力。其动，从而消除间隙并

27、产生一定的预紧力。其特点特点是可实是可实现定量调整即可进行精密微调现定量调整即可进行精密微调(如如0.002mm)，使用中，使用中调整较方便。调整较方便。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副(3)(3)双螺母垫片调整预紧式双螺母垫片调整预紧式 调整垫片调整垫片l l的厚度，可使两螺母的厚度，可使两螺母2 2产生相对位移，以达产生相对位移，以达到消除间隙、产生预紧拉力之目的。其到消除间隙、产生预紧拉力之目的。其特点特点是结构简单刚是结构简单刚度高、预紧可靠，但使用中调整不方便。度高、预紧可靠，但使用中调整不方便。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置

28、滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副 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，适合用于轻载场合场合。 （4 4）弹簧式自动调隙弹簧式自动调隙(5)(5)单螺母变位导程自顶紧式和单螺母滚珠过盈预紧式单螺母变位导程自顶紧式和单螺母滚珠过盈预紧式 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副 (1)支承方式支承方式 6. 6. 滚珠丝杠副支承方式的选择滚珠丝杠副支承方式的选择 丝杠的轴承组

29、合及轴承座、螺母座以及其它零件的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。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。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，浮动支承多采用深沟球轴承，60角接触推力球轴承应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，多用于大型用广泛，其次是滚针和推力滚子组合轴

30、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。重型机床。以下列出了四种典型支承方式及其特点。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副1）单推）单推单推单推1轴向刚度较高；轴向刚度较高；2预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命比双推预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命比双推-双双推式低；推式低；3适宜中速、精度高，并可用双推适宜中速、精度高，并可用双推单推组合。单推组合。 两端都装止推轴承，承受轴向载荷两端都装止推轴承，承受轴向载荷 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副1轴向刚度最高；轴向刚度最高；2预拉伸安装

31、时，须加载荷较小，轴承寿命较高预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高3适宜高速、高刚度、高精度。适宜高速、高刚度、高精度。2）双推）双推双推双推两端都装止推轴承和向心球轴轴承，承受两端都装止推轴承和向心球轴轴承，承受轴向、径向载荷轴向、径向载荷 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副1 1轴向刚度不高，与螺母位置有关；轴向刚度不高，与螺母位置有关；2 2双推端可预拉伸安装；双推端可预拉伸安装；3 3适宜中速、精度较高的长丝杠。适宜中速、精度较高的长丝杠。3）双推）双推简支简支固定端装深沟球轴承和双向推力轴承，承受径固定端装深沟球轴承和双向推力轴承，承受径向

32、、轴向载荷；向、轴向载荷；简支端用深沟球轴承径向约束简支端用深沟球轴承径向约束 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副1轴向刚度低，与螺母位置有关；轴向刚度低，与螺母位置有关；2双推端可预拉伸安装；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。适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。4）双推）双推自由自由固定可以用深沟球轴承和双向推力轴承组合或用圆锥固定可以用深沟球轴承和双向推力轴承组合或用圆锥滚子轴承滚子轴承 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副(2) 轴承的组合安装支承示例轴承的组合安装支承示

33、例 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副(3) 制动装置制动装置 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副7. 7. 滚珠丝杠副的密封与润滑滚珠丝杠副的密封与润滑类型：防尘密封圈或防护套密封类型：防尘密封圈或防护套密封润滑剂：润滑油和润滑脂润滑剂：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

34、率，从而作用：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。维持其传动精度、延长其使用寿命。 接触式密封（动或静密封）和非接触式密封（迷宫式密封）。接触式密封（动或静密封）和非接触式密封（迷宫式密封）。 折叠式防尘套、伸缩式防尘套、伸缩挡板防尘装置等。折叠式防尘套、伸缩式防尘套、伸缩挡板防尘装置等。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副8. 8. 滚珠丝杠副的选择方法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。的结构型式。 (1)(1)滚珠丝

35、杠副结构的选择滚珠丝杠副结构的选择 以动力传动为主，允许传动存在一定间隙，且垂直安装。以动力传动为主，允许传动存在一定间隙，且垂直安装。常用在高精度压力设备上（导向精度由导轨保证）。常用在高精度压力设备上（导向精度由导轨保证）。 主要用在传递轻载荷、对传递动力的平稳性和丝杆刚度要主要用在传递轻载荷、对传递动力的平稳性和丝杆刚度要求比高（预紧力较小）的小型设备上。求比高（预紧力较小）的小型设备上。主要用于重载，以传递动力和运动为主，对传递动力和运动主要用于重载，以传递动力和运动为主，对传递动力和运动的平稳性有较高的要求，传递精度高、丝杠刚度大防尘效果好的的平稳性有较高的要求，传递精度高、丝杠刚度

