丝杠螺母传动机构

螺杆螺母机构也称为螺杆传动机构。它主要用于将旋转运动转化为直线运动或直线运动转化为旋转运动。有一些主要传输能量的设备(如螺旋压力机、千斤顶等)。)；还有主要传递运动的进给螺杆，如机床工作台)；还有螺旋传动机构来调节零件的相对位置。螺母机构分为滑动摩擦机构和滚动摩擦机构。滑动螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但摩擦阻力矩大，传动效率低(30% 40%)。滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂，制造成本高，不能自锁，但其最大的优点是摩擦阻力矩小，传动效率高(92% 98%)，精度高，系统刚性好，运动可逆性好，使用寿命长，因此广泛应用于机电一体化系统中。本节主要介绍滚珠丝杠螺母机构。1.工作原理如图2-1所示。滚珠2布置在螺杆4和螺母1的螺纹滚道之间。当螺杆或螺母旋转时，滚珠2沿着螺纹滚道滚动，从而当螺杆和螺母相对于彼此移动时产生滚动摩擦。为了防止滚珠滚出滚道，返回导向装置3设置在螺母的螺纹槽的两端，例如图2-1a所示的反向器和图2-1b所示的珠状止动器，它们与螺纹滚道形成循环回路，以使滚珠在螺母滚道中循环。2.传动形式基于螺杆和螺母的相对运动的组合。其基本传输形式有四种，如图2-2所示。(1)螺母固定，螺杆旋转移动，如图2-2a所示。这种传动形式消除了由于螺母本身的支撑功能而可能由螺旋轴承产生的额外轴向运动。结构简单，可以获得较高的传输精度。但其轴向尺寸不能太长，否则刚性差。因此，它只适用于小旅行的场合。(2)螺杆旋转，螺母移动，如图2-2b所示。这种传动形式需要限制螺母的转动，因此需要一个导向装置。它的特点是结构紧凑，丝杠刚性好。它适用于工作时间很长的场合。(3)螺母旋转和丝杠运动如图2c所示。这种传动形式需要限制螺母运动和丝杠旋转。由于其结构复杂，轴向空间大，应用较少。(4)螺杆固定，螺母旋转移动，如图2-2D所示。这种传输方式结构简单紧凑，但在大多数情况下使用极其不便，因此很少使用。此外，还有一种差动传输模式，其传输原理如图2_3所示。这种方法的导螺杆有两段基本导程(或螺距)不同的螺纹(如L01和L02)，它们的旋转方向相同。当丝杠2旋转时，可移动螺母1的移动距离S等于N (L01-L02) (N是丝杠旋转速度)。如果两个基本引线之间有一个小的差异，可以获得一个小的位移S。因此，这种传动方式主要用于各种微动机构。3.结构类型(1)螺纹滚道的截面形状我国生产的滚珠丝杠副的螺纹滚道有单圆弧型和双圆弧型，如图2-4所示。滚道轮廓的法线与滚珠接触点之间的角度和丝杠轴向上的垂直线之间的角度称为接触角，通常为45。单圆弧螺纹滚道的接触角随着轴向载荷的变化而变化，这主要由轴向载荷引起的接触变形的大小决定。当较大时，传动效率、轴向刚度和承载能力也增加。由于单圆弧滚道加工用砂轮成形相对简单，易于获得较高的加工精度。单圆弧轮廓的滚道圆弧半径r应略大于球半径rb双圆弧滚道的接触角在运行过程中基本保持不变，因此效率、承载能力和轴向刚度相对稳定。滚道底部不与球体接触，其间隙可储存一定的润滑油和污垢，以减少摩擦和磨损。然而，这是困难的1)内部循环。如图2-1a所示，在循环过程中，处于内部循环模式的滚珠始终与丝杠表面保持接触。