【正文】 防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠 的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動(dòng)的閉合通路。其主要有如下特點(diǎn)： (1)與滑動(dòng) 絲杠 副相比驅(qū)動(dòng)力矩為 1/3。 由于 滾珠絲杠副 的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) ,所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3 以下 ,即達(dá) 到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的 1/3。在省電方面很有幫助。 (2)高精度的保證 。 滾珠絲杠副是用 日本 制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面 ,對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 (3)微進(jìn)給可能 。 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng) ,所以啟動(dòng)力矩極小 ,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象 ,能保證實(shí)現(xiàn) 精確的微進(jìn)給。 (4)無(wú)側(cè)隙、剛性高 。 滾珠絲杠副可以加予壓 ,由于予壓力可使 軸向間隙 達(dá)到負(fù)值 ,進(jìn)而得到較高的剛性 (滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力 ,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí) ,由于滾珠的斥徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 力可使絲母部的剛性增強(qiáng) )。 (5)高速進(jìn)給可能 。 滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給 (運(yùn)動(dòng) )。 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) 表 24 滾珠的循環(huán)方式 類別 形式 特點(diǎn) 內(nèi)循環(huán) 優(yōu)點(diǎn) :返回通道短 ,一個(gè)循環(huán)只有一圈鋼球 ,流暢性好 ,摩擦損失小 ,效率高 ,徑向尺寸小 ,剛性好 缺點(diǎn) :返向器鋼球返回通道的曲面加工復(fù)雜 外循環(huán) 端蓋式 優(yōu)點(diǎn) :結(jié)構(gòu)緊湊 ,工藝性好 缺點(diǎn) :循環(huán)回路長(zhǎng) ,流暢性差 ,鋼球通過(guò)短槽時(shí)易卡住 螺旋槽式 優(yōu)點(diǎn) :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,制造方便 ,承載能力大 缺點(diǎn) :鋼球流暢性較差 ,擋珠器較易磨損 插管式 優(yōu)點(diǎn) :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,工藝性好 ,鋼球的流暢性好 ,應(yīng)用較廣 缺點(diǎn) :凸出式的插管凸出于螺母外部 ,徑向尺寸較大 外循環(huán) 內(nèi)循環(huán) 圖 22 滾珠絲杠副循環(huán)方式 滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)類型可以從螺紋滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向的調(diào)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 整方法進(jìn)行區(qū)別。我國(guó)生產(chǎn)的滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧形和雙圓弧形。滾道形面和滾珠接觸點(diǎn)之法線與絲桿軸向之垂線的夾角被稱為接觸角，一般為 45 度。單圓弧形的螺紋滾道的接觸角隨軸向載荷大小的變化而變化，主要由軸向載荷所引起的接觸變形的大小而定。接觸角增大時(shí)，傳動(dòng)效率、軸向剛度以及承載能力也隨之增大。由于單圓弧形滾道加工用砂輪加工成型比較簡(jiǎn)單， 故容易得到較高的加工精度。單圓弧形面的滾道圓弧半徑R 稍大于滾珠半徑。雙圓弧形的螺紋滾道的接觸角在工作中基本保持不變。兩圓弧相交處有一小空隙，可使?jié)L道底部與滾珠不接觸，并能儲(chǔ)存一定的潤(rùn)滑油以減少摩擦磨損。由于加工其型面的砂輪修整和加工、檢驗(yàn)均比較困難，故加工成本較高。 滾珠絲杠副設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)滾珠絲杠副原理 （ 1）為提高滾珠絲杠副的使用壽命和精度，應(yīng)使作用在螺母上的合力通過(guò)絲杠軸心，以保證滾珠受力均勻，避免傾覆力。 （ 2）放逆轉(zhuǎn)：滾珠絲杠副傳動(dòng)逆效率高，應(yīng)考慮在電機(jī)停電后，因部件自重而 產(chǎn)生螺旋副的逆?zhèn)鲃?dòng)（特別是在垂直方向上傳動(dòng)時(shí)），防止逆?zhèn)鲃?dòng)的方法可采用：停電自鎖的電機(jī)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、離合器等方式。 （ 3）滾珠絲杠副在行程兩端應(yīng)有行程保護(hù)裝置，以防止越程后滾珠絲杠副受撞擊而影響精度、使用壽命甚至損壞。 （ 4）防止熱變形：熱變形對(duì)精密螺旋傳動(dòng)的定位精度有著重要的影響。其熱源不單是螺旋副的摩擦熱，還有其他機(jī)械部件工作時(shí)產(chǎn)生的熱，致使絲杠熱膨脹而伸長(zhǎng)。為此必須分析熱源的各因素，采用措施控制熱源，還可以采用預(yù)拉伸、強(qiáng)制冷卻等減少熱變形對(duì)絲杠的伸長(zhǎng)的影響。 （ 5）細(xì)長(zhǎng)而又水 平放置的絲杠，因自重使軸線產(chǎn)生彎曲變形，是影響導(dǎo)程累積誤差的因素之一，還會(huì)使螺母受載不均。