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1、第四章第四章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四章第四章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.5 滾珠絲杠傳動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng) 4.5 滾珠絲杠傳動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)4.5.1 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及特點(diǎn)滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及特點(diǎn)4.5.2 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整4.5.3 滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級和標(biāo)注方法滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級和標(biāo)注方法4.5.4 滾珠絲杠副的安裝滾珠絲杠副的安裝4.5.5 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算雙軸工作臺雙軸工作臺 滾珠絲杠螺母副是機(jī)電一體化系統(tǒng)中將滾珠絲杠螺母副是機(jī)電一體化系統(tǒng)中將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為為直線運(yùn)動(dòng)

2、直線運(yùn)動(dòng)常用的傳動(dòng)裝置，它以滾珠的常用的傳動(dòng)裝置，它以滾珠的滾動(dòng)代替滾動(dòng)代替絲杠螺絲杠螺母副中的母副中的滑動(dòng)滑動(dòng)，摩擦力小，具有良好的性能。，摩擦力小，具有良好的性能。組成：絲杠組成：絲杠 螺母螺母 滾珠滾珠 滾道（回珠器）滾道（回珠器） 螺母座螺母座4.5.1 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及特點(diǎn)滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及特點(diǎn)滾珠絲杠副的工作原理 滾珠絲杠副的特點(diǎn)是將螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或者將直滾珠絲杠副的特點(diǎn)是將螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或者將直線運(yùn)動(dòng)變換為螺旋運(yùn)動(dòng)。線運(yùn)動(dòng)變換為螺旋運(yùn)動(dòng)。h=2PL 當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠相對螺母上的滾道滾動(dòng)，因此絲當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠相對螺母上的滾道滾動(dòng)，因此

3、絲杠與螺母之間基本上為杠與螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦。 為防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)為防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有有回程引導(dǎo)裝置回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動(dòng)。，使?jié)L珠能循環(huán)流動(dòng)。 圖中絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽，這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對合起來就形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)和和外循環(huán)外循環(huán)二種。二種。始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的滾珠循環(huán)的回路短回路短、流流暢性好、效率高暢性好、效率高、螺母螺母的徑向尺寸也較小的徑向尺寸也較小。

4、其不足之處是反向器其不足之處是反向器加工困難加工困難、裝配調(diào)整也、裝配調(diào)整也不方便。不方便。結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型絲杠絲杠螺母螺母滾珠滾珠反向器反向器內(nèi)循環(huán)：適用于高速、高靈敏度、高剛度的精密進(jìn)給系統(tǒng)。內(nèi)循環(huán)：適用于高速、高靈敏度、高剛度的精密進(jìn)給系統(tǒng)。滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)和和外循環(huán)外循環(huán)二種。二種。有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)外循環(huán)；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特點(diǎn)：特點(diǎn)：滾珠循環(huán)回路長，滾珠循環(huán)回路長，流暢性差，效率流暢性差，效率低；低；工藝簡單，螺母工藝簡單，螺母的徑向尺寸大，的徑向尺

5、寸大，易于制造；易于制造；擋珠器剛性差，擋珠器剛性差，易磨損易磨損插管式插管式螺旋槽式螺旋槽式蓋板蓋板螺母螺母端蓋式端蓋式外循環(huán)的三種結(jié)構(gòu)形式外循環(huán)的三種結(jié)構(gòu)形式u滾珠絲杠的鋼球循環(huán)機(jī)構(gòu)滾珠絲杠的鋼球循環(huán)機(jī)構(gòu)循環(huán)彎管式也稱循環(huán)彎管式也稱“外循環(huán)式外循環(huán)式”為最普通的，鋼球從絲杠為最普通的，鋼球從絲杠軸上，沿彎管的牙嘴部導(dǎo)入軸上，沿彎管的牙嘴部導(dǎo)入，通過彎管返回，形成無限，通過彎管返回，形成無限循環(huán)運(yùn)動(dòng)。循環(huán)運(yùn)動(dòng)?；厍蚱魇揭卜Q回球器式也稱“內(nèi)循環(huán)式內(nèi)循環(huán)式”是最緊湊的絲母，鋼球通過是最緊湊的絲母，鋼球通過回球器改變進(jìn)行方向，返回回球器改變進(jìn)行方向，返回絲杠軸的原先位置絲杠軸的原先位置。 端蓋式適