36、大防尘效果好的高精度机器设备上。高精度机器设备上。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副(2)(2)滚珠丝杠副结构尺寸的选择滚珠丝杠副结构尺寸的选择 主要依据滚珠丝杠副传递的最大载荷、运动特性（传主要依据滚珠丝杠副传递的最大载荷、运动特性（传递速度）和范围（有效行程）、传递精度要求，选定滚递速度）和范围（有效行程）、传递精度要求，选定滚珠丝杠副的公称直径、基本导程以及传递精度等级。珠丝杠副的公称直径、基本导程以及传递精度等级。 n 公称直径公称直径d d0 0应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择。螺纹长度列选择。螺

37、纹长度ls在允许的情况下要尽量短，一般取在允许的情况下要尽量短，一般取lsdo小于小于30为宜；为宜；n 基本导程基本导程lo(或螺距或螺距t)应按承载能力、传动精度及传动应按承载能力、传动精度及传动速度选取，速度选取，lo大承载能力也大，大承载能力也大，l0小传动精度较高。要求小传动精度较高。要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝杠副传动速度快时，可选用大导程滚珠丝杠副。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副确定基本参数的原则确定基本参数的原则 公称直径大，承载能力强；反之，承载能力弱。公称直径大，承载能力强；反之，承载能力弱。 基本导程大，承载能力强，传

38、动速度快，传动精度降基本导程大，承载能力强，传动速度快，传动精度降低；反之，承载能力减弱，传动速度慢，传动精度高。低；反之，承载能力减弱，传动速度慢，传动精度高。 传递精度：决定设备静态定位和运动精度、动态响应传递精度：决定设备静态定位和运动精度、动态响应特性、动态稳定特性。特性、动态稳定特性。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副(3)滚珠丝杠副的选取步骤滚珠丝杠副的选取步骤已知条件是：已知条件是：最大工作载荷最大工作载荷Fmax或平均工作载荷或平均工作载荷F (N);丝杠副的使用寿命丝杠副的使用寿命T (h)；丝杠的工作长度（或螺母的有效长度）丝杠的工

39、作长度（或螺母的有效长度）l (mm);丝杠的转速丝杠的转速n (r/min);滚道硬度滚道硬度HRC及运转情况。及运转情况。 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副1)承载能力选择。承载能力选择。计算作用于丝杠轴向最大动载荷计算作用于丝杠轴向最大动载荷FQ，然后根据，然后根据FQ值选择丝杠副的型号。值选择丝杠副的型号。 33maxmax66010QHWHWnTFL f f Ff f F式中：式中：L-滚珠丝滚珠丝杠杠寿命系数寿命系数(单位为单位为l 106转，如转，如1.5则为则为150万转万转)。L60nT106。(其中其中T为使用寿命时间为使用寿命时间

40、h)，普通机械为，普通机械为5000一一10000h、数控机床及其它机电一体化设备及仪器装置、数控机床及其它机电一体化设备及仪器装置为为15000 h、航空机械为、航空机械为1000h;载载 荷荷 系数系数无冲击平稳运无冲击平稳运转转一般运转一般运转有冲击和振动有冲击和振动运转运转fw11.21.21.51.52.5硬度系数硬度系数HRC5855504540 fH1.01.111.562.43.85 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副 2)2)压杆稳定性核算压杆稳定性核算。2242max22(/64)kkkfEIfEdFFKlKl42/64Id 2 机械系统设计机械系统设计-机械传动装置滚珠丝杠副机械传动装置滚珠丝杠副3)3)刚度的验算。刚度的验算。202pFp MLESIE 式中：式中：E钢的弹性模量，钢的弹性模量，2.1x105MPaS丝杠的最小截面积，丝杠的最小截面积，cm2；M扭矩，扭矩，Ncm；I丝杠的小径丝杠的小径dl的截面惯性矩的截面惯性矩 精度要求；精度要求；L的单位为的单位为cm； “”号用于拉伸时，号用于拉伸时， “”号用于压缩时。号用于压缩时。在丝杠副精度标准中一般规定每一米弹性变形所允许在丝杠副精度标准中一般规定每一米弹性变形所允许的基本导程误差值。的基本导程误差值。 224S