课题4-滚珠丝杠副的应用

1．了解滚珠丝杠副的结构、特点及应用。2．了解滚珠丝杠副的分类。3．熟悉滚珠丝杠副的支撑方式。4．了解滚珠丝杠副支承轴承的配合公差。5．掌握滚珠丝杠副轴向间隙的消除和预紧力的调整。6．了解滚珠丝杠副轴向间隙调整机构的形式。课题4滚珠丝杠副的应用学习目标课题4滚珠丝杠副的应用一、滚珠丝杠副的传动特点及应用1．结构原理图6-4-1滚珠丝杠副的结构1—丝杠2—回珠管3—滚珠4—螺母课题4滚珠丝杠副的应用2．传动特点及应用（1）传动特点1）传动效率高，摩擦损失小。2）传动转矩小，传动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。3）有可逆性，可以将旋转运动转化成直线运动，也可以将直线运动转换成旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。课题4滚珠丝杠副的应用4）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的间隙，从而提高刚度，消除反向时的空行程死区，提高定位精度。5）磨损小，使用寿命长，精度保持性好。6）制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度高，表面粗糙度值要求小，制造成本高。7）不能自锁，特别是用于升降的场合，由于重力的作用，下降时当传动切断后，不能停止运动，故常在传动系统中增加制动装置。课题4滚珠丝杠副的应用（2）应用目前在各类机床，特别是各类数控机床的直线运动以及进给系统中均普遍采用滚珠丝杠副，特别适用于精密传动的数控机床以及自动控制装置、升降机构、精密测量仪器、车辆转向机构等对传动精度要求较高的场合。课题4滚珠丝杠副的应用二、滚珠丝杠螺母传动的结构1．按螺纹滚道型面分单圆弧形和双圆弧形（1）单圆弧形单圆弧形滚珠丝杠副的结构如图6-4-2所示，其接触角多为45°，且随初始径向间隙和轴向力而变化；r0/R值过高时，摩擦损失增加；r0/R值过低时，承载能力降低；效率、承载能力及轴向刚度不稳定；必须采用双螺母结构；易进入脏物。课题4滚珠丝杠副的应用图6-4-2单圆弧形滚珠丝杠副课题4滚珠丝杠副的应用（2）双圆弧形双圆弧形滚珠丝杠副的结构如图6-4-3所示，其接触角多为45°，但工作中接触角不变化；r0/R比值过高时，摩擦损失增加；r0/R值过低时，承载能力下降；承载能力及轴向刚度比较稳定；易实现无间隙或有预紧力的传动副；磨损比小。课题4滚珠丝杠副的应用图6-4-3双圆弧形滚珠丝杠副课题4滚珠丝杠副的应用2．按滚珠循环方式分外循环和内循环（1）外循环1）插管式。它就是用弯管插入螺母的通孔代替螺旋回珠槽作为滚珠返回通道，这种方式工艺性好，但螺母径向外形尺寸较大，不易在设备上安装，如图6-4-4所示。2）螺旋槽式。特点是径向尺寸较小，便于安装，加工工艺性好，但挡珠器形状复杂，易磨损，刚度差，如图6-4-5所示。课题4滚珠丝杠副的应用图6-4-4插管式滚珠丝杠副（外循环）a）六角螺钉挡珠b）一字槽螺钉挡珠1―螺母2―弯管3―滚珠4―丝杠5―挡珠器课题4滚珠丝杠副的应用图6-4-5螺旋槽式滚珠丝杠副（外循环）a）六角螺钉挡珠b）内六角螺钉挡珠课题4滚珠丝杠副的应用3）端盖式。特点是结构紧凑，工艺性较好，但滚珠经过滚道短槽时，易发生卡珠现象，如图6-4-6所示。图6-4-6端盖式滚珠丝杠副（外循环）课题4滚珠丝杠副的应用（2）内循环滚珠的循环在返回过程中与丝杠始终保持接触的称为内循环。内循环方式滚珠循环回路短，工作珠少，流畅性好，摩擦损失小，传动效率高，但反向器结构复杂，制造比较困难，如图6-4-7所示。课题4滚珠丝杠副的应用图6-4-7内循环式滚珠丝杠副a）扁圆镶块反向器b）圆柱凸件反向器课题4滚珠丝杠副的应用三、滚珠丝杠副的支撑和支撑轴承的配合公差1．支撑方式图6-4-8滚珠丝杠的支承方式a）一端装角接触球轴承b）一端装组合式角接触球轴承，另一端装深沟球轴承c）两端装深沟球轴承d）两端装角接触球轴承课题4滚珠丝杠副的应用（1）一端装角接触球轴承如图6-4-8a所示，这种安装支撑方式只适用于短丝杠，它的承载能力小，轴向刚度低。一般用于数控机床的调整环节或小规模升降台铣床的垂直坐标中。（2）一端装组合式角接触球轴承，另一端装深沟球轴承如图6-4-8b所示，当丝杠较长时，一端固定，另一自由端装深沟球轴承。一般用于要求中等速度的回转坐标轴中。课题4滚珠丝杠副的应用（3）两端装深沟球轴承如图6-4-8c所示，此种方式承受刚度小。一般用于中等速度回转坐标轴及轴向载荷较小的坐标轴中。（4）两端装角接触球轴承如图6-4-8d所示，这种支撑方式可承受较高的轴向载荷，适用于高速度、高精度回转坐标轴中，这种支撑方式最大的特点是滚珠丝杠被施加预拉伸，由此来补偿因滚珠丝杠在高速回转时摩擦升温而引起的热变形。课题4滚珠丝杠副的应用2．支撑轴承的配合公差固定轴承及支撑轴承配合公差见表6-4-1。表6-4-1固定轴承及支撑轴承配合公差课题4滚珠丝杠副的应用四、滚珠丝杠和螺母轴向间隙的调整和预紧1．调整机构的形式（1）垫片式调整机构图6-4-9垫片式调整机构课题4滚珠丝杠副的应用（2）螺纹式调整机构图6-4-10螺纹式调整机构1、3、4―螺母2―螺母座5―长键课题4滚珠丝杠副的应用（3）弹簧式调整机构图6-4-11弹簧式调整机构形式之一图6-4-12弹簧式调整机构形式之二课题4滚珠丝杠副的应用（4）齿差式调整机构图6-4-13齿差式调整机构课题4滚珠丝杠副的应用（5）随动式调整机构图6-4-14随动式调整机构1―活动螺母2―固定螺母3―滚针轴承课题4滚珠丝杠副的应用2．预紧力的确定预紧力产生的接触变形量可用下式计算：式中δ——预紧力产生的变形量，mm；Fy——轴向预紧力，N；zΣ——滚珠数量，zΣ=圈数×列数；课题4滚珠丝杠副的应用z——一圈的滚珠数，

