《钳加工实训》-课件 课题六　滚珠丝杠副的安装与调修

课题六滚珠丝杠副的安装与调修401任务1滚珠丝杠副的安装任务2滚珠丝杠副的调修目录402任务1滚珠丝杠副的安装4031．了解滚珠螺旋传动。2．了解滚珠丝杠副的结构原理、传动特点及应用。3．熟悉滚珠丝杠副传动的结构。4．了解机械传动安装中的考虑因素。5．熟悉机械传动安装的工艺过程。6．掌握机械传动装调常用的测量工具。7．能独立完成滚珠丝杠副的安装。学习目标404任务引入滚珠丝杠副传动属于滚珠螺旋传动，有较高的传动精度。为了保证其传动精度，提高传动效率，滚珠丝杠副的安装需要按照规定的步骤进行。本任务通过学习滚珠螺旋传动，滚珠丝杠副的结构原理、传动特点及应用，滚珠丝杠副传动的结构，机械传动安装中的考虑因素，机械传动安装的工艺过程，机械传动装调常用的测量工具等知识，完成滚珠丝杠副的安装。405一、滚珠螺旋传动滚珠螺旋传动机构主要由滚珠、螺杆、螺母及滚珠循环装置组成，如图所示。相关知识406滚珠螺旋传动二、滚珠丝杠副的结构原理、传动特点及应用1．结构原理滚珠丝杠副的结构如图所示。在丝杠1和螺母4上加工有圆弧形螺旋槽，当它们装在一起时就形成了螺旋线滚道，并在滚道内装满滚珠3，当丝杠1相对于螺母4旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠3则沿着滚道运动。螺母4的螺旋槽两端用回珠管2连接起来，使滚珠3能周而复始地循环运动。管道两端还起着挡珠的作用，防止滚珠沿滚道流出，从而形成闭合回路。407408滚珠丝杠副的结构1—丝杠2—回珠管3—滚珠4—螺母2．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，可以将旋转运动转换成直线运动，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。（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。409（5）磨损小，使用寿命长，精度保持性好。（6）制造工艺复杂，要求丝杠、螺母等零件的加工精度高、表面粗糙度值小，制造成本高。（7）不能自锁，若用于需要升降的场合，下降时当传动切断后，由于重力的作用，系统不能停止运动，故常在传动系统中增加制动装置。4103．应用目前在各类机床中，特别是各类数控机床的直线运动以及进给系统中普遍采用滚珠丝杠副，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。411三、滚珠丝杠副传动的结构滚珠丝杠副的结构形式主要有两种区分方式：按螺纹滚道型面可分为单圆弧形和双圆弧形；按滚珠循环方式可分为外循环和内循环。1．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所示，其接触角

