滚珠丝杠 (2)

1、第三章第三章 进给系统的机进给系统的机械传动结构械传动结构组员：周朕组员：周朕 鞠栋杰鞠栋杰 马金海马金海 卓杰卓杰 张健张健 陈廷飞陈廷飞 徐浩徐浩2 包括引导和支承执行部件的导轨、丝杠螺母副、齿轮齿条包括引导和支承执行部件的导轨、丝杠螺母副、齿轮齿条副、蜗杆蜗轮副、齿轮或齿链副及其支承部件等。设计和选用副、蜗杆蜗轮副、齿轮或齿链副及其支承部件等。设计和选用机械传动结构时，必须考虑以下问题：机械传动结构时，必须考虑以下问题： (1) 减少摩擦阻力减少摩擦阻力 如采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母如采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副、滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。副、滚动导轨、静压导轨和塑料导轨

2、。 (2) 提高传动精度和刚度、消除传动间隙提高传动精度和刚度、消除传动间隙 传动精度和刚度传动精度和刚度主要取决于丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副及其支承结构的刚度。传主要取决于丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副及其支承结构的刚度。传动间隙主要来自传动齿轮副、蜗杆副、丝杠螺母副等。动间隙主要来自传动齿轮副、蜗杆副、丝杠螺母副等。 (3) 减小运动惯量减小运动惯量 传动元件的惯量对伺服机构的启动和制动传动元件的惯量对伺服机构的启动和制动特性都有影响。在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小特性都有影响。在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件的惯量。执行部件的惯量。 3 传动齿轮副传动齿轮副一、设计传动齿轮

3、副应考虑的问题一、设计传动齿轮副应考虑的问题 进给系统采用齿轮传动装置，是为了使丝杠、工作台的惯进给系统采用齿轮传动装置，是为了使丝杠、工作台的惯量在系统中占有较小的比重；还可使高转速低转矩的伺服驱动量在系统中占有较小的比重；还可使高转速低转矩的伺服驱动装置的输出变为低转速大扭矩，以适应驱动执行件的需要。装置的输出变为低转速大扭矩，以适应驱动执行件的需要。 在设计齿轮传动装置时，应考虑的问题：在设计齿轮传动装置时，应考虑的问题： 1. 应又足够的强度和精度；应又足够的强度和精度； 2. 应综合考虑其速比分配及传动级数对传动件的转动惯量和应综合考虑其速比分配及传动级数对传动件的转动惯量和执行件的

4、转动的影响。执行件的转动的影响。增加传动级数，可以减小转动惯量。但增加传动级数，可以减小转动惯量。但级数增加，使传动装置结构复杂，降低了传动效率，增大了噪级数增加，使传动装置结构复杂，降低了传动效率，增大了噪声；同时也加大了传动间隙和摩擦损失，对伺服系统不利。声；同时也加大了传动间隙和摩擦损失，对伺服系统不利。4二、消除传动齿轮间隙的措施二、消除传动齿轮间隙的措施 (一一) 存在间隙的危害：存在间隙的危害： 1. 在开环系统中会造成进给运动的位移值滞后于指令值；在开环系统中会造成进给运动的位移值滞后于指令值；反向时，会出现反向死区，影响加工精度。反向时，会出现反向死区，影响加工精度。 2. 在

5、闭环系统中，由于有反馈作用，滞后量可得到补偿，在闭环系统中，由于有反馈作用，滞后量可得到补偿，但反向时会使伺服系统产生振荡而不稳定。但反向时会使伺服系统产生振荡而不稳定。 (二二) 调整方法调整方法 1. 刚性调整法刚性调整法 刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动补偿的调整法。因刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动补偿的调整法。因此，齿轮的周节公差及齿厚要严格控制，否则影响传动的灵活此，齿轮的周节公差及齿厚要严格控制，否则影响传动的灵活性。这种调整方法结构比较简单，且有较好的传动刚度。性。这种调整方法结构比较简单，且有较好的传动刚度。5(1) 偏心轴调整法偏心轴调整法 通过调整偏心套通过调整偏心套

6、来改变齿轮来改变齿轮1和齿轮和齿轮2之间的中心距，从而之间的中心距，从而消除了齿侧间隙。消除了齿侧间隙。 偏心调整法的原理图偏心调整法的原理图齿轮齿轮1齿轮齿轮2偏心套偏心套6 (2) (2) 轴向垫片调整法轴向垫片调整法齿轮齿轮1齿轮齿轮2垫片垫片 轴向垫片调整法的原理图轴向垫片调整法的原理图 要改变要改变垫片垫片的厚度的厚度就能改变齿轮就能改变齿轮2和齿轮和齿轮1的轴向相对位置，从的轴向相对位置，从而消除了齿侧间隙。而消除了齿侧间隙。7 2. 柔性调整法柔性调整法 (1)(1)轴向压簧调整法轴向压簧调整法 用螺母来调节弹簧的轴向压力，用螺母来调节弹簧的轴向压力，使齿轮使齿轮1 1和和2 2

