【文章內容簡介】 系統(tǒng)部件的選擇與設計 （ 5） 單螺母變位導程自預緊式 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 導程 導程+ Δ 導程絲杠側螺母側預拉方向 預拉方向機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 目前制造的單螺母式滾珠絲杠副的軸向間隙達 ，而雙螺母式的經加預緊力調整后基本上能消除軸向間隙 。 應用該方法消除軸向間隙時應注意以下兩點： （ 1） 預緊力大小必須合適 ， 過小不能保證無隙傳動；過大將使驅動力矩增大 ， 效率降低 ， 壽命縮短 。 預緊力應不超過最大軸向負載的 1/3。 （ 2） 要特別注意減小絲杠安裝部分和驅動部分的間隙 ， 這些間隙用預緊的方法是無法消除的 ， 而它對傳動精度有直接影響 。 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，對滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)的剛度和精度都有很大影響，需在設計、安裝時認真考慮。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，僅當軸向載荷很小時，才用向心推力軸承。以下列出了四種典型支承方式及其特點。 滾珠絲杠副的安裝 四、滾珠螺旋傳動 1．軸向剛度較高； 2．預拉伸安裝時，須加載荷較大，軸承壽命比方案 2低； 3．適宜中速、精度高，并可用雙推 — 單推組合。 單推 — 單推 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計四、滾珠螺旋傳動 1．軸向剛度最高； 2．預拉伸安裝時，須加載荷較小，軸承壽命較高 3．適宜高速、高剛度、高精度。 雙推 — 雙推 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計四、滾珠螺旋傳動 1．軸向剛度不高，與螺母位置有關； 2．雙推端可預拉伸安裝； 3．適宜中速、精度較高的長絲杠。 雙推 — 簡支 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計四、滾珠螺旋傳動 1．軸向剛度低，與螺母位置有關； 2．雙推端可預拉伸安裝； 3．適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短絲杠。 雙推 — 自由 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計制動裝置 1. 試述滾珠絲杠副工作原理？ 2. 滾珠絲杠副的常用循環(huán)方式有 哪 兩種 ？ 3. 試述滾珠絲杠副安裝時的支承方式及其特點？ 4．滾珠絲杠副軸向間隙的調整預緊方法有哪些？ 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 課內問題 1．滾珠絲杠副結構的選擇 根據防塵防護條件以及對調隙及預緊的要求，可選擇適當的結構型式。例如： 當 允許有間隙 存在時 (如垂直運動 )可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副； 當必須有預緊或在使用過程中 因磨損而需要定期調整 時，應采用雙螺母螺紋預緊或齒差預緊式結構； 當具備良好的防塵條件，且 只需在裝配時調整間隙及預緊力 時，可采用結構簡單的雙螺母墊片調整預緊式結構。 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 項目四 滾珠絲杠及設計計算 2．滾珠絲杠副的主要尺寸參數 公稱直徑 d0、 基本導程 L0（ 或螺距 t）、 行程 L； 此外還有絲桿螺紋大徑 d、 絲桿螺紋小徑 d 滾珠直徑 db、 螺母螺紋大徑 D、 螺母螺紋小徑 D 絲桿螺紋全長 LS等。 3．滾珠絲杠副結構尺寸的選擇 公稱直徑 d0應根據軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選樣；螺紋長度 LS在允許的情況下要盡量短，一般取 LS／ d0小于 30為宜；基本導程 L0 （ 或螺距 t） 的大小應根據機電一體化系統(tǒng)的承載能力、傳動精度要求確定。 L0大承載能力也大， L0小傳動精度較高。要求傳動速度快時，可選用大導程滾珠絲扛副。 滾珠的工作圈（或列）數和工作滾珠的數量 N由試驗可知：第一、第二和第三圈（或列）分別承受軸向載荷的 50％、 30％和 20％左右。因此，工作圈（或列）數一般取 — 。滾珠總數 N一般不超過 150個。 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 4．滾珠絲杠副的精度等級 — 91（ ISO3408— 3： 1992 ）《 滾珠絲杠副的驗收技術條件》，將滾珠絲杠副的精度分為 7個精度等級 ，即 1， 2， 3，4， 5， 7， 10級。 1級精度最高，依次遞減。標準中對各級精度的滾珠絲杠副的行程偏差有多個項目的規(guī)定。 型號 : 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 強度計算、剛度校核、穩(wěn)定性校核及臨界轉速校核 對于傳遞扭矩大 、 傳動精度要求高的滾珠絲杠 ， 應校核其剛度 ， 即驗算滾珠絲杠滿載時的變形量 。 對于細長受壓的滾珠絲杠 ， 應核算其壓桿穩(wěn)定性 。 即在給定的支承條件下承受最大軸向壓縮載荷時 ， 是否會產生縱向彎曲 。 