Fa——轴向载荷，N；D0——滚珠丝杠的公称直径，mm；d0——滚珠直径，mm。课题4滚珠丝杠副的应用五、技能训练——滚珠丝杠副磨损后的预紧

力调整以垫片式调整机构为例，当滚珠丝杠副经较长时间使用后，滚道及滚珠磨损，部分预紧力释放，会影响加工精度，因此需要进行调整，可增加垫片厚度来恢复预紧力。垫片厚度的增加量为δ，新垫片厚度及装配可以用如下方法确定及操作：课题4滚珠丝杠副的应用（1）制造厂在装配滚珠丝杠副预紧时，垫片的厚度按游隙和预紧变形量确定。垫片预压变形量用下式计算：式中F预——滚珠丝杠的预紧力（从制造厂家查询），N；

E——垫片材料的弹性模量（从制造厂家查询），N/mm2；

L——预紧前垫片的厚度（从制造厂家查询），mm；

A——垫片的横截面积，mm2；

ΔL——垫片的预压变形量，mm。课题4滚珠丝杠副的应用丝杠副磨损后，由于部分预紧力释放，垫片的变形量相应减小，设丝杠磨损后垫片的变形量为ΔL′，则垫片应增加的厚度为：课题4滚珠丝杠副的应用（2）把滚珠丝杠副保持装配状态整体拆下来。在拆卸松开螺母前，把电阻应变片沿轴向贴在垫片上，把应变片的两极接到静态应变仪上，然后松开螺母，使垫片完全放松。这时就可以从静态应变仪上读出应变值，此值即为ΔL′，由此就可求出δ值。拆卸完螺母，应校核垫片的实际厚度L，必要时按校核的L值修正ΔL。这样就可确定新垫片的厚度为L+δ。课题4滚珠丝杠副的应用（3）按确定的厚度制造新垫片，并用新垫片重新装配滚珠丝杠副，就可以正常工作了。课题4滚珠丝杠副的应用思