【文章內(nèi)容簡介】 須有制動裝置。滾珠絲桿可以消除反向間隙并施加預載，有助于提高定位精度和剛度。 滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機械元件，其作用是將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動或將直線運動轉變?yōu)樾D運動，它是傳統(tǒng)滑動絲杠的進一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動軸承對滑動軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運用于 各種工業(yè)設備、精密儀器、精密數(shù)控機床。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機床直線驅動執(zhí)行單元，在機床行業(yè)得到廣泛運用，極大的推動了機床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。 滾珠絲桿的特點主要有： （ 1） 傳動效率高 在滾珠絲桿副中，自由滾動的滾珠將力與運動在絲桿與螺母之間傳遞。這一傳動方式取代了傳統(tǒng)螺紋絲桿副的絲桿與螺母間直接作用方式，因而以極小滾動摩擦代替了傳統(tǒng)絲桿的滑動摩擦。使?jié)L珠絲桿副傳動效率達到 90%以上，為滑動絲桿副的 2～ 4 倍，整個傳動副的驅動力矩減少至滑動絲桿的 1/3 左右，發(fā)熱率也因此得以大幅降低。 （ 2） 運動平穩(wěn) 滾珠絲桿副在工作中摩擦阻力小，靈敏度高，而且摩擦系數(shù)幾乎與運動速度無關，啟動摩擦力矩與運動時的摩擦力矩的差別很小。所以滾珠絲桿副運動平穩(wěn)，啟動時務顫動，低速時無爬行。 （ 3） 可以預緊 通過對螺母施加預緊力能消除絲桿副的間隙，提高軸向接觸剛度，而摩擦力矩的增量卻不大。 （ 4） 定位精度和 重復定位精度高 由于前述的三個特點，滾珠絲桿副發(fā)熱率低 ,溫升以及在加工過程中對絲桿采取預緊拉伸并預緊消除軸向間隙等措施 ,因此采用精 密滾珠絲桿副時可以獲得較高的定 （ 5）使用壽命長 滾珠絲桿和螺母均用合金鋼制造，螺紋滾道經(jīng)熱處理（硬度 HRC58～ 62）后 7 磨至所需的精度和表面粗糙度，具有較高抗疲勞的能力。滾動摩擦磨損極微，因此具有較高的使用壽命和精度保持性。實踐證明，使用壽命約為普通滑動絲桿副的 4～ 10 倍，甚至更高。 （ 6） 同步性好 由于滾珠絲桿副運轉順滑、消除軸向間隙以及制造的一致性，采用多套相同的滾珠絲桿副同時傳動幾個相同的部件或裝置時，由于反應靈敏，無阻滯，無滑移，可以獲得較好的同步運動。 （ 7）使用可靠，潤滑簡單，維 修方便 與液壓傳動相比，滾珠絲桿副在正常使用條件下故障率低。維修保養(yǎng)也極為簡單，通常只需進行一般的潤滑和防塵。 （ 8）不自鎖 由于滾珠絲桿副的 摩擦角小，所以不能自鎖。當用于豎直傳動或需急停時，必須在傳動系統(tǒng)中附加自鎖機構或制動裝置。 （ 9）傳動可逆性 滾珠絲桿副沒有滑動絲桿粘滯摩擦，消除了在傳動過程中可能出現(xiàn)的爬行現(xiàn)象，滾珠絲桿副能夠實現(xiàn)兩種傳動方式 —— 將旋轉運動轉化為直線運動或將直線運動轉化為旋轉運動并傳遞動力。 滾珠絲桿副的消除間隙和預加載荷 滾珠絲桿可以消除反向間隙。為了提高剛度，還可使它在過盈的條件下工作，即可以預加載荷，或稱預緊。消除間隙和預加載荷有很多方法。在機床上常用的是雙螺母法。把左、右螺母往兩頭撐開，左、右螺母接觸方向相反。左、右螺母裝在一個共同的螺母體內(nèi)。這就可使螺母作為一個整體，與絲桿間處于無間隙或過盈狀態(tài)以提高接觸剛度。常見的消除間隙和預加載荷的方式有雙螺母式和齒差式。本設計采用的是雙螺母墊片預緊的方式。 滾珠絲桿的預緊是根據(jù)下述原則確定的：如在預緊后的滾珠螺母體上受一個外載荷 F，方向為向右，則右螺母 4的接觸變形（指螺母滾道 鋼珠 絲桿滾道沿接觸線的變形）加大，左螺母則減小。 F大到某種程度，可使左螺母的接觸變形減小到零。如果 F再加大，則左螺母與絲桿間將出現(xiàn)間隙，影響定位精度?？