【文章內(nèi)容簡介】 max 10. 25 [ ]Pp?? 由此可知，此選擇的導(dǎo)軌可用。 適用于滾動導(dǎo)軌的材料必須滿足硬度高，性能穩(wěn)定以及良好加工性能的特性，低碳合金鋼如 20Cr，經(jīng)滲碳淬火，表面硬度可達 60～ 63HRC；合金結(jié)構(gòu)鋼，如 40Cr，淬火后低溫回火，硬度可達 45～ 50HRc，加工性能良好，但硬度較低；合金工具鋼，淬火之后低溫回火，硬度可達 60～ 64HRC，這種材料性能穩(wěn)定，可以制造變形小，耐磨性高的導(dǎo)軌；氮化鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火后，表面氮化，可得到很高的表面硬度（ 850HV），但硬化層很薄，加工成本高；鑄鐵，硬度可達到 230～ 240HBS，加工方便，滾動體用滾珠，一般可滿足使用要求，在此裝置中的滾動導(dǎo)軌的材料選用鑄鐵導(dǎo)軌 。 滾動體的材料一般采用滾動軸承鋼（ GCr15），淬火后硬度可達到 60～66HRC。 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計與尺寸確定 滾珠絲杠副傳動與滑動絲杠 傳動相比其主要特點是： 傳動效率高 一般可達 95%以上是滑動絲杠傳動的 2~4 倍； 運動平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速無爬行； 可以預(yù)緊、消隙絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度； 定位精度和重復(fù)定位精度高； 使用壽命為普通滑動絲杠的 4~6 倍甚至更高； 同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳動時傳動幾個相同的部件或裝置時，可獲得較好的同步性； 使用可靠、潤滑簡單、維護方便； 不自鎖，可逆向傳動，即螺母為主動，絲杠為被動。旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)?[]p kd ?? 22 直線運動； 由專業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便。 滾珠 絲杠副作為精密、高效的傳動元件在精密機床、數(shù)控機床得到廣泛應(yīng)用，在機械工業(yè)、交通運輸、航天航空、軍工產(chǎn)品等各個領(lǐng)域應(yīng)用得很普遍，可用作精密定位自動控制、動力傳遞和運動轉(zhuǎn)換。 滾珠絲杠螺母副的選用 滾珠絲杠螺母副的特點 滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式一般分外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。外循環(huán)過程中滾珠與絲杠脫離接觸，目前使用插管完成滾珠循環(huán)的結(jié)構(gòu)，工藝性好，結(jié)構(gòu)簡單，但滾道管子突出于螺母外表，所以外循環(huán)絲杠螺母徑向尺寸較大。對于內(nèi)循環(huán)方式，滾珠絲杠螺母副在循環(huán)過程中滾珠始終保持與絲杠接觸。這時在左、右螺母上 各裝 2 個回珠反向器，它迫使?jié)L珠越過絲杠的螺母外徑，進入相鄰的螺紋滾道，滾珠經(jīng)過不到一圈即返回。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副工作滾珠數(shù)目少，流暢性好，摩擦損失小，傳動效率高，徑向尺寸緊湊，軸向剛度好，但回珠器槽形復(fù)雜，需三坐標數(shù)控機床才能加工。滾珠絲杠螺母副可以通過左右螺母的相互離開和相互靠近達到 消除間隙的目的；當有過盈時，即為預(yù)緊。常用的消除間隙或預(yù)加載的辦法如下： （ 1）螺絲式調(diào)隙結(jié)構(gòu)。 2 個螺母中的 1 個帶有外伸螺紋套筒， 2 個螺母均裝有平健用來防止轉(zhuǎn)動。用轉(zhuǎn)動外伸螺紋套筒上的 2 個鎖緊螺母的方法來調(diào)整間隙和加預(yù)載 。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，被廣泛應(yīng)用，但調(diào)隙量不易精確。 （ 2）墊片式調(diào)隙結(jié)構(gòu)。 通過改變調(diào)整墊片的厚度，使 2 個螺母產(chǎn)生相對位移，用以消除間隙，并產(chǎn)生預(yù)緊力。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單可靠，剛性好，裝卸方便，特別是將墊片做成半環(huán)結(jié)構(gòu)時，修磨再裝就很方便。 （ 3）齒差式調(diào)隙結(jié)構(gòu)。 在兩個螺母的外凸緣上加工出兩個齒輪（齒數(shù)差為 1）。