δ

多为45°，且随初始径向间隙和轴向力的变化而变化；当

r0/R值过高时，摩擦损失增加；当

r0/R

值过低时，承载能力降低。412413单圆弧形滚珠丝杠副的结构（2）双圆弧形双圆弧形滚珠丝杠副的结构如图所示，其接触角

δ

多为45°，且工作中接触角不变化；当

r0/R

值过高时，摩擦损失增加；当

r0/R

值过低时，承载能力下降。414双圆弧形滚珠丝杠副的结构2．外循环和内循环（1）外循环滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的循环方式称为外循环，有以下三种：1）插管式。插管式外循环就是将弯管插入螺母的通孔代替螺旋回珠管作为滚珠返回通道，这种方式工艺性好，但螺母径向尺寸较大，不易在设备上安装，插管式滚珠丝杠副如图所示。415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2）螺旋槽式。螺旋槽式外循环的特点是滚珠丝杠副整体径向尺寸较小，便于安装，加工工艺性好，但挡珠器形状复杂，易磨损，刚度差，如图所示。416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3）端盖式。端盖式外循环的特点是结构紧凑，工艺性较好，但滚珠经过滚道短槽时易发生卡珠现象，如图所示。417端盖式滚珠丝杠副（外循环）（2）内循环滚珠在返回过程中始终与丝杠保持接触的循环方式称为内循环。内循环方式滚珠的循环回路短，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，如图所示。418内循环式滚珠丝杠副a）扁圆镶块反向器 b）圆柱凸件反向器四、机械传动安装中的考虑因素1．安装过程中应根据零部件大小来合理选择工具及设备，若尺寸较大，安装时则需要使用专用的起吊设备。2．安装应尽量在所有零件静止情况下进行，对于运动零件的安装，安装完成后要检查运动的准确性和灵活性。3．为了保证机械传动有良好的工作性能，安装需要达到一定的精度要求。安装精度包含尺寸精度、配合精度、接触精度、相互位置精度和相对运动精度。4194．从安装工艺角度出发，安装工作最好是只进行简单的连接，不必进行任何修理或调整就能满足要求。因此，一般当安装精度要求高时，零件精度要求也高。5．零部件的安装要具有可操作性，便于操作工人使用普通安装工具进行操作。6．安装过程中要注意零部件的数量和安装顺序。7．安装过程中要具备一定的环境条件，如满足环境温度要求、空气净化程度要求以及采光要求等。420五、机械传动安装的工艺过程1．安装前的准备（1）组织准备主要是明确人员分工。技术准备包括技术资料的准备和确定安装步骤及方法（安装工艺）。（2）研究和熟悉机械传动系统装配图、工艺文件和技术要求，了解其结构、各零部件的作用以及相互连接关系。421（3）准备安装所需要的工具与设备。（4）整理安装的工作场地，对安装的零部件进行清洗和清理，去掉零部件上的毛刺、铁锈、切屑、油污，将零部件归类放置好。（5）检查零部件加工质量，还要对某些零部件进行平衡试验、渗漏试验和气密性试验等。4222．安装工作较复杂产品的安装常分为部装和总装两个过程。由于产品的复杂程度和安装组织形式不同，部装工艺的内容也不一样。一般来说，凡是将两个或两个以上的零件组合在一起，或将零件与几个组件（或称为组合件）结合在一起，成为一个装配单元的安装工作，都可以称为部装。把产品划分成若干个装配单元是缩短装配周期的基本措施。因为产品划分为若干个装配单元后，安装工艺上就可以组织平行安装作业，扩大安装工作面，而且能按流水线组织生产。同时，各装配单元能预先调整、试验，使各部分以比较完善的状态进入总装，有利于保证产品质量。4233．调整、精度检验和试运行（1）调整调整工作包括调节零件或机构相互位置、配合间隙、结合面松紧等，如轴承间隙、镶条位置、蜗轮轴向位置以及锥齿轮副啮合位置的调整等，其目的是使传动机构工作协调。（2）精度检验精度检验包括工作精度检验、几何精度检验等。（3）试运行试运行的目的是检验机械传动系统的运转灵活性、工作温升、密封性、振动、噪声、转速、功率和效率等是否符合要求。4244．喷漆、涂油和装箱喷漆是为了防止工件表面锈蚀和使产品外表美观，涂油是为了防止工作表面及零件已加工表面生锈，装箱是为了便于运输，这些工作都需结合装配工序进行。425六、机械传动装调常用的测量工具1．百分表（1）百分表的结构百分表的外形及结构如图所示，主要由测头、测杆、大齿轮、小齿轮、圆度盘、表圈等组成。426百分表的外形及结构1—测头 2—测杆 3—小齿轮（z=16）4、9—大齿轮（z=100）5—圆度盘 6—表圈7—长指针 8—转数指针（短指针）10—小齿轮（z=10）11—拉簧（2）百分表的示值原理与读数方法百分表测杆上的齿距是0.625mm，当测杆上升16齿（即上升0.625mm×16=10mm）时，16齿的小齿轮正好转1周，与其同轴的大齿轮（z=100）也转1周，从而带动齿数为10的小齿轮和长指针转10周。即当测杆移动1mm时，长指针转1周。由于圆度盘上共等分100格，所以长指针每转一格，表示测杆移动0.01mm。故百分表的分度值为0.01mm。测量时，测杆被推向管内，测杆移动的距离等于短指针的读数（测出的整数部分）加上长指针的读数（测出的小数部分）。427（3）百分表的量程和精度百分表的量程一般有3mm、5mm和10mm三种规格。按制造精度的不同，百分表可分为0级、1级

