2.1-2.2机械系统部件及其功能要求课件

1、第二章机械系统部件选择与设计,1,本章教学目标及要求机电一体化系统对机械传动系统部件的要求；滚珠丝杠的传动与间隙调整；齿轮（谐波齿轮）传动与间隙调整；导轨副的选择与间隙调整；旋转支承部件的选择；轴系设计的基本要求及提高轴系性能的措施；机座（机架）设计应注意的问题等。,第二章机械系统部件选择与设计,2,本章学习时间8学时本次课的讲述内容第一节机械传动部件及其功能要求第二节滚珠丝杠传动部件重点掌握机电一体化系统对机械传动系统部件的要求；滚珠丝杠的传动与间隙调整；,第二章机械系统部件选择与设计,3,主要包括四大部分：传动机构：主要传递能量和动力导向机构：支撑和限制运动部件按给定要求运动轴系：主要传递

2、转矩及精确的回转运动机座或机架：是支撑其他零部件的基础部件,4,第一节机械系统部件及其功能要求,一.对机械传动部件的要求二.常用传动机构及其传动功能三.机械传动部件的发展趋势,5,1.机械传动部件的功能：传递转矩和转速，使执行元件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配；改变运动形式，如将直线运动变为回转运动或将回转运动变为直线运动；,一.对机械传动部件的要求,2.对机械传动部件的要求刚度高；传动可靠；传动间隙小；精度高、体积小；重量轻；运动平稳；传递转矩大等。,1.线性传动部件螺旋传动：改变运动形式和动力形式；齿轮传动：改变运动方向、改变速度/动力大小；同步带传动：改变运动方向、改变速度/动力

3、大小；2.非线性传动部件连杆凸轮,6,二.常用传动机构及其传动功能,7,传动机构及其功能（：为选择）,具体讲有三个方面：1)精密化：根据其性能的需要提出适当的精密度要求。并不是越精密越好。适应产品的高定位精度等性能的要求。2)高速化：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。3)小型化、轻量化：传动机构的小型、轻量化，提高运动灵敏度(快速响应性)、减小冲击、降低能耗。与微电子部件的微型化相适应。,8,三.机械传动部件的发展趋势,9,第二节滚珠丝杠传动部件,滚珠丝杠的发展历史视频演示,滚珠丝杠的使用范围视频演示,滚动摩擦和滑动摩擦视频演示,10,11,12,第二节滚珠丝杠传动部件,一

4、.丝杠螺母机构的传动形式二.滚珠丝杠副的组成特点及截面形状三.螺纹滚道型面的形状及主要尺寸四.滚珠丝杠副的滚珠循环方式五.滚珠丝杠副轴向间隙的预紧调整方法六.滚珠丝杠副的主要尺寸参数七.滚珠丝杠副的精度等级及标注方法八.滚珠丝杠副的支承方式九.滚珠丝杠副的制动装置及密封防护与润滑十.滚珠丝杠副的选择方法,13,第二节滚珠丝杠传动部件,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。有以传递力为主有以传动运动为主还有调整零件之间相对位置按照摩擦性质分还有滑动(摩擦)和滚动(摩擦)丝杠螺母机构。滑动丝杠螺母机构：结构简单、制造成本低、具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大滚珠丝杠螺母机构：结构复杂、制

5、造成本高，无自锁功能，但其最大优点是摩擦阻力矩小,一、丝杠螺母机构基本传动形式,14,a.螺母固定、丝杠转动并移动。b.丝杠转动、螺母移动。c.螺母转动、丝杠移动。d.丝杠固定、螺母转动并移动。,15,差动传动原理,n(Ph1-Ph2),16,二.滚珠丝杠副的组成特点及截面形状,滚珠丝杠螺母机构由反向器(滚珠循环反向装置)l、螺母2、丝杠3和滚珠4等四部分组成。,滚珠丝杠副的典型的结构类型滚珠丝杠副的结构类型可以从螺纹滚道的截面形状、滚珠的循环方式、消除轴向间隙的调整方法,17,螺纹滚道法向截面形状,18,三.螺纹滚道型面(法向)的形状及主要尺寸,单圆弧型螺纹滚道双圆弧型螺纹滚道,a为接触角：

6、滚道型面与滚珠接触点的法线与丝杠轴向的垂线间的夹角，一般为45,滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种。,19,四.滚珠丝杠副的滚珠循环方式,1-反向器；2-弹簧套；3-丝杆；4-碟簧片,内循环方式,外循环：外循环方式中的滚珠在循环返向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外作循环运动。从结构上看，外循环有以下三种形式：,1）螺旋槽式：2）插管式：3)端盖式：,20,21,如图(a)所示，螺母3的外端有凸缘，螺母4的外端制有螺纹，并通过两个圆螺母固定。预紧后两个螺母中的滚珠相向受力(如图b所示)，从而消除轴向间隙。其特点是结构简单、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