7、的左、右齿面分别与宽的左、右齿面分别与宽斜齿轮齿槽的左右侧面贴紧。弹簧斜齿轮齿槽的左右侧面贴紧。弹簧力需调整适当，过松消除不了间隙，力需调整适当，过松消除不了间隙，过紧则齿轮磨损过快。过紧则齿轮磨损过快。薄斜齿轮薄斜齿轮1薄斜齿轮薄斜齿轮2弹簧弹簧键键螺母螺母轴轴宽斜齿轮宽斜齿轮轴向压簧调整法轴向压簧调整法 该法是调整之后齿侧间隙仍可该法是调整之后齿侧间隙仍可自动补偿的调整法。一般采用调整自动补偿的调整法。一般采用调整压力弹簧的压力来消除齿侧间隙，压力弹簧的压力来消除齿侧间隙，但这种结构较复杂，轴向尺寸大、但这种结构较复杂，轴向尺寸大、传动刚度低，传动平稳性也差。传动刚度低，传动平稳性也差。8

8、(2)(2)周向压簧调整法周向压簧调整法 转动螺母调整转动螺母调整弹弹簧簧的拉力可以使薄片的拉力可以使薄片齿轮错位，即两片薄齿轮错位，即两片薄齿轮齿轮1、2的左、右齿的左、右齿面分别与宽齿轮齿槽面分别与宽齿轮齿槽的右、左贴紧，消除的右、左贴紧，消除了齿侧间隙。了齿侧间隙。凸耳凸耳 弹簧弹簧凸耳凸耳螺钉螺钉螺母螺母薄齿轮薄齿轮2薄齿轮薄齿轮1 周向压簧调整法周向压簧调整法9 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置。传动装置。一、一、 工作原理与特点工作原理与特点丝杠丝杠滚珠滚珠螺母螺母滚珠滚珠回路

9、回路 滚珠丝杠工作原理图滚珠丝杠工作原理图 在丝杠和螺母上都有在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当它半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道，当丝杠有滚珠回路管道，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动。自转又沿滚道循环转动。10 滚珠丝杠螺母副特点：滚珠丝杠螺母副特点： 1. 摩擦小，效率高，发热少；摩擦小，效率高，发热少； 2. 丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高了传丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高了传动刚度；动刚度； 3. 运动平稳，不易产生低速爬行现象

10、；运动平稳，不易产生低速爬行现象； 4. 磨损小、寿命长、精度保持性好；磨损小、寿命长、精度保持性好； 5. 不能自锁，有可逆性，丝杠立式使用时，应增加制动不能自锁，有可逆性，丝杠立式使用时，应增加制动装置。装置。二、滚珠丝杠螺母副的循环方式二、滚珠丝杠螺母副的循环方式 常用的循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱常用的循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称内循环。离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称内循环。111外循环外循环插管式插管式回珠器回珠器插管式插管式回珠器回珠器 外循环方式外循环方式 每一列钢珠转几圈后经每一列钢珠转几圈后

11、经插管回珠器插管回珠器返回。插管式回珠器返回。插管式回珠器位于螺母之外，称为外循环。位于螺母之外，称为外循环。 外循环结构制造工艺简单，其滚道接缝处很难做得平滑，外循环结构制造工艺简单，其滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。12DCBA反向回珠器反向回珠器 内循环方式内循环方式DACB 钢珠从钢珠从A点走向点走向B点、点、C点、点、D点然后经返向回珠器点然后经返向回珠器4从螺从螺纹的顶上回到纹的顶上回到A点。螺纹每一圈形成一个钢珠的循环闭路。回点。螺纹每一圈形成一个钢珠的循环闭路。回珠器处于螺母之内，称

12、为内循环。珠器处于螺母之内，称为内循环。2. 内循环内循环 其结构紧凑，定位可靠，刚性好，返回滚道短，不易发生滚其结构紧凑，定位可靠，刚性好，返回滚道短，不易发生滚珠堵塞；缺点是结构复杂，制造较困难，不能用于多头螺纹。珠堵塞；缺点是结构复杂，制造较困难，不能用于多头螺纹。13三、滚珠丝杠螺母副的预紧方法三、滚珠丝杠螺母副的预紧方法 预紧方法有三种，基本原理都是使两个螺母预紧方法有三种，基本原理都是使两个螺母产生轴向位移，以消除它们之间的间隙和施加预产生轴向位移，以消除它们之间的间隙和施加预紧力。紧力。 滚珠丝杠螺母预紧的目的消除反向间隙、提滚珠丝杠螺母预紧的目的消除反向间隙、提高其刚度。高其刚