和2级，可用来进行IT12～IT6精度等级工件的测量和检验。428（4）使用百分表的注意事项1）百分表使用时应安装在专用表架或磁性表架上。2）百分表装在表架上后，可转动表盘，使指针处于零位。3）测量平面或圆柱形工件时，百分表的测头应与平面垂直或与圆柱形工件轴线垂直，否则百分表测杆移动不灵活，测量结果不准确。4）测量时测杆的升降范围不宜过大，以减小因间隙而产生的误差。4292．杠杆百分表利用机械传动系统，将杠杆测头的摆动位移转变为指针在圆度盘上的角位移，并由圆度盘进行读数的测量器具称为杠杆指示表。其中，分度值为0.01mm的称为杠杆百分表（见下图），量程有0.8mm、1.6mm两种规格。430杠杆百分表任务2滚珠丝杠副的调修4311．了解滚珠丝杠副常见故障及修复方法。2．熟悉滚珠丝杠副的支承方式和支承轴承的配合公差。3．掌握滚珠丝杠副和螺母轴向间隙的调整和预紧方法。4．掌握滚珠丝杠副的润滑方法。5．掌握滚珠丝杠副的密封方法。6．能独立完成滚珠丝杠副的调修。学习目标432任务引入滚珠丝杠副在使用过程中常发生的故障是丝杠、螺母的滚道和滚珠表面磨损、腐蚀和疲劳剥落。本任务通过学习滚珠丝杠副常见故障及修复方法、滚珠丝杠副的支承方式和支承轴承的配合公差、滚珠丝杠副和螺母轴向间隙的调整和预紧方法、滚珠丝杠副的润滑方法、滚珠丝杠副的密封方法等知识，完成滚珠丝杠副的调修。433一、滚珠丝杠副常见故障及修复方法1．滚珠丝杠副的常见故障（1）表面磨损在长期使用过程中，丝杠、螺母的滚道和滚珠的表面会逐渐磨损，且磨损往往是不均匀的，初期不易被发现，到了中后期，用肉眼可以明显地看出磨损的痕迹，甚至有擦伤现象，不均匀的磨损不但会使滚珠丝杠副的精度降低，还可能产生振动。相关知识434（2）表面腐蚀润滑油中有水分且润滑油的酸性较强，叠加外界环境的影响，可能使滚道和滚珠表面腐蚀。表面腐蚀会加大表面粗糙度值、加速表面的磨损、加剧振动。（3）表面疲劳由于装配不当、承受交变载荷、超载运行、润滑不良等原因，长期使用后，滚珠丝杠副的滚道和滚珠表面会出现接触疲劳的麻点，以致表层金属剥落、滚珠丝杠副失效。4352．滚珠丝杠副的故障诊断滚珠丝杠副的转速一般在300r/min以下，振动频率在30kHz以内。丝杠、螺母缺陷产生的振动频率分别为转速乘滚珠数的40%～60%。滚珠丝杠副早期的故障主要是由低振平引起，但诊断中常常被较高的振平所淹没，使早期故障不易被发现，较好的解决办法是定期使用动态信号分析仪进行监测。在故障后期，当滚珠表面出现擦伤时，振动较容易在螺母附近的支座外壳上测出。最好的测量方法是采用加速度计，因为振动特征频率将随着滚道和滚珠表面擦伤缺陷的扩展而变化，振动会变成无规则的噪声，频谱中将不出现尖峰。436检测滚珠丝杠副振动特征频率时，应注意以下几个问题：（1）因振动为低振平，易被其他较高振平淹没，所以，检测时机床的其他运动应停止，单独开动此机构进行检测。（2）对于初始状态良好的滚珠丝杠副，产生缺陷后，与初始频谱进行比较就可以判断缺陷及其发展程度。（3）加速度计对振动信号非常敏感，特征频率范围之外大量的其他成分也可由加速度计测出。因此，监测振平的变化最好选择加速度计直接测量。4373．滚珠丝杠副的修复方法（1）当出现滚珠不均匀磨损或少数滚珠的表面产生接触疲劳损伤时，应更换掉全部滚珠。更换时，购入2～3倍所需数量、所需精度等级的滚珠，用测微计对全部滚珠进行测量，并按测量结果分组，然后选择尺寸和形状公差均在允许范围内的滚珠，进行装配和预紧调整。438（2）当丝杠、螺母的螺旋滚道因磨损严重而丧失精度时，通常需修磨滚道才能恢复精度。修复时，丝杠和螺母应同时修磨，修磨后更换全部滚珠，装配后进行预紧调整。（3）对于滚道表面有轻微疲劳点蚀或腐蚀的丝杠，可考虑修磨滚道恢复精度，疲劳损伤严重的丝杠则必须更换。439二、滚珠丝杠副的支承方式和支承轴承的配合公差1．支承方式滚珠丝杠副在机床上的安装支承方式主要有四种，如图所示。（1）一端装角接触球轴承如下图a所示，这种支承方式只适用于短丝杠，它的承载能力小、轴向刚度低。（2）一端装角接触球轴承，另一端装深沟球轴承如下图b所示，当丝杠较长时，将一端固定，另一自由端装深沟球轴承。440441滚珠丝杠副的支承方式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（3）两端装深沟球轴承如上图c所示，此种方式刚度低。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上图d所示，这种支承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，这种支承方式最大的特点是滚珠丝杠副被施加预拉伸，由此补偿高速回转时摩擦升温引起的热变形。4422．支承轴承的配合公差

