机械传动部件的选择与设计

机械传动部件(bùjiàn)的选择与设计第二节精品资料一、机械传动(jīxièchuándònɡ)部件及其功能要求常用的机械传动(chuándòng)部件包括：螺旋传动(chuándòng)齿轮传动(chuándòng)同步带传动(chuándòng)高速带传动(chuándòng)各种非线性传动(chuándòng)等精品资料传动机构(jīgòu)及其功能基本功能传动机构运动的变换动力的变换形式行程方向速度大小形式丝杠螺母√√√齿轮√√√齿轮齿条√√链轮链条√带、带轮√√杠杆机构√√√凸轮机构√√√√蜗轮蜗杆√√√间歇机构√精品资料应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动(yùndòng)平稳、传递转矩大的传动部件。精品资料机械传动部件(bùjiàn)的功能要求：1、精密化2、高速化3、小型化、轻量化精品资料二、滚珠丝杠副传动(chuándòng)部件1、滚珠(gǔnzhū)丝杠副的组成及特点（1）组成精品资料螺母滚珠丝杠螺旋槽螺旋槽回路管道精品资料精品资料滚珠(gǔnzhū)丝杠螺母副的组成：带螺纹槽的丝杠带螺纹槽的螺母(luómǔ)滚珠反向器精品资料（2）特点(tèdiǎn)优点(yōudiǎn)：1）传动效率高（>0.9)2）轴向刚度高3）运动平稳，传动精度高4）磨损小，寿命长精品资料缺点(quēdiǎn)：1）不能自锁2）结构复杂精品资料2、滚珠丝杠副的典型结构(jiégòu)类型（1）螺纹滚道型面的形状及主要(zhǔyào)尺寸双圆弧型单圆弧型精品资料主要(zhǔyào)尺寸：理想(lǐxiǎng)接触角=450R=1.04rbe=sin(R-rb)精品资料单圆弧型特点(tèdiǎn)：接触角随轴向载荷的变化而变化精品资料双圆弧型特点(tèdiǎn)：角基本保持不变，加工成本高精品资料（2）滚珠的循环(xúnhuán)方式内循环(xúnhuán)外循环(xúnhuán)精品资料1）内循环(xúnhuán)滚珠在循环的过程中始终没有(méiyǒu)脱离丝杠。丝杠螺母滚珠反向器精品资料浮动式反向(fǎnxiànɡ)器的循环丝杠螺母滚珠反向器精品资料特点(tèdiǎn)：滚珠(gǔnzhū)循环回路短，流畅性好，效率高；精品资料螺母(luómǔ)的径向尺寸小，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。精品资料2）外循环(xúnhuán)滚珠(gǔnzhū)在循环过程中脱离过丝杠螺母滚珠丝杠螺旋槽螺旋槽回路管道精品资料特点(tèdiǎn)：滚珠(gǔnzhū)循环回路长，流畅性差，效率低；精品资料工艺(gōngyì)简单，螺母的径向尺寸大，易于制造；挡珠器刚性差，易磨损。精品资料①螺旋(luóxuán)槽式精品资料②插管式插管精品资料③端盖式特点：应用(yìngyòng)较少，常以单螺母形式用作升降传动机构。盖板螺母精品资料3、滚珠丝杠副的主要(zhǔyào)尺寸参数公称(gōngchēng)直径丝杠大径丝杠小径滚珠直径螺母小径螺母大径精品资料（1）公称(gōngchēng)直径do指滚珠与螺纹滚道在理论(lǐlùn)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。精品资料（2）基本(jīběn)导程Ph定义：丝杠相对(xiāngduì)螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的轴向位移;导程小→精度高→承载能力小精品资料（3）行程(xíngchéng)λ丝杠相对(xiāngduì)螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。精品资料（4）滚珠(gǔnzhū)直径db滚珠直径大，则承载能力也大。应根据(gēnjù)轴承厂提供的尺寸选用精品资料（5）滚珠(gǔnzhū)个数NN过多，流通(liútōng)不畅，易产生阻塞；N过少，承载能力小，滚珠自载加距磨损和变形一般取：N<150精品资料（6）滚珠(gǔnzhū)的工作圈（或列）数j由于第一(dìyī)、第二、第三圈（或列）分别承受轴向载荷的50%、30%、15%左右，因此工作圈（或列）数一般取:j=2.5~3.5精品资料4、滚珠丝杆副的精度等级及标注(biāozhù)方法（1）精度(jīnɡdù)等级根据GB/T17587.3-1998（与ISO3408-3：1992同）标准：将滚珠丝杠副的精度(jīnɡdù)分成为七个等级1、2、3、4、5、7、10，1级为最高