梢宰C明，使不受力側 的螺母接觸變形降至零的外載荷 F，約等于預加載荷 0F 的 3倍，（準確值為 倍）， F=30F。因此，滾珠絲桿的預加載荷的 0F，應不低于絲桿最大軸向載荷的 1/3。預緊后的剛度，可提高到為無預緊時的 2倍。但是，預加載荷過大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。通常，滾珠絲桿在出廠時，就已由制造廠調(diào)好預加載荷。預加載荷往往與絲桿副的額定動載荷 aC 有一定的比例關系。 滾珠絲桿副的結構 滾珠絲桿副的結構主要有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種方式。本設計采用內(nèi)循環(huán)（浮動反向器）方式。其主要特性有： （ 1） 滾珠返回通道短，不受負荷的滾珠最少，滾珠間摩擦損失小，提高了傳動的靈敏度； 8 （ 2） 螺母徑向和軸向尺寸較??； （ 3） 返回器剛性高，滾珠循環(huán)裝置有較高的可靠性； （ 4） 返回器在螺母返回孔內(nèi)自由浮動，返回器回路與螺母螺紋滾道的對接可以自動調(diào)整，滾珠在返回循環(huán)過程中摩擦阻力小，傳動平穩(wěn)，定位精確； （ 5） 返回器如用工程塑料制作，則吸振性能好，耐磨，噪聲小，一次成型，工藝簡單，成本低。 本設計采用雙螺母墊片預緊的方式。雙螺母預緊的特點有： （ 1） 修磨墊片來改變兩個螺母間的軸向距離。分為拉伸預緊和壓縮預緊兩種。本設計采用拉伸預緊的方式。 （ 2） 結構簡單，調(diào)整片做成兩半，修磨時不需擰下螺母。調(diào)整后不易松動，剛度高。 滾珠絲桿副的尺寸計算 A. 根據(jù)定位精度要求確定脈沖當量選擇步距角 根據(jù)經(jīng)驗，初步選擇導程為 5mm 的絲桿；本系統(tǒng)中的定位精度均為177。 ，因此脈沖當量均取 =， 為脈沖當量為 ； i 為傳動比 因為本滑臺的滾珠絲杠和電機是用聯(lián)軸器直接相連，故 i=1， 可得步進電機步距角 根據(jù)快速進給速度，確定電機的最高運行頻率 vmax 為工作臺運行最高速度（ m/min）； fmax 為步進電機最高運行頻率（ Hz）。 代入工作臺最快進給速度 60m/min，脈沖當量 B. 根據(jù)電機的最高運行頻率及步距角，確定電機最高轉速 計算可得 nmax=2400r/min 9 滾珠絲杠計算、選擇 i. 導程的選擇 絲桿的導程必須滿足下式 Ph0 為導程（ mm） Vmax 為工作臺運行最高速度（ mm/s）； nmax 為電機最高轉速（ r/min） 。 I為傳動比 。 代入數(shù)據(jù)得導程 Pho≥ 5mm，故取 PB=5（ mm） ii. 平均轉速由于我們要選擇的絲桿的運轉方式為無切削方式，由上表可知 取絲桿平均轉速 nm=1400r/min 由于我們要選擇的絲桿的運轉方式為無切削方式，由上表可知 取絲桿平均轉速nm=1400r/min 10 iii. 平均載荷 Fm 軸向載荷 Fa=Fw+F Fw為摩擦阻力， Fw=μ mg 其中 m=10kg，μ取 。 F為切削阻力，為 0。 計算可得 Fa=。 故平均載荷 Fm=Fa= iv. 時間壽命與回轉壽命 工作壽命為 5年，一年工作 300 天，每天工作 6 小時，因此工作壽命Lh=5*300*6=9000（小時） 回轉壽命 L=Lh*nmax*60*I=6480000000r v. 額定動載荷 ???? Fw為載荷系數(shù)，此處為普通運動，由下表取 Fw= 計算可得 Ca= 故選絲桿時，絲桿的額定動載荷 Ca 應該大于等于 vi. 預緊載荷 ?????? Fao=Fa/3=vii. 絲桿公稱直徑 ???? 絲桿臨界轉速 nk=2400*5247。 =3000r/min 11 ln為臨界長度，取 350mm fnk為支承系數(shù)，當支承方式為固定 支承時，取 計算可得 d2= 故所選的絲桿的底徑 d2 應大于等于 viii. 絲桿初選 綜上可知 ，我們要選的絲桿應滿足： 導程 Pho≥ 5mm 底徑 d2≥ 額定動載荷 Ca≥ 又根據(jù)所設計的二維滑臺的精度等設計要求，我們初步選取的絲桿型號如下 N F S G 20 179。 5 179。 3