用于连接相邻滚道的反向器3安装在螺母1的侧孔中，并且反向器用于引导滚珠2穿过导螺杆4的螺旋顶部进入相邻滚道，以形成循环回路。通常，2 4个滚珠反向器安装在同一螺母上，并沿螺母圆周均匀分布。内循环方式的优点是滚珠循环短路，流动性好，效率高，螺母径向尺寸较小。其缺点是换向器加工困难，装配调试不方便。浮动换向器的内循环滚珠丝杠螺母副如图2-5所示。其结构特征是换向器1上的安装孔与滚珠螺母的配合间隙为0.0L-0.015 mm，换向器的圆弧面上加工有圆弧槽，圆弧片簧4安装在槽内，弹簧套2安装在槽外。由于弧形片簧的弹性，反向器总是受到一个径向推力，使得位于回位珠的弧形槽内的滚珠和螺杆3的表面保持一定的压力，从而使槽内的滚珠代替定位键，在反向器上起到自定位作用。这种换向器的优点是：高频浮动实现了回程弧槽进出口的自动对接，通道光滑，摩擦特性更好，更适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。2)外循环。当滚珠循环返回时，有一段螺旋滚道与丝杠分离，在螺母体内或体外进行循环运动。根据结构形式，可分为螺旋槽式、套管式和端盖式。(1)螺旋槽式。如图2-6所示，在螺母2的外圆柱面上铣出一个螺旋槽，在槽的两端钻两个通孔，与螺旋滚动接触相切，在螺旋滚动路径上安装两个滚珠保持架4，引导滚珠3穿过这两个孔，并用套筒l盖住槽，形成滚珠循环回路。该结构具有工艺简单、径向尺寸小、易于制造的特点，但挡珠器刚性差、易磨损。插管类型。如图2_7所示，用弯管l代替螺旋槽，将弯管的两端插入与螺纹滚道5相切的两个内孔中，用弯管的端部将滚珠4导入弯管中，形成滚珠循环回路，然后用压板2和螺钉固定弯管。插管结构简单，易于制造，但径向尺寸较大，当用作珠塞时，弯管的端部容易磨损。(3)端盖类型。如图2-8所示，在螺母1中钻出一个纵向孔，用作滚子返回滚道。螺母两端安装有两个扇形盖板或套筒2，滚珠的返回滚道在盖板上。滚道的半径是球直径的1.4-1.6倍。这种方法结构简单，工艺性好，但不容易在滚道贴合处和弯头处准确制作圆角，影响其性能，因此应少用。它通常以单个螺母的形式用作提升传动机构。4.主要尺寸参数如图2-9所示。滚珠丝杠副的主要尺寸参数有：公称直径d0:指当滚珠和螺纹滚道处于理论接触角状态时，包围滚珠中心的圆柱的直径，这是滚珠丝杠副的特征尺寸。基本导程(或螺距T):指当导螺杆相对于螺母旋转2弧度时，螺母上参考点的轴向位移。行程L:指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。此外，还有螺纹大直径d1、螺纹小直径d1、滚珠直径db、螺母螺纹大直径D、螺母螺纹小直径D1、螺纹全长ls等。基本导线的尺寸应根据机电一体化系统的精度要求确定。当精度要求较高时，应选择较小的基本导联。球的工作环(或行)的数量滚珠丝杠副对其轴向间隙和单向传动精度有严格要求，以保证其反向传动精度。滚珠丝杠副的轴向间隙是由滚珠和滚道轮廓之间的接触点的弹性变形引起的螺母位移与螺母的原始间隙之和。通常采用双螺母预紧方法将弹性变形控制在最小，以减小或消除轴向间隙，提高滚珠丝杠副的刚度。目前生产的单螺母滚珠丝杠副的轴向间隙高达0.05毫米，而双螺母滚珠丝杠副通过预紧力调整后，基本可以消除轴向间隙。