按实际使用要求，在每一精度等级内指定了导程精度的验收检验项目，未指定的检验项目其导程误差不得低于下一级精度的规定值。精品资料行程偏差的验收(yànshōu)检验项目精品资料（2）标注(biāozhù)方法精品资料（3）尺寸(chǐcun)系列公称(gōngchēng)直径系列（mm）6、8、10、12、16、20、25、32、40………公称(gōngchēng)导程系列（mm）1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12…..注意：尽可能优先选用公称导程为4、5、6、8系列的滚珠丝杠螺母副精品资料（4）推荐采用(cǎiyòng)的精度等级数控机床、精密(jīngmì)机床和精密(jīngmì)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度的要求可选用1、2、3级；一般传动可选用4、5级；全闭环系统可选用2、3、4级。精品资料5、滚珠(gǔnzhū)丝杠副轴向间隙的调整与预紧预紧目的：提高刚度保证反向传动精度轴向间隙调整的目的：精品资料采用(cǎiyòng)方法：（1）双螺母(luómǔ)螺纹预紧调整法锁紧螺母调整螺母左螺母右螺母精品资料特点：结构简单，刚性(ɡānɡxìnɡ)好，预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量调整精品资料（2）双螺母(luómǔ)齿差预紧调整法套筒丝杠内齿轮外齿轮精品资料特点(tèdiǎn)：可实现(shíxiàn)定量调整，使用中调整方便；两边齿轮同向旋转一个齿时，螺母的轴向位移量为：精品资料（3）双螺母(luómǔ)垫片预紧调整法结构简单(jiǎndān)，刚性高，预紧可靠，但使用中调整不方便1-垫片；2-螺母精品资料（4）弹簧式自动(zìdòng)调整预紧式能消除在使用过程中由于磨损或弹性变形产生(chǎnshēng)的间隙，但结构复杂，轴向刚度低；适用于轻载场合。精品资料（5）单螺母(luómǔ)变位导程自预紧式和单螺母(luómǔ)滚珠过盈预紧式结构简单紧凑(jǐncòu)，但使用中不能调整，制造困难精品资料6、滚珠丝杠副支承(zhīchénɡ)方式的选择采用推力轴承为主的轴承组合(zǔhé)来提高轴向刚度。精品资料1）双推-自由式特点：轴向刚度(ɡānɡdù)和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装丝杠传动系统；当丝杠垂直安装时，必须采用制动装置。（1）支承(zhīchénɡ)方式精品资料2）双推-简支式特点：预紧力小，轴承寿命(shòumìng)较高，适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统精品资料3）单推-单推式特点：轴向刚度(ɡānɡdù)较高，预紧力大，寿命低精品资料4）双推-双推式特点：适合于高刚度(ɡānɡdù)，高速度，高精度的精密丝杠传动系统。精品资料轴承的组合安装支承示例(shìlì)