6、用于高速進(jìn)給端蓋式適用于高速進(jìn)給的絲母，鋼球從端蓋部的絲母，鋼球從端蓋部導(dǎo)入，通過絲母上的貫導(dǎo)入，通過絲母上的貫通孔，返回起始位置。通孔，返回起始位置。鋼板循環(huán)式是如同彎管式鋼板循環(huán)式是如同彎管式的，將鋼球?qū)牒笱劁摪宓?，將鋼球?qū)牒笱劁摪迳系臏线M(jìn)行循環(huán)，鋼板回上的溝進(jìn)行循環(huán)，鋼板回球式與回球器式相比，較球式與回球器式相比，較多應(yīng)用于小型滾珠絲杠。多應(yīng)用于小型滾珠絲杠。滾珠絲杠副的特點(diǎn)1 1）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副傳動(dòng)效率。滾珠絲杠副傳動(dòng)效率 0.920.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高，比常規(guī)的絲杠螺母副提高34倍。因此，功率倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)的絲杠

7、螺母副的消耗只相當(dāng)于常規(guī)的絲杠螺母副的1/41/3。2 2）傳動(dòng)精度、）傳動(dòng)精度、定位精度高，無定位精度高，無爬爬行現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。行現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。3 3）能夠）能夠預(yù)緊預(yù)緊。給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間。給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)可消除空行程死區(qū)，提高接觸剛度和傳動(dòng)精度。隙，反向時(shí)可消除空行程死區(qū)，提高接觸剛度和傳動(dòng)精度。4 4）運(yùn)動(dòng)具有可逆性運(yùn)動(dòng)具有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。為主動(dòng)件。5 5）磨損小，

8、）磨損小，使用壽命長使用壽命長。6 6）制造）制造工藝復(fù)雜工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高成本高。7 7）不能自鎖不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于自重慣力的作用，。特別是對于垂直絲杠，由于自重慣力的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，故常需下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，故常需添加制動(dòng)添加制動(dòng)裝置裝置。 滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動(dòng)精度有要求外，滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動(dòng)精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴(yán)格要求，以保證其對其軸向間隙也有嚴(yán)格要求，以保證其

9、反向傳動(dòng)精度反向傳動(dòng)精度。滾。滾珠絲杠副的珠絲杠副的軸向間隙軸向間隙是承載時(shí)在滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)的是承載時(shí)在滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。通常采用通常采用雙螺母預(yù)緊雙螺母預(yù)緊或或單螺母（大滾珠、大導(dǎo)程）的方單螺母（大滾珠、大導(dǎo)程）的方法法，把彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以減小或消除軸向間，把彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以減小或消除軸向間隙，并可以提高滾珠絲杠副的剛度。隙，并可以提高滾珠絲杠副的剛度。4.5.2 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整根據(jù)墊片厚度不同分成兩種形式，當(dāng)墊片厚度根據(jù)墊片厚度

10、不同分成兩種形式，當(dāng)墊片厚度較厚較厚時(shí)即時(shí)即產(chǎn)生產(chǎn)生“預(yù)拉預(yù)拉應(yīng)力應(yīng)力”，而當(dāng)墊片厚度，而當(dāng)墊片厚度較薄較薄時(shí)即時(shí)即產(chǎn)生產(chǎn)生“預(yù)壓應(yīng)力預(yù)壓應(yīng)力”以消除軸向間隙。以消除軸向間隙。絲杠側(cè)螺母A 螺母B調(diào)整墊片預(yù)拉方向預(yù)拉方向預(yù)緊方向墊片預(yù)緊方向a) 雙螺母墊片式預(yù)緊原理雙螺母墊片式預(yù)緊原理特點(diǎn)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，剛性大，工作可靠，應(yīng)用最為廣：結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，剛性大，工作可靠，應(yīng)用最為廣泛。但調(diào)整不方便，不能隨時(shí)調(diào)隙預(yù)緊。泛。但調(diào)整不方便，不能隨時(shí)調(diào)隙預(yù)緊。b) 雙螺母螺紋式預(yù)緊原理雙螺母螺紋式預(yù)緊原理 通過調(diào)整端部的圓螺母，使絲杠右螺母沿軸向向右移動(dòng)，產(chǎn)通過調(diào)整端部的圓螺母，使絲杠右螺母

