第2章 机械系统3.doc

第2章 机电控制中常用的传动机构与装置2-6 螺旋传动机构一、螺旋传动基本传动形式螺旋运动直线运动，直线运动螺旋运动传递能量为主：螺旋压力机、千斤顶传递运动为主：进给丝杠分类：1） 滑动螺旋传动(前述)结构简单、加工方便、制造成本低，具有自锁功能；摩擦阻力矩大、传动效率低(3040%)2） 滚动螺旋传动(滚珠丝杠螺母机构)摩擦阻力矩小、传动效率高(9298%)；结构复杂、制造成本高滑动螺旋传动基本传动形式(根据丝杠、螺母相对运动组合情况分)a）螺母固定、丝杠转动并移动螺母本身起支承作用，消除丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动。结构简单，传动精度较高，刚性较差行程较小场合b）丝杠转动、螺母移动导向装置限制螺母转动，结构紧凑、丝杠刚性较好行程较大场合c）螺母转动、丝杠移动限制螺母移动和丝杠转动，结构复杂、占用轴向空间较大应用较少d）丝杠固定、螺母转动并移动结构简单、紧凑，使用不方便很少应用差动传动方式：丝杠两段螺纹，基本导程(螺距)不同，旋向相同丝杠转动，可动螺母移动距离，两基本导程相差小，位移小微动机构滑动螺旋传动的计算(机械设计、机械设计工程学2)：耐磨性、刚度、强度、稳定性二、滚珠丝杠传动部件1 滚珠丝杠副组成滚珠丝杠、滚珠螺母间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件组成：滚珠、滚珠丝杠、滚珠螺母、滚珠循环装置(反向器)2 滚珠丝杠副典型结构类型分类：螺纹滚道法向截面形状、滚珠循环方式、滚珠丝杠副轴向间隙调整方式1）螺纹滚道法向截面形状滚道法向截形通过滚珠中心且垂直于滚道螺旋面的平面与滚道表面的交线两种滚道法向截形：单圆弧形、双圆弧形单圆弧形滚道法向截形是一段圆弧、双圆弧形滚道法向截形由两段等半径圆弧组成滚珠与滚道螺旋面的接触情况用接触角表示滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与滚珠丝杠轴线的垂直面之间的夹角工作状态下，理想接触角=450接触角大小影响滚珠丝杠副传动效率、承载能力、轴向刚度单圆弧形滚道法向截形特点：磨削螺纹滚道的砂轮成型较简单，易于获得较高的成型精度；接触角受滚珠丝杠和滚珠螺母的初始间隙影响较大，轴向载荷变化接触角变化传动效率、承载能力、轴向刚度、传动效率变化双圆弧形滚道法向截形特点：接触角受初始间隙、轴向载荷影响较小传动效率、承载能力、轴向刚度、传动效率变化较小；滚道底部留有较大间隙不与滚珠接触，存储润滑油减小摩擦。加工型面砂轮修整，加工、检验困难，成本较高技术发展，双圆弧形滚道法向截形广泛应用2）滚珠循环方式内循环：滚珠在循环过程中始终与丝杠表面接触按反向器(返向器)的定位方式：固定式、浮动式1）固定式反向器反向器紧固在螺母侧孔内螺母2的侧面孔内装有接通相邻滚道的反向器4，利用反向器引导滚珠越过丝杠1的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路一般，同一螺母装24个滚珠用反向器，沿螺母圆周均匀分布特点：滚珠循环回路短、流畅性好、效率高、螺母径向尺寸小；反向器加工困难，装配调整不方便。2）浮动式反向器反向器与螺母侧孔有适当间隙，反向器可在侧孔内浮动反向器1上的安装孔有0.010.015mm的配合间隙。反向器弧面上有圆弧槽，槽内安装拱形簧片4，外有弹簧套2，拱形簧片弹力给反向器径向推力，使位于回珠圆弧槽内的滚珠与丝杠3表面保持一定压力，槽内滚珠代替定位键对反向器起自定位作用特点：回珠槽进出口与滚珠丝杠副上螺旋滚道自动对接，滚珠流畅性好，摩擦特性好，空载摩擦转矩为固定式反向器的1/31/4。预紧力增大，摩擦转矩上升平稳；高速运转，回珠冲击较小，噪音低高灵敏度、高刚度精密进给系统外循环：滚珠在循环反向时，离开滚珠丝杠外表面按反向器结构形式分为螺旋槽式、插管式、端盖式螺旋槽式结构落后，性能差，频临淘汰插管式弯管(称插管)1代替螺纹凹槽，弯管两端插入与滚道5相切的两个内孔(称插管孔)，用弯管的端部引导滚珠4进入弯管，构成滚珠的循环回路。