使用这种方法消除轴向间隙时，应注意以下两点：1)预紧力的大小必须合适。禁忌太小或太大。太小不能保证无缝传动，太大会增加驱动扭矩，降低效率，缩短使用寿命。预载荷不应超过最大轴向载荷的1/3。2)应特别注意减小螺钉安装部分和驱动部分之间的间隙，这种间隙不能通过预紧消除，但会直接影响传动精度。有三种常用的双螺母来消除轴向间隙：(1)垫片间隙调整类型如图2-10所示。螺钉用于连接滚珠丝杠两个螺母的法兰，法兰之间增加垫片。调整垫片的厚度会使螺母产生轻微的轴向位移，从而达到消除轴向间隙和产生预紧力的目的。这种形式结构紧凑，运行可靠，调节方便，应用广泛，但不是很精确，并且在滚道磨损时不能随意调节，除非更换垫圈。因此，它适用于一般精度的传动机构。(2)螺纹间隙调整类型如图2-11所示。双螺母的一个外端设有法兰；一个外端没有法兰，但有螺纹。它伸出套筒，由两个圆形螺母固定和锁定。钥匙用于防止两个螺母相对转动。旋转圆形螺母，调整并消除间隙，产生预紧力，然后用锁紧螺母锁紧。这种形式结构紧凑，操作可靠，调节方便，缺点是不太准确。(3)如图2-12所示，齿差间隙调节式的特点是在两个螺母的法兰上分别形成圆柱形外齿轮(齿数z1和z2，z2-x1=1)与内齿圈啮合，内齿圈通过螺钉或定位销固定在套筒上。调整时，取下两端的内齿圈，使两螺母产生相应的相对角位移和轴向相对位移，使两螺母中的滚珠分别紧贴在螺旋滚道的相对两侧，然后内齿圈复位固定，达到消除间隙和产生预紧力的目的。当两个螺母向同一方向转动一个齿时，相对轴向位移为其中p是主导。如果x1=99，z2=100，P=6mm，s=0.6m是非常高和可靠的，但是结构复杂并且加工和组装工艺性能差。6.支撑方式和制动(1)支撑方式为保证滚珠丝杠副传动的刚度和精度，应选择合适的支撑方式，选择高刚度、小摩擦力矩、高运行精度的轴承，并保证支撑座有足够的刚度。滚珠丝杠副的支撑根据其对丝杠轴轴向运动的限制可分为三种形式，如表2-1所示。(2)制动装置由于滚珠丝杠副传动效率高且无自锁能力，因此有必要安装制动装置以满足其传动要求，尤其是在垂直传动时。图2-13是数控卧式铣镗床主轴箱进给螺杆制动装置的示意图。当机床工作时，电磁线圈4通电以吸住压力弹簧3并打开摩擦离合器5。此时，步进电机1接收指令脉冲，并通过减速齿轮2的传动和滚珠丝杠6的旋转将旋转运动转换成主轴箱7在垂直方向上的运动。当步进电机L停止转动时(1)润滑润滑剂能提高滚珠丝杠副的耐磨性和传动效率。润滑剂分为润滑油和润滑脂。润滑油是普通机油或90 180涡轮机油或140主轴油，可通过螺母上的油孔注入螺纹滚道。润滑脂可以是锂基润滑脂，添加到螺纹滚道和安装螺母的壳体空间中。(2)一些密封装置常用于保护密封滚珠丝杠副。为了防止杂质和水进入螺杆(否则会增加摩擦或造成损坏)，如图2-14所示，使用波纹管(右侧)或伸缩盖(左侧)完全覆盖螺杆轴。对于坚果来说，两端都应该密封。如图2-15所示，密封保护材料必须具有耐腐蚀性和耐油性。8.准确度级别滚珠丝杠螺母副的精度分为7个等级，即一氧化碳、C1、c2、C3、C5、C7、c8，最高精度为c0级，最低精度为C8级。系统设计可参照相应的产品规格进行标记。来自线性运动系统的产品描述THK(日本东京)9.滚珠丝杠副的设计与计算在设计滚珠丝杠副时，已知的条件有：工作载荷F(N)或平均工作载荷F(N