简易单推-单推式支承精品资料双推-简支支承(zhīchénɡ)方式精品资料双推-自由式支承(zhīchénɡ)精品资料四种支承(zhīchénɡ)方式的比较：双推-双推无单推-单推双推-简支有低高低高双推-自由失稳承载能力刚度支承方式精品资料（2）制动(zhìdònɡ)装置因滚珠丝杠传动效率高，无自锁作用，故在垂直安装状态，必须设置防止因驱动力中断而发生逆传动的自锁、制动或重力平衡装置(zhuāngzhì)。常用的制动装置(zhuāngzhì)有体积小、重量轻、易于安装的超越离合器。超越离合器1-外圈；2-星轮；3-滚柱：4-活销；5-弹簧精品资料电机丝杠主轴摩擦离合器弹簧电磁线圈铁心精品资料7、滚珠丝杠副的密封(mìfēng)与润滑（1）密封(mìfēng)1）丝杠的密封(mìfēng)精品资料伸缩(shēnsuō)套筒精品资料2）螺母(luómǔ)的密封精品资料（2）润滑(rùnhuá)一般(yībān)采用脂润滑或滴油润滑，丝杠高速运转时采用喷雾润滑。精品资料8、滚珠丝杠副的选择(xuǎnzé)方法（1）滚珠(gǔnzhū)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，选择适当的结构型式。精品资料（2）滚珠(gǔnzhū)丝杠副结构尺寸的选择1）公称(gōngchēng)直径d0公称直径应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择；公称直径的大小与承载能力有关，一般推荐精品资料2）基本(jīběn)导程PhPh应按承载能力及传动精度(jīnɡdù)、传动速度选取；要求传动速度快时，可选用较大导程的滚珠丝杠副。Ph大，承载能力大Ph小，传动精度高精品资料基本导程的选择(xuǎnzé)原则：在满足数控机床加工精度(jīnɡdù)的条件下，导程应尽可能取大些.精品资料（3）滚珠丝杠副的选择(xuǎnzé)步骤已知条件：最大工作载荷(zàihè)F（N）或平均工作载荷(zàihè)Fm；使用寿命T；丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）L（m）；丝杠的转速n（平均转速nm或最大转速nmax）（r/min）；滚道硬度HRC和运转情况。精品资料1）承载能力选择(xuǎnzé)计算作用于丝杠轴向最大动载荷(zàihè)Q，然后根据Q值选择丝杠副的型号。精品资料式中：

L----滚珠丝杠寿命(shòumìng)系数T---使用寿命时间（h）普通机械为5000~10000，数控机床(shùkònɡjīchuánɡ)及其它机电一体化设备及仪器装置为15000航空机械为1000精品资料fw---运转系数fH----硬度(yìngdù)系数

Pmax----最大工作载荷精品资料从手册或样本的滚珠丝杠副的尺寸(chǐcun)系列表中可以找出相应的额定动载荷Qa的滚珠丝杠螺母副的尺寸(chǐcun)规格和结构类型，选用时应使Qa>Q精品资料注意(zhùyì)：当丝杠转速n<10r/min时，以最大静载荷(zàihè)Q0为设计依据。精品资料2）传动(chuándòng)效率的验算精品资料3）刚度(ɡānɡdù)验算刚度的验算(yànsuàn)主要是确定丝杠的变形量精品资料丝杠的变形(biànxíng)量包括：①丝杠的拉伸或压缩变形量1②滚珠(gǔnzhū)与螺纹滚道间接触变形2③支承滚珠(gǔnzhū)丝杠的轴承的轴向接触变形3④滚珠(gǔnzhū)丝杠的扭转变形引起的导程的变化量4⑤螺母座及轴承支座的变形5精品资料因此(yīncǐ):滚珠丝杠副刚度(ɡānɡdù)的验算，主要是验算1、2、3之和不应大于机床精度要求允许变形量的一半，否则，应考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。精品资料在实际设计中，由于预紧的作用，可将原机床的刚度(ɡānɡdù)提高4倍。因此只要1+2+3=机床(jīchuáng)精度要求即可认为该丝杠刚度合格。精品资料4）稳定性验算(yànsuàn)对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下，承受(chéngshòu)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。精品资料产生(chǎnshēng)失稳的临界负载PK可用下式计算：式中：精品资料丝杠的