压板2和螺钉固定弯管插管式结构简单，工艺性好，制造容易，应用广泛；径向尺寸较大，弯管端部用作挡珠器容易磨损插管式分凸出式、埋入式凸出式：螺母外径=内循环螺母外径，插管凸出于螺母外面；埋入式：螺母外径内循环螺母外径，插管包容在外径之内端盖式螺母1上钻出径向孔作为滚珠回程滚道，螺母两端装有端盖2，端盖上的滚珠回程滚道道口与螺旋面滚道相切，引导滚珠，形成闭合回路特点：结构简单，装拆方便，工艺性好；滚珠通过端盖道口时急转弯，影响滚珠的流畅性，应用较少多头大导程滚珠丝杠副3滚珠丝杠副轴向间隙调整方式滚珠丝杠副采用预紧方法消除轴向间隙，提高进给刚度。滚珠丝杠副预紧方式分类双螺母预紧垫片预紧拉伸预紧压缩预紧螺纹预紧齿差预紧对旋预紧单螺母预紧变位导程预紧增大滚珠直径预紧(滚珠过盈预紧)1)双螺母螺纹预紧(L)左螺母外端有凸缘，右螺母外端无凸缘，有螺纹。圆螺母固定右螺母调整：旋转圆螺母消除轴向间隙、产生一定预紧力锁紧螺母锁紧两螺母中的滚珠相向受力消除轴向间隙特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，调整方便；不能精确定量进行调整2)双螺母齿差预紧(C)两螺母端面有内齿轮，齿数差1，分别与双联齿轮啮合调整：两滚珠螺母相对于双联齿轮同一方向转动一齿固定一个滚珠螺母相对于另一滚珠螺母产生相对角位移(齿数不同)两滚珠螺母相对移动消除间隙，产生一定预紧力特点：定量调整(精密微调，如0.002mm)3)双螺母垫片预紧(D)调整垫片厚度两螺母产生相对位移消除间隙，产生预紧力结构简单，调整不方便4)单螺母变位导程预紧(B)在滚珠螺母体内的两列循环滚珠链间，内螺纹滚道在轴向制作Pk的导程突变量两列滚珠产生轴向错位预紧预紧力的大小取决于Pk和单列滚珠的径向间隙5)单螺母增大滚珠直径预紧特点：结构简单，使用中预紧力不能调整双圆弧滚道截面4滚珠丝杠副密封与润滑防尘密封圈、防护套防止灰尘/杂质进入滚珠丝杠副密封圈有接触式、非接触式，安装在滚珠螺母两端非接触式密封圈迷宫式密封圈接触式密封圈耐油橡胶/尼龙制成，具有弹性，有接触压力，产生一定摩擦转矩。防护套形式：折叠式密封套、伸缩套管、伸缩挡板润滑剂：润滑油、润滑脂润滑脂，装配时放进滚珠螺母滚道，定期润滑；润滑油，经常通过注油孔注油5滚珠丝杠副主要尺寸参数公称直径：滚珠与滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。滚珠丝杠副的特征/名义尺寸，无公差基本导程（螺距）：丝杠相对于螺母旋转弧度时，螺母上基准点的轴向位移行程l：丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移丝杠螺纹大径、丝杠螺纹小径、滚珠直径、螺母螺纹大径、螺母螺纹小径、丝杠螺纹全长基本导程大小根据机电一体化产品的精度要求确定。精度要求高，较小基本导程滚珠的工作圈数和工作滚珠的数量实验知：第一、 第二、第三圈/列分别承受轴向载荷的50%、30%、20%左右。工作圈数一般取2.5/23.5/3。滚珠总数一般不超过150个。6滚珠丝杠副精度等级1）精度等级JB3l62.282标准，分成C、D、E、F、G、H六个等级。C级最高，H最低JB/T3162.2-1991标准，根据使用范围、要求分为7个标准公差等级1，2，3，4，5，7，10。1级精度和性能最高，依次递减定位滚珠丝杠副(P类，精确定位，能够根据旋转角度和导程间接测量轴向行程的滚珠丝杠副)采用1，2，3，4，5标准公差等级传动滚珠丝杠副(T类，传递动力的滚珠丝杠副)采用7，10标准公差等级要求转矩变化小、旋转平稳性高，采用较高标准公差等级2）检验项目根据滚珠丝杠副的类型(P/T类)按规定逐项检验(1)行程偏差和行程变动量行程偏差按规定逐项检验有效行程lulu = ll-2le mmll丝杠螺纹全长，mm；le余程，mm，查表2-5(2)跳动公差和位置公差公差跳动和位置公差项目：滚珠丝杠螺纹外径对丝杠螺纹轴线的径向圆跳动、滚珠丝杠支承轴颈对丝杠螺纹轴线的径向圆跳动、滚珠丝杠轴颈对支承轴颈的径向圆跳动、滚珠丝杠支承轴颈肩面对丝杠螺纹轴线的圆跳动、有预加载荷的滚珠螺母安装直径对丝杠螺纹轴线的径向圆跳动、有预加载荷的滚珠螺母定位面对丝杠螺纹轴线的平行度等从有关标准表中查得规定的测试方法、精度等级、公称直径、多次测量间隔、螺母直径等参数的允差(3)性能检验性能检验项目：动态预紧转矩极限偏差、轴向接触刚度等按规定的测试方法、精度等级和有关参数从相应标准表中求得允差7滚珠丝杠副标注方法1）滚珠螺纹标注滚珠螺纹代号GQ-公称直径mm基本导程mm-螺纹旋向（右旋RH或不标，左旋LH）类型（P/T）-精度等级示例：GQ5010LHP32）滚珠丝杠副标注.