機(jī)械系統(tǒng)的部件選擇與設(shè)計滾珠絲杠螺母副PPT課件

1、一、機(jī)械傳動部件及其功能要求一、機(jī)械傳動部件及其功能要求常用的機(jī)械傳動部件包括：常用的機(jī)械傳動部件包括：n螺旋傳動螺旋傳動n 齒輪傳動齒輪傳動n 同步帶傳動同步帶傳動n 高速帶傳動高速帶傳動n 各種非線性傳動等各種非線性傳動等第1頁/共84頁傳動機(jī)構(gòu)及其功能傳動機(jī)構(gòu)及其功能 基本功能基本功能傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動的變換運(yùn)動的變換動力的變換動力的變換形式形式行程行程方向方向 速度速度 大小大小形式形式絲杠螺母絲杠螺母齒輪齒輪齒輪齒條齒輪齒條鏈輪鏈條鏈輪鏈條帶、帶輪帶、帶輪杠桿機(jī)構(gòu)杠桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿間歇機(jī)構(gòu)間歇機(jī)構(gòu)第2頁/共84頁 應(yīng)設(shè)計和選擇傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕

2、、應(yīng)設(shè)計和選擇傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運(yùn)動平穩(wěn)、傳遞轉(zhuǎn)矩大的傳動部件。運(yùn)動平穩(wěn)、傳遞轉(zhuǎn)矩大的傳動部件。第3頁/共84頁機(jī)械傳動部件的功能要求：機(jī)械傳動部件的功能要求：1、精密化、精密化2、高速化、高速化3、小型化、輕量化、小型化、輕量化第4頁/共84頁二、滾珠絲杠傳動部件二、滾珠絲杠傳動部件1、組成及特點(diǎn)、組成及特點(diǎn) （1）組成）組成第5頁/共84頁螺母螺母滾珠滾珠絲杠絲杠螺旋槽螺旋槽螺旋槽螺旋槽回路管道回路管道第6頁/共84頁滾珠絲杠螺母副的組成：滾珠絲杠螺母副的組成： 帶螺紋槽的絲杠帶螺紋槽的絲杠 帶螺紋槽的螺母帶螺紋槽的螺母 滾珠滾珠 反向器反向器第7頁/共84頁（2）特點(diǎn)）

3、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）傳動效率高（）傳動效率高（ 0.9)2）軸向剛度高）軸向剛度高3）運(yùn)動平穩(wěn)，傳動精度高）運(yùn)動平穩(wěn)，傳動精度高4）磨損小，壽命長）磨損小，壽命長第8頁/共84頁缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1）不能自鎖）不能自鎖2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜）結(jié)構(gòu)復(fù)雜第9頁/共84頁單圓弧型單圓弧型雙圓弧型雙圓弧型2、滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型、滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型（1）螺紋滾道型面的形狀及主要尺寸）螺紋滾道型面的形狀及主要尺寸 第10頁/共84頁主要尺寸：主要尺寸：理想接觸角理想接觸角 =450R=1.04rbe=sin (R-rb)偏心距偏心距滾道圓弧半徑滾道圓弧半徑滾珠半徑滾珠半徑接觸角接觸角 eRrb 第11頁/共8

4、4頁單圓弧型單圓弧型 ，承載能力，承載能力，軸向剛度，軸向剛度 特點(diǎn)：接觸角隨軸向載荷的變化而變化特點(diǎn)：接觸角隨軸向載荷的變化而變化第12頁/共84頁雙圓弧型雙圓弧型特點(diǎn)：特點(diǎn)： 角基本保持不變，加工成本高角基本保持不變，加工成本高 第13頁/共84頁（2）滾珠的循環(huán)方式）滾珠的循環(huán)方式v內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)v外循環(huán)外循環(huán)第14頁/共84頁1）內(nèi)循環(huán)）內(nèi)循環(huán)滾珠在循環(huán)的過程中始終沒有脫離絲杠。滾珠在循環(huán)的過程中始終沒有脫離絲杠。絲杠絲杠螺母螺母滾珠滾珠反向器反向器第15頁/共84頁浮動式反向器的循環(huán)浮動式反向器的循環(huán)絲杠螺母滾珠反向器第16頁/共84頁特點(diǎn)：特點(diǎn)：滾珠循環(huán)回路短，流暢性好，效率高；滾珠

5、循環(huán)回路短，流暢性好，效率高；第17頁/共84頁螺母的徑向尺寸小，螺母的徑向尺寸小， 加工困難，裝配調(diào)整不易；加工困難，裝配調(diào)整不易；適用于高速、高靈敏度、高剛度的精密進(jìn)給系統(tǒng)。適用于高速、高靈敏度、高剛度的精密進(jìn)給系統(tǒng)。第18頁/共84頁2）外循環(huán)）外循環(huán)滾珠在循環(huán)過程中脫離過絲杠滾珠在循環(huán)過程中脫離過絲杠螺母螺母滾珠滾珠絲杠絲杠螺旋槽螺旋槽螺旋槽螺旋槽回路管道回路管道第19頁/共84頁特點(diǎn)：特點(diǎn)：滾珠循環(huán)回路長，流暢性差，效率低；滾珠循環(huán)回路長，流暢性差，效率低；第20頁/共84頁 工藝簡單，工藝簡單，螺母的徑向尺寸大，螺母的徑向尺寸大，易于制造；易于制造； 擋珠器剛性差，易磨損。擋珠器剛