這兩個齒輪分別與螺母兩端的兩個內(nèi)齒圈相嚙合 .內(nèi)齒圈用螺釘緊固在螺母座上。只要轉(zhuǎn)動其中一個螺母，就會使兩個螺母的相對位置發(fā)生變化，以調(diào)整軸向間隙和預(yù)緊力。 由于此檢 查裝置工作負載很小，沖擊力幾乎為零，所以選用內(nèi)循環(huán)、浮 23 動反向器式滾珠絲杠螺母副。其浮動式的優(yōu)點是：具有較好的摩擦特性，預(yù)緊力矩為固定反向器的 1/3~1/4，在預(yù)緊時，預(yù)緊力上升平緩，適用于各種高靈敏、高剛度的精密進給定位系統(tǒng)。重載荷、多頭螺紋、大導(dǎo)程不宜采用。 同時為了滿足滾珠絲杠的定位及預(yù)緊，特設(shè)計一對滾珠螺母，有為了滿足設(shè)計要求： j=3，但對于滾珠絲杠螺母副來說螺母是成對使用的，如果設(shè)計成兩螺母副中一個為一個循環(huán)，另一個為兩個循環(huán)。這樣在預(yù)緊的時候兩螺母所受的預(yù)緊力是一致的，但兩邊滾珠所受的力是不一樣大 小的，使只要一個循環(huán)的螺母的一端滾珠與滾道的應(yīng)力加大，這樣就加快了這一端的失效，所以依然采用兩端兩個循環(huán)的結(jié)構(gòu)。 滾珠絲杠螺母副的計算 1. 滾珠絲杠的主要技術(shù)參數(shù)： (1)名義尺寸 D0 滾珠絲杠的名義直徑 D0 是指滾珠中心圓得直徑。 D0 值的選擇與滾珠絲杠的承載能力有關(guān)。 D0 值越大絲杠的承載能力越大。用于數(shù)控機床進給驅(qū)動中的滾珠絲杠，取 D0=20mm~100mm。選擇 D0 值應(yīng)大于絲杠長度 L0 的 1/35~1/30。 但 D0 值過大，將造成絲桿自重過大，容易引起彎曲，且增大驅(qū)動力矩。因此較大的 D0 值的 絲杠常采用空心結(jié)構(gòu)。 (2)基本導(dǎo)程 Ph 導(dǎo)程 Ph 應(yīng)根據(jù)設(shè)置的脈沖指令要求和負載情況來選擇。 Ph 值大時，允許使用的滾珠直徑也大，因而承載能力較強。同時，當名義直徑 D0 確定后，Ph 大可使螺紋升角 β 變大，一般 β＞ 2o，通常取 β＞ ，這樣才能保證高的轉(zhuǎn)動效率。因為 β2o 時傳動效率明顯下降。 但 Ph 值過大會造成絲杠部件，特別是螺母加工的困難。如磨削螺母滾道時易發(fā)生干涉現(xiàn)象。 初選 Ph=4mm。 (3)滾珠直徑 d0。 滾珠直徑 d0 值可根據(jù)制造廠的產(chǎn)品規(guī)格查得。在絲杠的導(dǎo)程一定后，滾珠直徑過大，會降低絲杠的抗剪 切和抗彎曲能力。一般取 d0=。 初選 d0=20mm。 (4)滾珠的工作圈數(shù) j 和工作滾珠總數(shù) N。 根據(jù)以往人們的試驗結(jié)果，在滾珠絲杠的滾珠中，各圈滾珠所承受的載 24 荷是不均勻的。第一圈承受總載荷的 30%~45%；而第五圈至第十圈總共才承受載荷的 10%。由此可見過多的工作圈數(shù)對提高承載能力的作用不大。同時工作圈數(shù)越多，分布在滾道內(nèi)的滾珠個數(shù)要增加，容易引起滾珠流動不暢。因此，工作圈數(shù) j 一般取 ~ 圈，而工作滾珠總數(shù)以不大于 150 個為宜。 但滾珠個數(shù)過少，也會造成滾珠和螺紋滾道負荷集中，接觸點受力過 大等問題。 因此在此設(shè)計中初選 j=3。 (5)列數(shù) k。 選擇滾珠循環(huán)方式時必須保證滾珠流動的暢通。為此工作圈數(shù) j 不應(yīng)過多。但是在要求工作圈數(shù)多的場合，可采用雙列或多列式螺母的結(jié)構(gòu)形式。 2. 滾珠絲杠的參數(shù)確定： (1)移動部分重量估算： 根據(jù)外形尺寸及所用材料的密度估算移動部分的重力為： 3310 7. 8 10 10 37 3??? ? ? ? ?G=[ （++1+++） ， 則總重為 400N。 (2)初選公稱直徑 D0=20mm； Ph=4mm。則 3whD P m m??；接觸角 α 為45 度； (3)基本額定靜 載荷 Coa。 (45) 式 中 α— 接觸角（ 186。） DW— 鋼球直徑（ mm） z— 每圈螺紋滾道內(nèi)的鋼珠數(shù)量 i— 螺母的總工作圈數(shù)， i=圈數(shù)列數(shù) d0 — 滾動螺旋副的公稱直徑（ mm） rs— 螺桿滾道的曲率半徑 foa— 基本額定靜載荷特性值 因 2 sinoa oa wC f izD ??0 20 2 0 .93wzdD? ?? ? ? 25 取整 z＝ 30 032c o s 0 . 1 0 62 0 2ws Drad? ? ? ? 則： (4)基本額定動載荷的計算 0. 7 2 / 3 1. 8( c os ) ta na c WC f i z D??? (46) 10. 41 0. 3912 [ ] [ ( ) ]11 2ScuNrsCf f f fCf? ???? 