對于轉速較高 、 支承距離較大的滾珠絲杠 ， 應核算其臨界轉速 。 即核算其最高轉速是否接近其橫向固有頻率而產生共振 。 一般絲杠工作轉速低于 100r/min時無需核算 。 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 一般情況下 ， 設計選用滾珠絲杠時必須知道下列條件： 最大工作載荷Ｆ max（ 或平均工作載荷Ｆ m） 作用下的使用壽命Ｔ 、 絲杠的工作長度（ 或螺母的有效行程 ） 、 絲杠的轉速 n（ 或平均轉速 nm） 、 滾道的硬度 HRC值及絲杠的運轉情況 ， 然后按下列步驟進行設計： ① 由公式 Cm＝ Ｆ mL^(1/3)fw/fa計算出作用在滾珠絲杠上的當量動載荷Ｃ m的數值 。 ② 從滾珠絲杠系列表 （ 或產品樣本 ） 中找出額定動載荷Ｃ a大于當量動載荷Ｃ m， 并與其相近值 ， 同時考慮剛度要求 ， 初選滾珠絲杠副的型號和有關參數 。 ③ 根據具體工作類型 （ 定位或傳動型 ） 、 循環(huán)方式 、 預緊方法及結構特征等方面的要求 ， 從初選的幾個型號中再挑選出比較合適的公稱直徑 d0， 導程Ｌ Ｏ 及負荷鋼球圈數 ， 確定某一型號 。 ④ 根據所選出的型號 ， 算出其主要參數的數值 ， 驗算其剛度及穩(wěn)定性等是否滿足要求 ， 如不滿足要求 ， 則需另選其他型號 ， 再作上述的計算和驗算直至滿足要求為止 。 ⑤ 對于低速運轉 （ n≤ 10r/min） 的滾珠絲杠 ， 無需計算其當量動載荷 Cm值 ， 而只考慮其額定靜載荷 Coa是否充分地超過了最大工作負載 Fmax。 一般取Coa/Fmax＝２～３ 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 實例 1 試計算一數控銑床工作臺進給用滾動螺旋傳動 。 已知平均工作載荷Ｆ m＝ 3800Ｎ ， 螺桿工作長度Ｌ＝ m， 平均轉速 nm＝ 100 r/min， 要求使用壽命Ｌ 0＝ 15000h左右 ， 螺桿材料為Ｃ rWMn鋼 ， 滾道硬度 58～ 62HRC。 解： （ 1） 求出滾珠絲杠上的當量動載荷 Cm的數值 平均載荷 Fm＝ 3800N 使用壽命 T＝ 15000h 工作壽命 L＝ 60nmT/106＝ 60 100 15000/106＝ 90 取 fa＝ 1， fw＝ Cm＝ FmL1/3fw/fa＝3800 901/3 ＝ （ 2） 從滾珠絲杠系列表中找出其相近值；可選的規(guī)格有： 1） D0＝ 50mm(公稱直徑 ) d0＝ (滾珠直徑 ) L0＝6mm(螺距 ) λ ＝ 2022ˊ( 螺旋升角 ) Ca＝ 24000N(額定動載荷 ) 圈數 列數 ＝ 1 3 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 2） D0＝ 40mm d0＝ L0＝ 6mm λ ＝ 2044ˊ 圈數 列數 ＝ 1 4 Ca＝ 26450N 3） D0＝ 32mm d0＝ L0＝ 6mm λ ＝ 3025ˊ 圈數 列數 ＝ 1 4 Ca＝ 24000N 4） D0＝ 63mm d0＝ L0＝ 6mm λ ＝ 2022ˊ 圈數 列數 ＝ 1 2 Ca＝ 25650N （ 3） 考慮各種因素選用 1） 。 滾道半徑 R為 R＝ ＝ ＝ 偏心距為： e＝ (R－ d0/2)＝ (－ )mm＝ 102mm 螺桿內徑為： d1＝ D0+2e2R＝ (50+)mm＝ （ 4） 穩(wěn)定性計算 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 因螺桿較長 ， 所以穩(wěn)定性驗算應以下式求臨界載荷 Fcr=π2EIa/(μl)2 式中Ｅ ―― 螺桿材料的彈性模量 ， 對于鋼 ， Ｅ＝ 206ＧＰ a；Ia― 螺桿危險截面的軸慣性矩； μ ― 長度系數 ， 兩端用鉸接時 ， μ ＝１； 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 （ ５ ） 剛度驗算 按最不利情況考慮 ， 螺紋螺距因受軸向力引起的彈性變形與受轉矩引起彈性變形方向是一致的 。 故有 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 每米螺紋長度上的螺紋距離的彈性變形為 滾動螺旋 （ δ ｓ／ｓ ） p可按滑動螺旋 （ 同精度等級 ） 的一半定 ，根據有關表得出 （ δ ｓ／ｓ ） ＝ 15μ m/m。 所以 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 1. 試述滾珠絲杠副主要尺寸參數及其涵義？ 2. 試述滾珠絲杠副的精度等級及標注方法？ CDM5010— 3— P3 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 課內問題 1. 同步齒形帶傳動 同步齒形帶，是一種新型的帶傳動 。 （一）同步齒形帶的特點： 傳動過程中無相對滑動，因而可以保持恒定的傳動比，傳動精度較高。 同步帶傳動工作平穩(wěn)，結構緊湊，無噪音，有良好的減振性能，無需潤滑。 同步帶無需特別緊張，故作用在軸和軸承上的載荷較小，傳動效率較高。 同步帶傳動的缺點是制造工藝較復雜，傳遞功率較小，壽命較低。 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計 （二）同步齒形帶的結構 根據齒形的不同，同步齒形帶可以分成兩種。一種是梯形齒同步帶，另一種是圓弧齒同步帶。 梯形齒應力集中在齒根部位，與帶輪是圓弧形接觸，當小帶輪直徑較小時，