11、沿軸向向右移動(dòng)，產(chǎn)生拉伸預(yù)緊，從而消除間隙。生拉伸預(yù)緊，從而消除間隙。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，工作可靠，應(yīng)用廣，但預(yù)緊量不容易結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，工作可靠，應(yīng)用廣，但預(yù)緊量不容易控制?？刂啤榱搜a(bǔ)償滾道的間隙，設(shè)計(jì)時(shí)將為了補(bǔ)償滾道的間隙，設(shè)計(jì)時(shí)將滾珠的尺寸滾珠的尺寸適當(dāng)適當(dāng)增大增大，使其使其4 4點(diǎn)接觸，產(chǎn)生預(yù)緊力，為了提高工作性能，可以在承點(diǎn)接觸，產(chǎn)生預(yù)緊力，為了提高工作性能，可以在承載滾珠之間加入間隔鋼球。載滾珠之間加入間隔鋼球。絲杠側(cè)螺母側(cè)絲杠側(cè)螺母側(cè)承載滾珠間隔鋼球c) 單螺母預(yù)緊原理（增大滾珠直徑法）單螺母預(yù)緊原理（增大滾珠直徑法）偏置導(dǎo)程法原理如上圖所示，僅僅是在偏置導(dǎo)程法原理如

12、上圖所示，僅僅是在螺母中部將螺母中部將其導(dǎo)其導(dǎo)程程增加增加一個(gè)一個(gè)預(yù)壓量預(yù)壓量，以達(dá)到預(yù)緊的目的。，以達(dá)到預(yù)緊的目的。導(dǎo)程導(dǎo)程+導(dǎo)程絲杠側(cè)螺母側(cè)預(yù)拉方向預(yù)拉方向d) 單螺母預(yù)緊原理（偏置導(dǎo)程法）單螺母預(yù)緊原理（偏置導(dǎo)程法）目前制造的單螺母式滾珠絲杠副的軸向間隙達(dá)目前制造的單螺母式滾珠絲杠副的軸向間隙達(dá)0.05mm，而雙螺母式的經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后基本上能消除軸向間隙。應(yīng)而雙螺母式的經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后基本上能消除軸向間隙。應(yīng)用該方法消除軸向間隙時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：用該方法消除軸向間隙時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）預(yù)緊力大小必須合適，過小不能保證無隙傳動(dòng)；過大將使驅(qū)動(dòng)力矩增大，效率降低，壽命縮短。預(yù)緊力應(yīng)不超過

13、最大軸向負(fù)載的1/3。（2）要特別注意減小絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙，這些間隙用預(yù)緊的方法是無法消除的，而它對傳動(dòng)精度有直接影響。 滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)公稱直徑公稱直徑(滾珠中心圓直徑滾珠中心圓直徑)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4.5.3 主要尺寸、精度等級和標(biāo)注方法主要尺寸、精度等級和標(biāo)注方法導(dǎo)程導(dǎo)程Ph ：絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)2弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移?；《葧r(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。 滾珠絲杠副的精度等級及標(biāo)注方法滾珠絲杠副的精度等級及標(biāo)注方法 （1）精度等級）精度等級 根據(jù)根據(jù)GB/T1

14、7587.3-1998GB/T17587.3-1998（與（與ISO 3408-3ISO 3408-3：19921992同）標(biāo)準(zhǔn)同）標(biāo)準(zhǔn)：將滾珠絲杠副的精度分成為七個(gè)等級將滾珠絲杠副的精度分成為七個(gè)等級1、2、3、4、5、7、10，1級為最高級為最高 絲杠分為：絲杠分為：精密定位型（精密定位型（P型）和傳動(dòng)型（型）和傳動(dòng)型（T型）型）。任意任意300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量行程內(nèi)行程變動(dòng)量 V300p 6 8 12 16 23 52 210（2）標(biāo)注方法（各個(gè)廠家并不完全相同）標(biāo)注方法（各個(gè)廠家并不完全相同）FFZD8010TR-6-P2/12941020FFZD:內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲桿；內(nèi)