6、性差，易磨損。第21頁/共84頁 螺旋槽式螺旋槽式第22頁/共84頁 插管插管式式插管插管第23頁/共84頁 端蓋端蓋式式特點(diǎn)：特點(diǎn)： 應(yīng)用較少，常以單螺母形式用作升降傳動機(jī)構(gòu)。應(yīng)用較少，常以單螺母形式用作升降傳動機(jī)構(gòu)。蓋板蓋板螺母螺母第24頁/共84頁3、主要尺寸參數(shù)及其選擇、主要尺寸參數(shù)及其選擇公稱直徑公稱直徑絲杠大徑絲杠大徑絲杠小徑絲杠小徑滾珠直徑滾珠直徑螺母小徑螺母小徑螺母大徑螺母大徑第25頁/共84頁（1）公稱直徑）公稱直徑do 指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑，指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑，它是滾珠絲杠副的特征尺寸。它是滾珠絲杠副

7、的特征尺寸。第26頁/共84頁公稱直徑的大小與承載能力有關(guān)，一般推公稱直徑的大小與承載能力有關(guān)，一般推薦薦 效效率率承承載載能能力力滾滾珠珠直直徑徑bdd03010絲杠工作長度的絲杠工作長度的 d第27頁/共84頁（2）基本導(dǎo)程）基本導(dǎo)程Lo 定義：定義： 絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)2弧度時，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向弧度時，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移位移; 導(dǎo)程的大小根據(jù)機(jī)床的加工導(dǎo)程的大小根據(jù)機(jī)床的加工精度要求確定：精度要求確定：精度高精度高導(dǎo)程取小些導(dǎo)程取小些第28頁/共84頁 導(dǎo)程減小將導(dǎo)致滾珠絲杠螺母副的承載能力下降；導(dǎo)程減小將導(dǎo)致滾珠絲杠螺母副的承載能力下降；L0第29頁/共84頁基本導(dǎo)

8、程的選擇原則：基本導(dǎo)程的選擇原則： 在滿足數(shù)控機(jī)床加工在滿足數(shù)控機(jī)床加工精度的條件下，導(dǎo)程應(yīng)盡可精度的條件下，導(dǎo)程應(yīng)盡可能取大些能取大些. 第30頁/共84頁（3）行程）行程L 絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。位移。 0360LxL 第31頁/共84頁（4）滾珠直徑）滾珠直徑 db滾珠直徑大，則承載能力也大。滾珠直徑大，則承載能力也大。應(yīng)根據(jù)軸承廠提供的尺寸選用應(yīng)根據(jù)軸承廠提供的尺寸選用第32頁/共84頁（5）滾珠個數(shù)）滾珠個數(shù)N N過多，流通不暢，易產(chǎn)生阻塞；過多，流通不暢，易產(chǎn)生阻塞； N過少，承載能力小，滾珠自載加距磨損和

9、變形過少，承載能力小，滾珠自載加距磨損和變形一般?。阂话闳。篘Q 第73頁/共84頁注意：注意： 當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)速當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)速n10r/min時，以最大靜載荷時，以最大靜載荷Q0為設(shè)計依據(jù)。為設(shè)計依據(jù)。第74頁/共84頁2）傳動效率的驗(yàn)算）傳動效率的驗(yàn)算)( tgtg其摩擦角約等于其摩擦角約等于滾動摩擦系數(shù)滾動摩擦系數(shù)摩擦角，滾珠絲杠副的摩擦角，滾珠絲杠副的絲杠螺旋長升角絲杠螺旋長升角10,004. 0003. 0 ftg 時時滿滿足足要要求求當(dāng)當(dāng)9 . 0 第75頁/共84頁3）剛度驗(yàn)算）剛度驗(yàn)算剛度的驗(yàn)算主要是確定絲杠的變形量剛度的驗(yàn)算主要是確定絲杠的變形量第76頁/共84頁絲杠的變形量包括：絲杠

10、的變形量包括： 絲杠的拉伸或壓縮變形量絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 滾珠與螺紋滾道間接觸變形滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2 支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 3 滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的導(dǎo)程的變化量滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的導(dǎo)程的變化量 4 螺母座及軸承支座的變形螺母座及軸承支座的變形 5第77頁/共84頁因此因此: 滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算，主要是驗(yàn)算滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算，主要是驗(yàn)算 1 、 2 、 3之和之和不應(yīng)大于機(jī)床精度要求允許變形量的一半，否則，應(yīng)考慮選不應(yīng)大于機(jī)床精度要求允許變形量的一半，否則，應(yīng)考慮選用較大直徑的滾珠絲杠副。用較大直徑的滾珠絲杠副。第78頁/

11、共84頁 在實(shí)際設(shè)計中，由于預(yù)緊的作用，在實(shí)際設(shè)計中，由于預(yù)緊的作用，可將原機(jī)床的剛度提高可將原機(jī)床的剛度提高4倍。因此只要倍。因此只要 1 + 2 + 3=機(jī)床精度要求機(jī)床精度要求即可認(rèn)為該絲杠剛度合格。即可認(rèn)為該絲杠剛度合格。第79頁/共84頁4）穩(wěn)定性驗(yàn)算）穩(wěn)定性驗(yàn)算 對已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負(fù)載時，應(yīng)對已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負(fù)載時，應(yīng)驗(yàn)算其有沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險。驗(yàn)算其有沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險。第80頁/共84頁產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載PK可用下式計算：可用下式計算：22lEIfpZK 絲杠的支承方式系數(shù)絲杠的支承方式系數(shù)）絲杠兩端支承距離（絲杠兩端支承距離（絲杠小徑）絲杠小徑）截面慣性矩（截面慣性矩（）（鋼鋼絲杠材料彈性模量，對絲杠材料彈性模量，對 ZfcmlddIcmIcmNEE141426(64/106 .20 式中：式中：第81頁/共84頁絲杠的支承方式絲杠的支承方式支承方式支承方式fz雙推雙推-雙推雙推4單推單推-單推單推