【文章內(nèi)容簡介】 0。n 滾珠螺旋傳動與滑動螺旋傳動或其它直線運動副相比，有下列特點：n （ 1）傳動效率高 一般滾珠絲杠副的傳動效率達90％ ~95％，耗費能量僅為滑動絲桿的 1/3。四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動56n （ 2）運動平穩(wěn) 滾動摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動與工作摩擦力矩差別很小。啟動時無沖擊，預緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提高接觸剛度和傳動精度。n （ 3）工作壽命長 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度 (HRC58—62) 、高精度，具有較長的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動絲桿副的4~10倍以上。n （ 4）定位精度和重復定位精度高 由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升小、無爬行、無間隙，通過預緊進行預拉伸以補償熱膨脹。因此可達到較高的定位精度和重復定位精度。n 四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動57n （ 5）同步性好 用幾套相同的滾珠絲桿副同時傳動幾個相同的運動部件，可得到較好的同步運動。n （ 6）可靠性高 潤滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。n （ 7）不能自鎖 用于垂直傳動時，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。n （ 8）制造工藝復雜 滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本較高。四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動58n 1.工作原理與結(jié)構(gòu)四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動滾珠絲桿副結(jié)構(gòu)滾珠絲桿副結(jié)構(gòu)端蓋循環(huán)端蓋循環(huán) 插管循環(huán)插管循環(huán)59n 絲杠和螺母的螺紋滾道間裝有承載滾珠，當絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠沿螺紋滾道滾動，則絲杠與螺母之間相對運動時產(chǎn)生滾動摩擦，為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺母的螺旋槽兩端設有回程引導裝置，它們與螺紋滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)。n 滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有 內(nèi)循環(huán) 和 外循環(huán) 二種。四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動60n 2.滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預緊力的方法n 滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴格要求，以保證其 反向傳動精度 。滾珠絲杠副的軸向間隙是承載時在滾珠與滾道型面接觸點的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。n 通常采用 雙螺母預緊 或 單螺母（大滾珠、大導程）的方法 ，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。四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動61n (1)雙螺母預緊原理n 根據(jù)墊片厚度不同分成兩種形式，當墊片厚度較厚時即產(chǎn)生 “預拉應力 ”，而當墊片厚度較薄時即產(chǎn)生 “預壓應力 ”以消除軸向間隙。四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動62n (2)單螺母預緊原理（增大滾珠直徑法）n 為了補償滾道的間隙，設計時將滾珠的尺寸適當增大，使其 4點接觸，產(chǎn)生預緊力，為了提高工作性能，可以在承載滾珠之間加入間隔鋼球。四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動63n (3)單螺母預緊原理（偏置導程法）n n 偏置導程法原理如上圖所示，僅僅是在螺母中部將其導程增加一個預壓量 Δ，以達到預緊的目的。四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動64n 3.滾珠絲杠副的軸向彈性變形n 滾珠絲杠受軸向載荷后，滾珠和滾道面將產(chǎn)生彈性變形，軸向彈性變形量 與軸向載荷 之間的關(guān)系與滾動軸承的計算相同，根據(jù) Herz的點接觸理論，滿足下式： n (1)單螺母預緊（無預緊）的軸向彈性變形 四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動65n 式中： — 鋼球和滾道的接觸角（ 45176。）；n — 鋼球直徑（ mm）；n — 單個鋼球所受載荷（ N）；n — 鋼球數(shù)；n — 和精度、結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動66n (2)雙螺母預緊時的軸向變形量n 對兩個螺母 A和 B施加預緊力 后，螺母 A、 B均變形至 X點。如果這時作用有外力 ，則螺母 A從 X點向 X1點、螺母 B從 X點向 X2點移動由于和成正比關(guān)系，假設其比例系數(shù)為 k，則有 ，并且螺母 A和 B的變形量分別為： n 由于在外力作用下螺母 A和 B的變形量相同（方向相反），所以 四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動67n 而且，當僅有外力 作用時，n 隨著 的增加使 接近零時，則外力幾乎全被螺母 A吸收。n 當 時 n 又因為n n 所以 四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動68n 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(jīng)加預緊力調(diào)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：n （ 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(qū)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。n （ 2）要特別注意減小絲杠安裝部分和驅(qū)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。四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動69n 4.滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級和標注方法n (1)．主要尺寸 標稱直徑、導程、螺旋升角等。n (2).精度等級 —82 《滾珠絲杠副精度》標準規(guī)定分為六個等級： C、 D、 E、 F、 G、 H。 C級最高， H級最低。n (3).標注方法四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動70n 5.滾珠絲杠副的安裝n 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。四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動71四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動單推單推 —— 單推單推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。 72n 雙推 — 雙推四、滾珠螺旋傳動四、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。73n 雙推 — 簡支四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動1．軸向剛度不高，與螺母位置有關(guān)；．軸向剛度不高，與螺母位置有關(guān)；2．雙推端可預拉伸安裝；．雙推端可預拉伸安裝；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。 74n 雙推 — 自由四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動1．軸向剛度低，與螺母位置有關(guān)；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。 75n 6.滾珠絲杠副的設計計算n 設計滾珠絲杠副的已知條件：n 工作載荷 F(N)或平均工作載荷 Fm(N)，使用壽命 (h)，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)，以及滾道硬度 HRC和運轉(zhuǎn)情況。n 一般的設計步驟及方法如下：n (1)．絲杠副的計算載荷 Fc(N) 四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動76n — 載荷系數(shù)，按表 1選?。籲 — 硬度系數(shù)，按表 2選??；n — 精度系數(shù)，按表 3選??；n — 平均工作載荷（ N）。四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動載載 荷荷 性性 質(zhì)質(zhì)無沖無沖 擊擊 平平 穩(wěn)穩(wěn)運運 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 一般運一般運 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)有沖有沖 擊擊 和振和振動動 運運 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1~ ~ ~滾滾 道道 實際實際 硬度硬度HRC ≥58 55 50 45 40 精度系數(shù)精度系數(shù) C、 D E、 F G H 77—— 絲絲 杠副的平均杠副的平均 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速（速（ r/min）；）； n (2)．計算額定動載荷 四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動式中：式中：—— 運運 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 壽命（壽命（ h）；）； —— 計計 算算 載載 荷（荷（ N）。）。78n 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)格的絲杠副的額定動載荷。n 4．驗算傳動效率、剛度及工作穩(wěn)定性，如不滿足要求則應另選其它型號并重新驗算。n 5．對于低速（ ）傳動，只按額定靜載荷計算即可。 四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動79n 例 61試設計一數(shù)控銑床工作臺進給用滾珠絲杠副。已知平均工作載荷 Fm＝ 3800N，絲杠工作長度 l＝ ，平均轉(zhuǎn)速 nm＝ 100r/min，最大轉(zhuǎn)速 nmax＝ 10000r/min，使用壽命＝15000h左右，絲杠材料為 CrWMn鋼，滾道硬度為 58~62HRC，傳動精度要求 n 解： (1)求計算載荷 Fc四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動80n (2)根據(jù)壽命條件計算額定動載荷n (3)根據(jù)必須的額定動載荷選擇絲杠副尺寸，由查表 613，得如下規(guī)格：四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動規(guī)格型號規(guī)格型號公稱導公稱導程程p絲杠外絲杠外徑徑d鋼球直鋼球直徑徑dW絲杠底絲杠底徑徑d1循環(huán)圈循環(huán)圈數(shù)數(shù)動負荷動負荷Ca(KN)FFZD32103 32 10 3 FFZD50065 50 6 4 5 n 考慮各