15、循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲桿； 6:負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)負(fù)荷滾珠總?cè)?shù) TR:梯形螺紋梯形螺紋 P2:精密定位型，精密定位型，2級；級； 1294:絲杠全長絲杠全長 1020:螺紋長度螺紋長度 精密定位型（精密定位型（P型）和傳動(dòng)型（型）和傳動(dòng)型（T型）型）。（3）尺寸系列）尺寸系列公稱直徑系列（公稱直徑系列（mm） 6、8、10、12、16、20、25、32、40公稱導(dǎo)程系列（公稱導(dǎo)程系列（mm） 1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12.注意：注意： 盡可能優(yōu)先選用公稱導(dǎo)程為盡可能優(yōu)先選用公稱導(dǎo)程為4、5、6、8系列系列的滾珠絲杠螺母副的滾珠絲杠螺母副（4）推薦采用的精度等級）推薦采用的精度

16、等級u數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床和精密儀器等用于開環(huán)和半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床和精密儀器等用于開環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)，根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求可選進(jìn)給系統(tǒng)，根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求可選用用1、2、3級；級；u一般傳動(dòng)可選用一般傳動(dòng)可選用4、5級；級；u全閉環(huán)系統(tǒng)可選用全閉環(huán)系統(tǒng)可選用2、3、4級。級。絲杠的軸承組合及軸承座、螺母座以及其它零件絲杠的軸承組合及軸承座、螺母座以及其它零件的連接剛性，對滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和精度都的連接剛性，對滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和精度都有很大影響，需在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)認(rèn)真考慮。有很大影響，需在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)認(rèn)真考慮。為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為

17、主為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合，僅當(dāng)軸向載荷很小時(shí)，才用向心推力軸的軸承組合，僅當(dāng)軸向載荷很小時(shí)，才用向心推力軸承。承。4.5.4 滾珠絲杠副的安裝滾珠絲杠副的安裝雙推雙推自由自由1軸向剛度低，與螺母位置有關(guān)；軸向剛度低，與螺母位置有關(guān)；2雙推端可預(yù)拉伸安裝；雙推端可預(yù)拉伸安裝；3. 適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短絲杠。適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短絲杠。 固定端裝深溝球軸固定端裝深溝球軸承和雙向止推軸承，承和雙向止推軸承，或圓錐滾子軸承或圓錐滾子軸承雙推雙推- -自由式支承自由式支承雙推雙推簡支簡支1軸向剛度不高，與螺母位置有關(guān)；軸向剛度不高，與螺母位

18、置有關(guān)；2雙推端可預(yù)拉伸安裝，簡支端保證在絲杠受熱雙推端可預(yù)拉伸安裝，簡支端保證在絲杠受熱變形時(shí)，可自由伸縮；變形時(shí)，可自由伸縮；3. 適宜中速、精度較高的長絲杠。適宜中速、精度較高的長絲杠。 固定端裝深溝球軸固定端裝深溝球軸承和雙向止推軸承，承和雙向止推軸承，承受軸向、徑向載承受軸向、徑向載荷荷簡支端裝深溝球軸簡支端裝深溝球軸承，承受徑向載荷承，承受徑向載荷雙推雙推- -簡支支承方式簡支支承方式 單推單推單推單推1軸向剛度較高；軸向剛度較高；2預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較大，軸承壽命比雙推預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較大，軸承壽命比雙推- -雙推低；雙推低；3. 適宜中速、精度高，并可用雙推適宜中速、

19、精度高，并可用雙推單推組合。單推組合。 兩端都裝止推軸承，兩端都裝止推軸承，承受軸向載荷承受軸向載荷軸承的組合安裝支承示例軸承的組合安裝支承示例簡易單推-單推式支承雙推雙推雙推雙推1軸向剛度最高；軸向剛度最高；2預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較小，軸承壽命較高；預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較小，軸承壽命較高；3. 適宜高速、高剛度、高精度。適宜高速、高剛度、高精度。兩端都裝止推軸承兩端都裝止推軸承和向心球軸承，承和向心球軸承，承受軸向、徑向載荷受軸向、徑向載荷四種支承方式的比較：四種支承方式的比較：雙推雙推-雙推雙推無無單推單推-單推單推雙推雙推-簡支簡支有有低低高高低低高高雙推雙推-自由自由失穩(wěn)失穩(wěn)承載能

