第2章(2)：机械系统的部件选择与设计(滚珠丝杠螺母副)..ppt

机械传动部件的设计与选择 2 1 一 机械传动部件及其功能要求 常用的机械传动部件包括 螺旋传动齿轮传动同步带传动高速带传动各种非线性传动等 传动机构及其功能 应设计和选择传动间隙小 精度高 体积小 重量轻 运动平稳 传递转矩大的传动部件 机械传动部件的功能要求 1 精密化2 高速化3 小型化 轻量化 二 滚珠丝杠传动部件 1 组成及特点 1 组成 滚珠丝杠螺母副的组成 带螺纹槽的丝杠带螺纹槽的螺母滚珠反向器 2 特点 优点 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 缺点 1 不能自锁2 结构复杂 2 滚珠丝杠副的典型结构类型 1 螺纹滚道型面的形状及主要尺寸 主要尺寸 理想接触角 450R 1 04rbe sin R rb 单圆弧型 特点 接触角随轴向载荷的变化而变化 双圆弧型 特点 角基本保持不变 加工成本高 2 滚珠的循环方式 内循环外循环 1 内循环 滚珠在循环的过程中始终没有脱离丝杠 浮动式反向器的循环 特点 滚珠循环回路短 流畅性好 效率高 螺母的径向尺寸小 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 2 外循环 滚珠在循环过程中脱离过丝杠 特点 滚珠循环回路长 流畅性差 效率低 工艺简单 螺母的径向尺寸大 易于制造 挡珠器刚性差 易磨损 螺旋槽式 插管式 端盖式 特点 应用较少 常以单螺母形式用作升降传动机构 3 主要尺寸参数及其选择 1 公称直径do 指滚珠与螺纹滚道在理论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 公称直径的大小与承载能力有关 一般推荐 2 基本导程Lo 定义 丝杠相对螺母旋转2 弧度时 螺母上基准点的轴向位移 导程减小将导致滚珠丝杠螺母副的承载能力下降 基本导程的选择原则 在满足数控机床加工精度的条件下 导程应尽可能取大些 3 行程L 丝杠相对螺母旋转任意弧度时 螺母上基准点的轴向位移 4 滚珠直径db 滚珠直径大 则承载能力也大 应根据轴承厂提供的尺寸选用 5 滚珠个数N N过多 流通不畅 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 6 滚珠的工作圈 或列 数j 由于第一 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 4 精度等级及标注方法 1 精度等级根据国标JB3162 2 82标准 精度等级为6级 C D E F G H C级最高 根据国标JB3162 2 91标准 精度等级为7级 1 2 3 4 5 7 10 1级为最高 精度的检验指标以导程误差的大小来表现 导程误差包括 推荐精度 数控机床 精密机床和精密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C D E 1 2 3级 一般传动可选用F G 4 5级 全闭环系统可选用D E F 2 3 4级 2 标注方法 FCB40 8 3 5 E2 1400 1000 E2 检验精度E级 检验项目2个 l300和 ls 其它未检验项目精度不得超过下一精度要求 循环方式标记代号 预紧方式及其标记代号 3 尺寸系列 公称直径6 8 10 12 16 20 25 基本导程1 2 2 5 3 4 5 6 8 10 12 注意 尽可能优先选用4 5 6 8尺寸系列的滚珠丝杠螺母副 5 滚珠丝杠轴向间隙的调整与预紧 采用方法 1 双螺母螺纹预紧调整法 特点 结构简单 刚性好 预紧可靠 使用中调整方便 但不能精确定量调整 2 双螺母齿差预紧调整法 特点 可实现定量调整 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 3 双螺母垫片预紧调整法 结构简单 刚性高 预紧可靠 但使用中调整不方便 4 弹簧式自动调整预紧式 能消除在使用过程中由于磨损或弹性变形产生的间隙 但结构复杂 轴向刚度低 适用于轻载场合 5 单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式 结构简单紧凑 但使用中不能调整 制造困难 6 滚珠丝杠副支承方式的选择 采用止推轴承为主的轴承组合来提高轴向刚度 1 双推 自由式 特点 轴向刚度和承载能力低 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 2 双推 简支式 特点 预紧力小 轴承寿命较高 适用于中速 精度较高的长丝杠传动系统 3 单推 单推式 特点 轴向刚度较高 预紧力大 寿命低 4 双推 双推式 特点 适合于高刚度 高速度 高精度的精密丝杠传动系统 四种支承方式的比较 7 制动方式 8 密封与润滑 1 密封1 丝杠的密封 伸缩套筒 2 螺母的密封 2 润滑 一般采用脂润滑或滴油润滑 丝杠高速运转时采用喷雾润滑 9 滚珠丝杠螺母副几何参数计算 10 滚珠丝杠副的选择方法 1 滚珠丝杠副结构的选择 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 2 滚珠丝杠副结构尺寸的选择 1 公称直径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 2 基本导程l0 l0应按承载能力及传动精度 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 3 滚珠丝杠副的选择步骤 已知 最大工作载荷F N 或平均工作载荷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 以及滚道硬度HRC和运转情况 1 承载能力选择 计算作用于丝杠轴向最大动载荷Q 然后根据Q值选择丝杠副的型号 式中 L 滚珠丝杠寿命系数 T 使用寿命时间 h 普通机械为5000 10000 数控机床及其它机电一体化设备及仪器装置为15000航空机械为1000 n 丝杠转速 r min 式中 vs 最大切削力条件下的进给速度 m min 可取最高进给切削速度的1 3 1 2L0 丝杠的导程 mm fw 运转系数fH 硬度系数Pmax 最大工作载荷 从手册或样本的滚珠丝杠副的尺寸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规格和结构类型 选用时应使Qa Q 注意 当丝杠转速n 10r min时 以最大静载荷Q0为设计依据 2 传动效率的验算 3 刚度验算 刚度的验算主要是确定丝杠的变形量 丝杠的变形量包括 丝杠的拉伸或压缩变形量 1 滚珠与螺纹滚道间接触变形 2 支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形 3 滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变化量 4 螺母座及轴承支座的变形 5 因此 滚珠丝杠副刚度的验算 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 在实际设计中 由于预紧的作用 可将原机床的刚度提高4倍 因此只要 1 2 3 机床精度要求 即可认为该丝