設(shè)計(jì)細(xì)長(zhǎng)絲杠時(shí)，應(yīng)考慮防止或減小自重彎曲變形的措施。 （ 6）防護(hù)與密封：塵埃和雜質(zhì)進(jìn)入滾道會(huì)妨礙滾動(dòng)體運(yùn)動(dòng)流暢，會(huì)加速滾動(dòng)體與滾道的磨損，使?jié)L動(dòng)螺旋副喪失精度。為此需要防塵措施。滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝防塵圈，為避免絲杠外露，用戶還需要為絲杠選擇防護(hù)裝置。 （ 7）合理潤(rùn)滑是減小驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、提高傳動(dòng)效率、延長(zhǎng)螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié)。接觸表面的油膜還有吸振、減小傳動(dòng)噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物的作用。因此 要注入潤(rùn)滑脂。在螺母上還有油孔，用戶可旋入油嘴，再采用其他合適的潤(rùn)滑方式。 （ 8）用內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副，必須使絲杠螺紋兩端中至少有一端的滾珠螺紋是通牙，并該端所有外圓尺寸均小于絲杠螺紋底徑 d2,否則無(wú)法裝配螺母。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 滾珠絲杠副選擇 初選滾珠絲杠副數(shù)據(jù)見(jiàn)下表： 表 25 初選滾珠絲桿副參數(shù) 公稱直徑 /mm 導(dǎo)程 /mm 余量 /mm 節(jié)距 /mm 25 5 20 8 根據(jù)絲杠的工作行程初選絲杠的工作長(zhǎng)度： 初選 X 方向絲杠的工作長(zhǎng)度為 410mm 初選 Y 方向絲杠的工作長(zhǎng)度為 460mm 滾珠絲杠的工 作載荷計(jì)算公式 見(jiàn)式 ()： MAHFC KKKKF ? 式（ ） 由條件，取 FK =，取 HK =， 取 D 精度，取 AK =， X 方向絲杠工作載荷： XF = 600=864N Y 方向絲杠工作載荷： YF = 600=864N 額定動(dòng)載荷值 Ca? 計(jì)算 見(jiàn)式 ()： 導(dǎo)程初選為 5mm，則 m i n/r2022/1 0 0 0n m ?? m in/r2 0 0 05/1 0 0 0 0n m a x ?? Ca? = 34hmC nF ?L=864 ???? 3 16000200 5011N 式（ ） 根據(jù) Ca? 值選擇滾珠絲杠副 ， 假設(shè)選用按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷 Ca 等于或稍大于 Ca? 的原則，查表選以下型號(hào)規(guī)格： Ca=5011N 公稱直徑 D=25mm 導(dǎo)程 P=5mm 螺旋角 833 ?? 。? 滾珠直徑 ? 計(jì)算可得： 滾道半徑 R= 0 ???? dR 偏心距0 ( ) ( ) R mm? ? ? ? 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 絲杠內(nèi)徑10 2 2 mm?????? ??? 滾珠絲杠副預(yù)緊 滾珠絲杠副在負(fù)載時(shí)，其滾珠與滾道面接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生彈性變形。換向時(shí)，其軸向間隙會(huì)引起空回。這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動(dòng)精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單螺母絲桿螺母副的間隙消除相當(dāng)困難。實(shí)際應(yīng)用中，常采用以下幾種調(diào)整預(yù)緊方法見(jiàn)表 25。 表 26 常用的調(diào)整預(yù)緊方法 調(diào)整預(yù)緊方式 特點(diǎn) 雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、預(yù)緊可調(diào)，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量地進(jìn)行調(diào)整。 雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式 可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整即可進(jìn)行精密微調(diào)，使用中調(diào)整方便。 雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單剛度 高、預(yù)緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。 彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式 能消除使用過(guò)程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸向剛度低，適合用于輕載場(chǎng)合。 單螺母變位倒程自頂預(yù)緊式和單螺母滾珠過(guò)贏預(yù)緊式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，但在使用中不能調(diào)整，且制造困難 。 根據(jù)防塵防護(hù)條件以及對(duì)調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。例如，當(dāng)允許有間隙存在時(shí)可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當(dāng)必需有預(yù)緊或在使用過(guò)程中因磨損而需要定期調(diào)整時(shí)，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；當(dāng)具備良好的防塵條件，且只需要在裝配時(shí)調(diào) 整間隙及預(yù)緊力時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)?？