20、力承載能力剛度剛度支承方式支承方式制動(dòng)裝置制動(dòng)裝置圖3.30 數(shù)控臥式銑鏜床主軸箱進(jìn)給絲杠的制動(dòng)裝置示意圖主軸箱摩擦 離合器電磁鐵線圈由于滾珠絲杠副無自鎖由于滾珠絲杠副無自鎖作用，特別對垂直安裝作用，特別對垂直安裝的滾珠絲杠副，必須安的滾珠絲杠副，必須安裝制動(dòng)裝置。裝制動(dòng)裝置。常用的有常用的有利用電磁制動(dòng)器對絲杠利用電磁制動(dòng)器對絲杠進(jìn)行制動(dòng)和利用單向超進(jìn)行制動(dòng)和利用單向超越離合防止絲杠逆轉(zhuǎn)的越離合防止絲杠逆轉(zhuǎn)的制動(dòng)裝置。制動(dòng)裝置。數(shù)控臥式銑鏜床主軸箱進(jìn)給絲杠的制動(dòng)裝置示意圖。滾珠絲杠副的密封與潤滑滾珠絲杠副的密封與潤滑 密封密封 1）絲杠的密封絲杠的密封 折疊套管折疊套管伸縮套管伸縮套管剛帶套

21、管剛帶套管伸縮套筒伸縮套筒 2）潤滑）潤滑 一般采用脂潤滑或滴油潤滑，絲一般采用脂潤滑或滴油潤滑，絲杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)采用噴霧潤滑。杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)采用噴霧潤滑。4.5.5 滾珠絲杠副的選擇方法和設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副的選擇方法和設(shè)計(jì)計(jì)算1. 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)防塵防護(hù)條件以及對調(diào)隙及預(yù)緊根據(jù)防塵防護(hù)條件以及對調(diào)隙及預(yù)緊的要求，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式。的要求，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式。滾珠絲杠副的選擇方法滾珠絲杠副的選擇方法2. 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸的選擇滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸的選擇1）公稱直徑）公稱直徑d0 公稱直徑應(yīng)根據(jù)軸向最大載荷按公稱直徑應(yīng)根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇；滾珠絲

22、杠副尺寸系列選擇； 效率效率承載能力承載能力滾珠直徑滾珠直徑bdd0300絲杠工作長度d2）基本導(dǎo)程）基本導(dǎo)程Ph 應(yīng)按承載能力及傳動(dòng)精度、傳動(dòng)速度選應(yīng)按承載能力及傳動(dòng)精度、傳動(dòng)速度選取；取； 要求傳動(dòng)速度快時(shí)，可選用較大導(dǎo)程的滾要求傳動(dòng)速度快時(shí)，可選用較大導(dǎo)程的滾珠絲杠副。珠絲杠副。大，大，承載能力大承載能力大小，小，傳動(dòng)精度高傳動(dòng)精度高3. 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算-I 已知條件：已知條件：最大工作載荷F（N）或平均工作載荷Fm；使用壽命T；絲杠的工作長度（或螺母的有效行程）L（m）；絲杠的轉(zhuǎn)速n（平均轉(zhuǎn)速nm或最大轉(zhuǎn)速nmax）（r/min）；滾道硬度HRC和運(yùn)轉(zhuǎn)情況。1

23、）承載能力選擇）承載能力選擇 計(jì)算作用于絲杠軸向最大動(dòng)計(jì)算作用于絲杠軸向最大動(dòng)載荷載荷Q，然后根據(jù)，然后根據(jù)Q值選擇絲杠副值選擇絲杠副的型號。的型號。式中：式中： L-滾珠絲杠壽命系數(shù)滾珠絲杠壽命系數(shù) T-使用壽命時(shí)間（使用壽命時(shí)間（h） 普通機(jī)械為普通機(jī)械為500010000， 數(shù)控機(jī)床及其它機(jī)電一體化設(shè)備及儀器裝置為數(shù)控機(jī)床及其它機(jī)電一體化設(shè)備及儀器裝置為15000)(max3NPffLQWH 61060nTL fw-運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) fH-硬度系數(shù)硬度系數(shù) Pmax-最大工作載荷最大工作載荷)(max3NPffLQWH較大沖擊或振動(dòng)時(shí)中等沖擊時(shí)平穩(wěn)或輕度沖擊時(shí)5 . 25 . 15 .