循环方式代号.螺母组成形式代号螺母组成形式代号不带密封圈带密封圈单螺母法兰螺母FFb直筒螺母ZZb双螺母法兰-直筒组合螺母FZFbZb直筒-直筒组合螺母ZZZbZb.预紧方式代号.滚珠丝杠副标注不同生产厂家，标注方法略有不同CMD255-3-2/15001350滚珠丝杠副循环方式外循环、插管埋入式，(法兰直筒组合)双螺母垫片预紧，公称直径25mm，基本导程5mm，负载滚珠总圈数3圈，精度等级2级，螺纹旋向右旋，丝杠全长1500mm，螺纹全长1350mm南京工艺装备制造厂型号含义CMFZD408-3-C3/15001350滚珠丝杠副循环方式外循环、插管埋入式，法兰直筒组合，双螺母垫片预紧，公称直径40mm，基本导程8mm，负载滚珠总圈数3圈，精度等级C级，检查13项，螺纹旋向右旋，丝杠全长1500mm，螺纹全长1350mm汉江机床厂型号含义FCB405-3-E2左滚珠丝杠副循环方式法兰凸出式插管型，单螺母变位导程预紧，公称直径40mm，基本导程5mm，负载滚珠总圈数3圈，精度等级E级，检查13项，左旋3）尺寸系列ISO/DIS3408-2-1991(GB/T17587.2-1998)规定公称直径mm：6，8，10/12，16，20/25，32，40/50，63，80/100，125，160，200基本导程mm：1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40优先值：2.5，5，10，20，408滚珠丝杠副选择方法1）滚珠丝杠副结构选择根据防尘、间隙调整、预紧要求，选择结构形式允许存在间隙单圆弧形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副预紧/定期调整双螺母螺纹预紧/齿差预紧式结构良好防尘(只在装配时调整间隙、预紧力)双螺母垫片调整预紧式结构2）滚珠丝杠副结构尺寸选择选择公称直径、基本导程公称直径根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择；螺纹长度在允许情况下尽可能短，一般/30基本导程（螺距）按承载能力、传动精度、传动速度选取，大承载能力大，小传动精度高；要求速度快，大导程滚珠丝杠副3）滚珠丝杠副选择步骤选用滚珠丝杠副，知道实际工作条件：最大工作载荷Fmax（或平均工作载荷Fcp/N）作用下的使用寿命/h、丝杠工作长度(或螺母有效行程)/mm、丝杠转速n(平均转速ncp)/r/min、滚道硬度HRC、丝杠工况（1）承载能力选择计算作用于丝杠轴向最大动载荷FQ=式中 滚珠丝杠寿命系数，单位1106转；L=60nT/106，T使用寿命/h。普通机械500010000h，数控机床及仪器装置15000h，航空机械1000硬度系数，HRC58为1，等于55为1.11，等于52.5为1.35，等于50为1.56，等于45为2.40载荷系数，平稳/轻度冲击1.01.2，中等冲击1.21.5，较大冲击1.52.5（2）压杆稳定性校核实际承受载荷能力；压杆稳定的支承系数（双推-双推4，单推-单推1，双推-简支2，双推-自由0.25）；弹性模量；丝杠小径的抗弯截面惯性矩（）；压杆稳定安全系数（一般为2.54，垂直安装取小值）；丝杠螺纹长度；最大工作载荷，丝杠失稳易发生翘曲两端装止推轴承与向心轴承，丝杠一般不会发生失稳现象低速运转（n10r/min）的滚珠丝杠，可不计算最大动载荷FQ值、而只考虑最大静载荷是否大于最大工作载荷Fmax若最大接触应力超过材料弹性极限就会产生塑性变形塑性变形超过一定限度