7、整。,1-锁紧螺母；2-调整螺母；3、4-滚珠螺母,五.滚珠丝杠副轴向间隙的预紧调整方法,1.双螺母螺纹预紧调整式,如图所示,两个螺母3分别制有圆柱齿轮，两者齿数相差一个齿，与两端的两个内齿轮2相啮合，并用螺钉和定位销固定在套筒1上。两个滚珠螺母相对于套筒同一方向转动同一个齿后固定，两个滚珠螺母产生相对角位移，使两个滚珠螺母产生相对移动，从而消除间隙并产生的预紧力。其特点是可实现定量调整，即可进行精密微调，使用中调整较方便。,22,1-套筒；2-内齿轮；3-螺母；4-丝杠,2.双螺母齿差预紧调整式,如图所示，调整垫片l的厚度，可使两螺母2产生相对位移，以达到消除间隙、产生预紧拉力之目的。其特点

8、是结构简单、刚度高、预紧可靠，但使用中调整不方便。,23,双螺母垫片预紧式1-垫片；2-螺母,3.双螺母垫片调整预紧式,如图所示，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。其特点是能消除使用过程中因磨损或弹性变形产生的间隙，但其结构复杂、轴向刚度低，适用于轻载场合。,24,弹簧自动调整预紧式,4.弹簧式自动调整预紧式,图示为单螺母变位导程自预紧方式。它是在滚珠螺母体内的两列循环滚珠链之间，使内螺纹滚道在轴向制作一个Ph的导程突变量，从而使二列滚珠产生轴向错位而实现预紧，预紧力的大小取决于Ph和单列滚珠的径向间隙。其特点是结构简单紧凑，但使用中不能调整

9、，且制造困难。,25,5.单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式,26,六.滚珠丝杠副的主要尺寸参数,公称直径（d0）；基本导程(Ph)(或螺距t)；行程此外还有丝杠螺纹大径d1、丝杆螺纹底径d2、滚珠直径DW、螺母螺纹底径D2、螺母螺纹内径D3、丝杠螺纹全长等。,七.滚珠丝杠副的精度等级及标注方法,1.精度等级：根据GB/T17587.3-1998（与ISO3408-3：1992同）标准，将滚珠丝杠副的精度分成为1、2、3、4、5、7、10共七个等级，最高级为1级，最低级为10级。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

10、的规定值。2.标注方法：GB/T17587.1-1998规定滚珠丝杠的标识符号应按下图给定顺序排列的内容标注。,27,新标准标识符号,28,尺寸系列，国际标准化组织(ISODIS3408-2-1991)和GB/T17587.2-1998中规定：公称直径(mm)：6，8，10，12，16，20，25，32，40，50，63，80，100，125，160及200。公称基本导程(mm)：1，2，25，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40。尽可能优先选用：2.5，5，10，20及40。,29,30,典型支承方式,八.滚珠丝杠副的支承方式,推力轴承分别装在滚珠丝杠的两端并施加预紧

11、力。其特点是轴向刚度较高，预拉伸安装时，预紧力较大，但轴承寿命比双推-双推式低。,31,单推-单推式,1)单推-单推式,两端分别安装推力轴承与深沟球轴承的组合，并施加预紧力，其轴向刚度最高。该方式适合于高刚度、高转速、高精度的精密丝杠传动系统。但随温度的升高会使丝杠的预紧力增大，易造成两端支承的预紧力不对称。,32,双推-双推式,2)双推-双推式,一端安装止推轴承和圆柱滚子轴承的组合，另一端仅安装深沟球轴承，其轴向刚度较低，使用时应注意减少丝杠热变形的影响。双推端可预拉伸安装，预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、传动精度较高的长丝杠传动系统。,33,双推-简支式,3)双推-简支式,一端安装推力

12、轴承与圆柱滚子轴承的组合，另一端悬空呈自由状态。故轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装的丝杠传动系统。,34,双推-自由式,4)双推-自由式,1)简易单推-单推式支承,35,轴承的组合安装支承示例,2)双推-简支支承方式,36,3)双推-自由式支承,37,38,九.滚珠丝杠副的制动装置及密封防护与润滑,简易电磁摩擦制动装置,1-铁心；2-电磁线圈；3-弹簧；4-摩擦离合器；5-电动机；6-滚珠丝杠副；7-主轴头,防护套的形式有折叠式密封套、伸缩套管和伸缩挡板。,39,1-螺旋弹簧钢带式伸缩套管；2-波纹管密封套,滚珠丝杠副的密封,密封圈,常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类润滑脂一般在

13、装配时放进滚珠螺母滚道内定期润滑润滑油时应注意经常通过注油孔注油,40,滚珠丝杠副的润滑,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。例如，当允许有间隙存在时(如垂直运动)，可选用具有单圆弧形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；当具备良好的防尘条件，且只需在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。,41,十.滚珠丝杠副的选择方法,1.滚珠丝杠副结构的选择,2.滚珠丝杠副尺寸的选择,选用滚珠丝杠副时通常主要选择丝杠的公称直径d0和基本导程。公称直径d0应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择。基本导程Ph(或螺距t)应按承载能力、传动精度及传动速度选取，导程大承载能力也大，导程小传动精度较高。要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝杠副。,42,在选用滚珠丝杠副时，必须知道实际的工作条件：最大的工作载荷Fmax(或平均工作载荷Fcp)(N)、使