24、12 . 12 . 10 . 1Wf454 . 25056. 15 .5235. 15511. 1580 . 1HRCHRCHRCHRCHRCfH 從手冊或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可從手冊或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可以找出相應(yīng)的額定動(dòng)載荷以找出相應(yīng)的額定動(dòng)載荷Qa的滾珠絲杠螺母副的尺的滾珠絲杠螺母副的尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時(shí)應(yīng)使寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時(shí)應(yīng)使QaQ 注意注意： 當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)速當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)速n10r/min時(shí)，以最時(shí)，以最大靜載荷大靜載荷Q0為設(shè)計(jì)依據(jù)。為設(shè)計(jì)依據(jù)。2）傳動(dòng)效率的驗(yàn)算）傳動(dòng)效率的驗(yàn)算時(shí)滿足要求當(dāng)9 . 0)( tgtg其摩擦角約等于其摩擦角約等于滾動(dòng)摩擦系數(shù)滾

25、動(dòng)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 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絲杠的變形量包括：絲杠的變形量包括： 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因此因此: 滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算，主要是滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)

26、算，主要是驗(yàn)算驗(yàn)算 1 、 2 、 3之和不應(yīng)大于機(jī)床精之和不應(yīng)大于機(jī)床精度要求允許變形量的一半，否則，應(yīng)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?？紤]選用較大直徑的滾珠絲杠副。 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于預(yù)緊的作用，可將剛度提在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于預(yù)緊的作用，可將剛度提高高4倍。因此只要倍。因此只要 1 + 2 + 3=精度要求精度要求即可認(rèn)為該絲杠剛度合格。即可認(rèn)為該絲杠剛度合格。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，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(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其有沒有產(chǎn)生縱承受最大軸向負(fù)載時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其有沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險(xiǎn)

27、。向彎曲（失穩(wěn)）的危險(xiǎn)。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(jì)算：可用下式計(jì)算：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：22lEIfpZK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1雙推雙推-簡支簡支2雙推雙推-自由式自由式0.25臨界負(fù)載臨界負(fù)載PK與最大工作負(fù)載與最大工作負(fù)載Pm之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)nk。

28、nK-許用穩(wěn)定性安全系數(shù) 一般?。簄k=2.54求時(shí)，絲杠滿足穩(wěn)定性要當(dāng)kmkknFFn 設(shè)計(jì)滾珠絲杠副的已知條件：設(shè)計(jì)滾珠絲杠副的已知條件：hL4. 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算-II工作載荷工作載荷F(N)或平均工作載荷或平均工作載荷Fm(N), ,使用壽命使用壽命 (h)，絲杠的長度（或螺母的有效行程絲杠的長度（或螺母的有效行程) )L(M)，絲杠的轉(zhuǎn)速，絲杠的轉(zhuǎn)速n（平均（平均轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速nm或最大轉(zhuǎn)速或最大轉(zhuǎn)速nmax）（）（r min），以及滾道硬度），以及滾道硬度HRC和和運(yùn)轉(zhuǎn)情況運(yùn)轉(zhuǎn)情況 設(shè)計(jì)步驟及方法如下：(1)(1)絲杠副的計(jì)算載荷絲杠副的計(jì)算載荷F Fc c(N)

29、(N)(2)(2)計(jì)算額定動(dòng)載荷計(jì)算額定動(dòng)載荷mAHFCFKKKF 41.67 10mhaCn LCF(3)(3)根據(jù)在滾珠絲杠系列中選擇所需要的規(guī)格，使所選規(guī)格根據(jù)在滾珠絲杠系列中選擇所需要的規(guī)格，使所選規(guī)格的絲杠副的額定動(dòng)載荷。的絲杠副的額定動(dòng)載荷。(4)(4)驗(yàn)算傳動(dòng)效率、剛度及工作穩(wěn)定性，如不滿足要求則應(yīng)驗(yàn)算傳動(dòng)效率、剛度及工作穩(wěn)定性，如不滿足要求則應(yīng)另選其它型號并重新驗(yàn)算。另選其它型號并重新驗(yàn)算。(5) (5) 對于低速（對于低速（ ）傳動(dòng)，只按額定靜載）傳動(dòng)，只按額定靜載荷計(jì)算即可。荷計(jì)算即可。 aaCCmnhLCF式中：載荷系數(shù)，按表載荷系數(shù)，按表1選??；選??；硬度系數(shù)，按表硬度