紤]到設(shè)計(jì)的所設(shè)計(jì)的工作臺(tái)有良好的防塵條件且只需要在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力，故采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式。 滾珠絲杠副校核 （ 1）由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn) ,所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù) S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 22()acr EIF l??? 式（ ） 其中 E=206Gpa L= 44 841 1064 64a dIm?? ?? ? ? ? 式（ ） 取23? ? 則2 9 8 52206 10 10 102( )3crFN? ?? ? ?? ? ?? 安全系數(shù)5 1 10crmFS F ?? ? ?? 式（ ） 由 [S]=，顯然 S[S]成立，故絲杠是安全的 ,不會(huì)失穩(wěn) （ 2）速長(zhǎng)絲杠工作時(shí)可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 — 臨界轉(zhuǎn)速 crn ，要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速 crn?maxn ? ? m i n/32uldf5011n22212ccr ??????? ????? 式（ ） 所以 crn?maxn 所以絲杠不會(huì)發(fā)生共振。 （ 3）此外滾珠絲杠副還受 Dn 值的限制，通常要求： Dn 4107?? mm/min Dn=25 m i n/mm105m i n/mm200 3??? min/mm107 4? (4)滾珠絲杠在工作負(fù)載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T(N?m)共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量為 見(jiàn)式 ()： 20 2 CpF pTL EA GJ?? ?? ? 式（ ） 式中， A 為絲杠截面積 見(jiàn)式 ()： A ? ?；221 md41?? 式（ ） CJ 為絲杠的極慣性矩 見(jiàn)式 ()： ? ?；441 md321 ??CJ 式（ ） G 為絲杠切變模量，對(duì)鋼 G= a。 T(N? m)為轉(zhuǎn)矩 見(jiàn)式 ()： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 0 tan( )2mDTF ???? 式（ ） 式中 ? 為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)； mF 為平均工作載荷 .取摩擦系數(shù)為 tan ??,則得84? ? ?? ? ? mNmNT ??????????? 3 。 按最不利的情況取 (F= mF ) umG TE FGJTEAFLC241222120 pp ???????? ??? 3 20 ?? ?????? LL 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動(dòng)精度的 1/2,即 11 1022 mm m??? ? ? ? 該絲杠的 滿足上式，所以其剛度可滿足要求 。 (5)效 率驗(yàn)算 見(jiàn)式 ()： 39。39。tan tan338 ( ) tan(338 840)?? ?? ?? ? ?? ??? ? ? 式（ ） 要求在 90%95%之間，所以該絲杠副合格 . 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證， 各項(xiàng)性能均符合設(shè)計(jì)要求，可選。 滾珠絲杠副密封與潤(rùn)滑 密封是防止流體或固體微粒從相鄰結(jié)合面間泄漏以及防止外界雜質(zhì)如灰塵與水分等侵入機(jī)器設(shè)備內(nèi)部的零部件或措施。密封可分為靜密封和動(dòng)密封兩大類。靜密封主要有墊密封、 密封膠 密封和直接 接觸密封三大類。根據(jù)工作壓力，靜密封又可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質(zhì)較軟寬度較寬的墊密封，高壓靜密封則用材質(zhì)較硬接觸寬度很窄的金屬 墊片 。動(dòng)密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類型。按 密封件與其作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件是否接觸， 可分為接觸式密封和非接觸式密封；按密封件和接觸徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 位置又可分為圓周密封和端面密封，端面密封又稱為機(jī)械密封。動(dòng)密封中的離心密封和螺旋密封，是借助機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)給 介質(zhì) 以動(dòng)力得到密封，故有時(shí)稱為動(dòng)力密封。 根據(jù)摩擦副之間摩擦狀態(tài)的不同，潤(rùn)滑分為： 流體摩擦 潤(rùn)滑 ， 用流體 ( 厚度在 ～ 2 微米以上 )將摩擦表面隔開的潤(rùn)滑方式。根據(jù)潤(rùn)滑膜壓力的產(chǎn)生方式不同又可分為流體動(dòng)壓潤(rùn)滑（靠摩擦表面的幾何形狀和相對(duì)運(yùn)動(dòng)由粘性流體的動(dòng)力作用產(chǎn)生 壓力平衡 外載荷 )和流體靜壓潤(rùn)滑 (由外部將一定壓力的流體送入摩擦表面間 ， 靠流體的靜壓平衡外載荷）兩種 ； 邊界摩擦 潤(rùn)滑 ， 摩擦表面間存在一層薄膜 (邊界膜 )時(shí)的潤(rùn)滑狀態(tài)；它可分為吸附膜（潤(rùn)滑劑中的極性分子吸附在摩擦表面所形成的膜，包括物理吸附膜和化學(xué)吸附膜）和 化學(xué)反應(yīng) 膜（潤(rùn)滑油中的添加劑與金屬表面起化學(xué)作用生成能承受較大載荷的表面膜）兩類。潤(rùn)滑可以延長(zhǎng)機(jī)器設(shè)備的壽命，提高精度、節(jié)約能源。 滾珠絲杠副