13、度。14 垫片调整法垫片调整法 1. 垫片调整法垫片调整法 通过改变垫片的厚度，使螺母产生轴向位移。这种结构简单通过改变垫片的厚度，使螺母产生轴向位移。这种结构简单可靠、刚性好，但调整较费时间，且不能在工作中随意调整。可靠、刚性好，但调整较费时间，且不能在工作中随意调整。15 螺母调整法螺母调整法螺母螺母2. 螺母调整法螺母调整法 用两个锁紧螺母用两个锁紧螺母l，2能使螺母相对丝杠作轴向移动。这种能使螺母相对丝杠作轴向移动。这种结构既紧凑，工作又可靠、调整也方便，故应用较广。但调整结构既紧凑，工作又可靠、调整也方便，故应用较广。但调整位移量和预紧力不易精确控制。位移量和预紧力不易精确控制。16

14、3. 齿差调整法齿差调整法 当两齿同当两齿同向各转过一个向各转过一个齿时，则左螺齿时，则左螺母相对于右螺母相对于右螺母转过母转过1 m。Z1=99Z2=100螺距螺距t-10mm 齿差调整法齿差调整法17四、滚珠丝杠螺母副的选用四、滚珠丝杠螺母副的选用 目前我国滚珠丝杠螺母副的精度标准为四级：普通级目前我国滚珠丝杠螺母副的精度标准为四级：普通级P、标、标准级准级B、精密级、精密级J和超精密级和超精密级C。普通数控机床可选用标准级。普通数控机床可选用标准级B，精密数控机床可选精密级精密数控机床可选精密级J或超精密级或超精密级C。 在设计和选用滚珠丝杠螺母副时，首先要确定螺距在设计和选用滚珠丝杠螺

15、母副时，首先要确定螺距t、名义、名义直径直径D0、滚珠直径、滚珠直径d0等主要参数。等主要参数。 D0愈大，丝杠承载能力和刚度愈大。为了满足传动刚度和愈大，丝杠承载能力和刚度愈大。为了满足传动刚度和稳定性的要求，通常稳定性的要求，通常D0应大于丝杠长度的应大于丝杠长度的1/301/35，根据，根据D0值选取尽量较大的螺距值选取尽量较大的螺距t。 滚珠直径滚珠直径d0对承载能力有直接影响，应尽可能取较大的数对承载能力有直接影响，应尽可能取较大的数值。一般值。一般d0 0.6t，其最后尺寸按滚珠标准选用。，其最后尺寸按滚珠标准选用。18(四四) 滚珠丝杠螺母副的支承形式和制动方式滚珠丝杠螺母副的支

16、承形式和制动方式1. 支承形式支承形式 (1) 一端装止推轴承一端装止推轴承一端装止推轴承一端装止推轴承 这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短丝杠，如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐丝杠，如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐标中。标中。19( 2) 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承一端装止推轴承，另一端装向心球轴承 滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定，另一自由端装向滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定，另一自由端装向心球轴承。为了减少丝杠热变形的影响，止推轴承的安装位置心球轴承。为了减少丝杠热变形的影响，止推轴承

17、的安装位置应远离热源应远离热源(如液压马达如液压马达)及丝杠上的常用段。及丝杠上的常用段。 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承一端装止推轴承，另一端装向心球轴承20 两端装止推轴承两端装止推轴承(3) 两端装止推轴承两端装止推轴承 将止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，有将止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，有助于提高传动刚度。但这种安装方式对热伸长较为敏感。助于提高传动刚度。但这种安装方式对热伸长较为敏感。21(4) 两端装止推轴承及向心袖轴承两端装止推轴承及向心袖轴承 两端装止推轴承及向心袖轴承两端装止推轴承及向心袖轴承 为了提高刚度，丝杠两端采用双重支承，如止推轴承和为了

18、提高刚度，丝杠两端采用双重支承，如止推轴承和向心球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式可使丝杠的热向心球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式可使丝杠的热变形转化为止推轴承的预紧力，但设计时要注意提高止推轴变形转化为止推轴承的预紧力，但设计时要注意提高止推轴承的承载能力和支架刚度。承的承载能力和支架刚度。222. 制动方式制动方式 滚珠丝杠螺母副传动效率很高，但不能自锁，用滚珠丝杠螺母副传动效率很高，但不能自锁，用在垂直传动或水平放置的高速大惯量传动中，必须装在垂直传动或水平放置的高速大惯量传动中，必须装有制动装置。常用的制动方法有超越离合器、电磁摩有制动装置。常用的制动方法有超越离合器、电磁摩擦离