在现代高速度、高精度数控机床中，合理选择滚珠丝杠副两端支承轴承的配合公差，不仅可以满足支承轴承孔与螺母孔的同轴度要求，更为重要的是，能提高滚珠丝杠副支承部分的刚度和使用寿命。固定轴承及支承轴承配合公差见下表。443固定轴承及支承轴承配合公差三、滚珠丝杠副和螺母轴向间隙的调整和预紧1．调整机构的形式（1）垫片式调整机构垫片式调整机构如图所示，它通过改变垫片的厚度，使螺母产生轴向位移，实现间隙消除和预紧。444垫片式调整机构（2）螺纹式调整机构螺纹式调整机构如图所示，调整时，带调整螺纹的螺母1伸出螺母座2的外端，用螺母3和螺母4调整轴向间隙，长键5的作用是限制两个螺母的相对转动。445螺纹式调整机构1、3、4一螺母2一螺母座5一长键（3）弹簧式调整机构弹簧式调整机构如图所示，如图中左边的螺母可以借助弹簧在轴向的压力做轴向移动，从而达到调整的目的；如图所示的弹簧式调整机构是在固定螺母和活动螺母之间装弹簧，使螺母做相对扭转运动来消除轴向间隙。446弹簧式调整机构形式之一弹簧式调整机构形式之二（4）齿差式调整机构齿差式调整机构如图所示，它通过改变两个螺母的齿数差来调整螺母在角度上的相对位置，实现轴向的间隙调整和预紧。此方法调整简单，但调整精度不是非常明确。447齿差式调整机构（5）随动式调整机构随动式调整机构如图所示，活动螺母1和固定螺母2之间有滚针轴承3，工作中可通过相对旋转来消除间隙。448随动式调整机构1一活动螺母2一固定螺母3一滚针轴承2．预紧力的确定

若滚珠丝杠副的预紧力过小，在载荷作用下，传动精度会因出现间隙而降低；若预紧力过大，传动效率和使用寿命会降低，一般预紧力取最大轴向载荷的1/3。预紧力产生的接触变形量可按下式计算：449式中

δ——预紧力产生的接触变形量，mm；

Fa——最大轴向载荷，N；

d0——滚珠直径，mm；

Fy——轴向预紧力，N；

ZΣ——滚珠数量，ZΣ=圈数

×

列数。450四、滚珠丝杠副的润滑1．机械传动常用润滑剂的选择（1）机械传动常用润滑油的选择润滑油中使用最广泛的是矿物油。一般机械上用的润滑油是全损耗系统用油。在润滑油品名前注有数字和符号，表示同品名润滑油的不同黏度。润滑油类型的选用主要应考虑运动速度、承载负荷、工作温度等。（2）机械传动常用润滑脂的选择与润滑油相比，润滑脂的流动性、冷却效果都较差，杂质也不易去除，因此，润滑脂多用于低、中速机械传动。机械传动常用润滑脂的品种很多，如钙基润滑脂和钠基润滑脂等。4512．机械传动润滑方式的选择机械传动的润滑方式一般有分散润滑和集中润滑两种。分散润滑常用于润滑分散的或个别部件的润滑点，如使用便携式加油工具（油壶、油枪、手刷）对油池、油嘴、油杯、导轨表面等润滑点进行润滑。集中润