30、系數(shù)，按表2選??；選??；精度系數(shù)，按表精度系數(shù)，按表3選??；選??；平均工作載荷平均工作載荷（N）；絲杠副的平均轉(zhuǎn)速絲杠副的平均轉(zhuǎn)速（r/min）；運(yùn)轉(zhuǎn)壽命運(yùn)轉(zhuǎn)壽命（h）；計(jì)算載荷計(jì)算載荷（N）。mFAKFKHK載 荷 性 質(zhì)無沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)一般運(yùn)轉(zhuǎn)有沖擊和振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)KF11.21.21.51.52.5滾道實(shí)際硬度HRC5855504540KH1.01.111.562.44.85精度系數(shù)C、DE、FGHKA1.01.11.251.43表1表2表3例題例題hL試設(shè)計(jì)一數(shù)控工作臺進(jìn)給用滾珠絲杠副試設(shè)計(jì)一數(shù)控工作臺進(jìn)給用滾珠絲杠副。已知平均工已知平均工作載荷作載荷Fm =3800N, ,絲杠工作長度絲杠工

31、作長度l =1.2m，平均轉(zhuǎn)速，平均轉(zhuǎn)速nm =100r/min,最大速度最大速度nmax =10000r/min,使用壽命使用壽命 =15000h左右，絲杠材料為左右，絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為鋼，滾道硬度為5862HRC，傳動(dòng)精度要求高。，傳動(dòng)精度要求高。 解：（1 1）求計(jì)算載荷）求計(jì)算載荷FcFc 0.03 1.21.01.038004560CFHAmFK K K FN（2 2）根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷）根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷44100 150004560204221.67 101.67 10mhaCn LCFN（3 3）根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷選擇絲杠副尺寸）根據(jù)必須的額定

32、動(dòng)載荷選擇絲杠副尺寸，規(guī)格如下：規(guī)格如下：規(guī)格型號D0公稱導(dǎo)程p絲杠外徑d鋼球直徑dW絲杠底徑d1循環(huán)圈數(shù)動(dòng)負(fù)荷Ca(KN)FFZD3210-3321032.57.14427.3325.7FFZD5006-550648.9445.9526.4考慮各種因素，選考慮各種因素，選FFZD5006-5，其中：，其中： 公稱直徑：公稱直徑：D0=50mm 導(dǎo)程：導(dǎo)程：p=6mm 螺旋角：螺旋角：=arctan(6/(50)=211 滾珠直徑：滾珠直徑：d0=4mm 滾道滾道半徑：徑：R =0.52d0=0.524=2.08mm 絲杠內(nèi)徑：絲杠內(nèi)徑：d1=45.9mm(4) (4) 穩(wěn)定性驗(yàn)算穩(wěn)定性驗(yàn)算：

33、假設(shè)為雙推假設(shè)為雙推簡支（簡支（F FS S），因?yàn)榻z杠較長，所以用壓桿），因?yàn)榻z杠較長，所以用壓桿穩(wěn)定性來求臨界載荷穩(wěn)定性來求臨界載荷式中：式中：E E 絲杠的彈性模量，對鋼絲杠的彈性模量，對鋼 絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩 長度系數(shù)，兩端用鉸接時(shí)，長度系數(shù)，兩端用鉸接時(shí)，crF22( )acrEIFl206EGPaaI44740.04592.18 106464adIm2 / 32297522206 102.18 106.93 10()(2/ 3 1.2)acrEIFl56.93 10182.2 2.5 43800crmFSF所以，絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。支承方式有關(guān)系數(shù)雙推自由FO雙推簡支FS雙推雙推FFS342.54.322/3Fc1.8754.9274.730臨界轉(zhuǎn)速 驗(yàn)證高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠最高高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠最高轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算：臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算：maxcrnn221223.9270.045999109910109602( )(1.2)3ccrf dnlmax10000crnncrn