19、合器或者使用具有制动装置的伺服驱动电机。擦离合器或者使用具有制动装置的伺服驱动电机。 滚珠丝杠必须采用润滑油或锂基油脂进行润滑，滚珠丝杠必须采用润滑油或锂基油脂进行润滑，同时要采用防尘密封装置。如用接触式或非接触密封同时要采用防尘密封装置。如用接触式或非接触密封圈，螺旋式弹簧钢带，或折叠式塑性人造革防护罩，圈，螺旋式弹簧钢带，或折叠式塑性人造革防护罩，以防尘土及硬性杂质进入丝杠。以防尘土及硬性杂质进入丝杠。231. 滚动导轨块滚动导轨块(一一) 工作原理工作原理支承导轨支承导轨支承支承导轨导轨挡板挡板挡板挡板滚子滚子移动件移动件移动件移动件螺钉螺钉支承块支承块滚子滚子滚动导轨块滚动导轨块 滚动

20、导轨块的特点是刚度高、承载能力大、便于装拆。滚动导轨块的特点是刚度高、承载能力大、便于装拆。242. 直线滚动导轨直线滚动导轨 导轨条安装在床身上，滑块连同工作台沿导轨条作直线运导轨条安装在床身上，滑块连同工作台沿导轨条作直线运动；滑块中有四组滚珠，在导轨条和滑块的直线滚道内滚动。动；滑块中有四组滚珠，在导轨条和滑块的直线滚道内滚动。当滚珠滚到滑块的端点当滚珠滚到滑块的端点(图图b为左端为左端)，就经端面挡板和滑块中的，就经端面挡板和滑块中的回珠孔回到另一端，经另一端面挡块再进入循环。四组滚珠各回珠孔回到另一端，经另一端面挡块再进入循环。四组滚珠各有自己的回珠孔；分别处于滑块的四角。有自己的回

21、珠孔；分别处于滑块的四角。导轨条导轨条密封垫密封垫密封垫密封垫 挡板挡板滑块滑块回珠孔回珠孔回珠孔回珠孔滚珠滚珠导轨条导轨条滑块滑块直线导轨副直线导轨副(a)(b)25(二二) 配置与固定配置与固定 直线滚动导轨副包括导轨条和滑块两部分。导轨条通常为两直线滚动导轨副包括导轨条和滑块两部分。导轨条通常为两根，装在支承件上，见图下图。每根导轨条上有两个滑块，固定根，装在支承件上，见图下图。每根导轨条上有两个滑块，固定在移动件上。如移动件较长，也可在一根导轨条上装在移动件上。如移动件较长，也可在一根导轨条上装3个或个或3个以个以上的滑块。如移动件较宽，也可用上的滑块。如移动件较宽，也可用3根或根或3

22、根以上的导轨条。根以上的导轨条。直线导轨副的配置直线导轨副的配置26支承件支承件基准面基准面A螺钉螺钉1基准面基准面B螺钉螺钉2防尘盖防尘盖移动件移动件直线导轨副的配置与固定直线导轨副的配置与固定 上图两条导轨条中，一条为基准导轨上图两条导轨条中，一条为基准导轨(右导轨右导轨)，上有基准面，上有基准面A。它的滑块上有基准面。它的滑块上有基准面B。另一条为从动导轨。另一条为从动导轨(左导轨左导轨)。装配。装配时，将基准导轨的基准面时，将基准导轨的基准面A靠在支承件的定位面上，用螺钉靠在支承件的定位面上，用螺钉1顶顶靠后固定。滑块则顶靠在移动件的定位面上。靠后固定。滑块则顶靠在移动件的定位面上。2

23、7 (3) 中预紧用于对精度和刚度均要求较高具有冲击、振动和中预紧用于对精度和刚度均要求较高具有冲击、振动和进行重切削的场合，例如加工中心、数控机床、磨床的砂轮架进行重切削的场合，例如加工中心、数控机床、磨床的砂轮架导轨等。导轨等。导轨副的预紧方式导轨副的预紧方式 (a) (b) (c)调整螺钉调整螺钉调整垫块调整垫块调整偏心销调整偏心销28导轨副的预紧方式导轨副的预紧方式 (d) (e)调整螺钉调整螺钉楔铁楔铁润滑油入孔润滑油入孔滚子滚子调整螺钉和楔铁预紧调整螺钉和楔铁预紧 图图d中按规定要求用力矩扳手扭紧，中间螺钉按要求施力，中按规定要求用力矩扳手扭紧，中间螺钉按要求施力，两端的略轻些为中间施力的两端的略轻些为中间施力的90效果较好。效果较好。29节流器节流器滤油器滤油器溢流阀溢流阀油箱油箱运动件运动件导轨导轨开式静压导轨工作原理