1 sin10(1 )3f ??? 2 1/ 3(1 )(1 )rrf r?? ? [ ] 1uu hlf pi?? 1 .7 2 0 .4 1121( ) [ ]11 2S rNNrsCfrCrf??? ?? NrNWrf D? srSWrf D? 0 cosWDr d ?? 0Wdz D?? (取整 ) 式中 α— 接觸角（ 186。） z— 每圈螺紋滾道內(nèi)的鋼珠數(shù)量 1 3 .8 7 1 3 .8 7 4 2 .1 61 1 0 .1 6( 1 ) ( 1 ) 1121 2 0 .5 5 1 0 .1 6oasr s sf rfr? ? ?? ? ? ??? ??? ? ? ?? ??? ? ? ?2 24 2 . 1 6 3 3 0 3 2 4 1 4 7 . 42oaC ? ? ? ? ? ? ? 26 DW— 鋼球直徑（ mm） i— 螺母的總工作圈數(shù) d0 — 滾動螺旋副的公稱直徑（ mm） Ph— 導(dǎo)程（ mm） lu— 有效工作行程（ mm） rN — 螺母滾道 的曲率半徑 rs— 螺桿滾道的曲率半徑 fu— 工作行程系數(shù) frN— 螺母的適應(yīng)度 frs— 螺桿的適應(yīng)度 fc— 額定動載荷特性，與材料的性能、滾道的幾何形狀有關(guān) 則： Ca= 查文獻 [機械設(shè)計手冊 ]表 取 d0 =20mm，圈數(shù)列數(shù) =1 4， DW =3 綜上所述，選用 CMD20205 的滾珠絲杠副，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表 41： 滾珠絲杠螺母副的驗算 1. 工作力的估算 在此檢查裝置中，其滾珠絲杠在工作中所受的力很小，因為在工作中，測頭與被 測 件 的摩擦力以及機器的本身的摩擦力幾乎是全部的工作力。 由于采用的是滾珠導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)為 ~。根據(jù)估算得知移動部分的重量約為 400N,取摩擦系數(shù) u=，則 f=u N =*400=2N，滾珠導(dǎo)軌的預(yù)緊力所形成的工作力估為 1N，則總的工作力為 3N。 41 滾珠絲杠技術(shù)參數(shù)表 主要尺寸 符號 計算公式與結(jié)果 螺紋滾道 公稱直徑 D0 20 導(dǎo)程 Ph 4 接觸角 ? 45176。 鋼珠直徑 d0 3 27 螺紋 滾道曲率半徑 sr ? ? 000. 51 ~ 0. 56 0. 55 1. 65sr d d? ? ? 螺紋升角 ? 0a r c ta n / ??? ? ? 螺桿 螺桿大徑 ｄ 0 0 0( ~ ) 20 D d d? ? ? ? ? 螺桿小徑 1d 1 0 0 17d D d? ? ? 螺桿接觸點直徑 kd 00 c os 17. 88kd D d ?? ? ? 螺桿牙頂圓角半徑 ar 00( ~ ) d d? ? ? 偏心距 e 7 ( / 2) 6se r d? ? ? 螺母 螺母螺紋大徑 D 0023D D d? ? ? 螺母螺紋小徑 1D 1 0 0( ) 20. 6D D D d? ? ? ? 滾珠絲杠的支承有三種主要形式： (1)一端定，一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進給絲杠； (2)一端固定，一端浮動的方式，通常用于較長的臥式安裝絲杠。 (3)兩端固定方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對絲杠進行預(yù)拉伸。 由于此裝置是精度較高的檢測裝置，選擇第三種的支承方式。 滾珠絲杠常用的滾動軸承有以下兩類： (1)接觸角為 60186。的角接觸球軸承，這是目前國內(nèi)外廣泛采用的滾珠絲 杠軸承，這種軸承可組合配置。 (2)剛度驗算 滾珠絲杠工作負載 P 一起的導(dǎo)程 L0 的變化量 0pLL EA? ?? 28 式中 A— 絲杠內(nèi)徑處的截面積（ m2）； E— 彈性模量，對于鋼， E=2 102（ GPa）； L0— 導(dǎo)程（ mm）。 因為軸向所受牽引力最大，故應(yīng)用軸向的參數(shù) P 為工作力，經(jīng)估算其值為 3N L0=Ph=4mm 62200 10 ( / )E N c m?? 4( 17 / 2) 227 .0AR?? ? ? 則 導(dǎo)程總誤差為： ? ?11 300= = 8 . 8 1 1 0 6 . 6 1 /4hLL m mP ??? ? ? ? ? 查文獻 [機械設(shè)計手冊 ]表 ，所選足滿足設(shè)計要求。 變速機構(gòu)中 齒輪的 設(shè)計 因步進電機的步距角 θ b=176。，滾珠絲杠螺距 Ph=4mm，要實現(xiàn)脈沖當量 δ p=。在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動，齒輪傳動比為 ： μ=Z1/Z2