精密機械滾珠絲杠結構.ppt

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1.螺紋傳動基礎知識●螺紋類型●參數(shù)●傳動特性2.滑動絲杠螺母結構設計●絲杠精度：減少誤差措施、除隙機構●絲杠傳動副主要參數(shù)設計：牙形（角）、螺距、直徑、螺母長度、螺紋長度、公差等級●絲杠工藝：材料、工藝、熱處理,上次課程主要內容,,26/01,,,26/02,5.2滾珠絲杠螺母機構,滑動螺旋傳動中，各類螺紋牙型加工困難,存在的誤差難以通過調整機構修正；且動力傳動中存在較大的摩擦，應用中傳動精度受限。物場分析原理：兩個相互作用的物體之間加入中間介質（作用場），改變胡提高原功能。設想：絲杠機構中滾動副取代滑動副●改變絲杠牙形，使之與球面吻合●螺母、絲杠接觸面充滿滾珠作中間傳動●滾珠在螺母內閉合的回路中循環(huán),,26/03,1.滾珠絲杠的組成,如圖所示，滾珠絲杠傳動副由螺杠、螺母、滾珠、循環(huán)裝置組成。,,26/04,2.滾珠絲杠機構的特點,除滑動絲杠傳動的一般特點外，滾珠絲杠副還具有如下特點：（1）傳動效率高（0.96），啟動力矩?。?）傳動精度高（微米級）（3）具有傳動的可逆性，不能自鎖（4）壽命長，維護簡單（5）制造工藝復雜，成本高,3.滾珠絲杠副結構,,滾珠絲杠副結構特點：●螺紋滾道型面的形狀●滾珠的循環(huán)方式●軸向間隙和調整預緊機構根據(jù)絲杠傳動不同的使用條件，其結構特點存在一定差異，設計與選用時應予以注意。關鍵問題：滾道形狀、滾珠循環(huán)方式、調整機構,26/05,（1）螺紋滾道法向截型,,綜合考慮精度、結構、工藝等問題，目前滾珠絲杠副常用兩種滾道型面：,26/06,,單圓弧滾道,雙圓弧滾道,1）單圓弧型滾道,,工藝簡單，單螺母結構運行特性不夠穩(wěn)定；采用的雙螺母結構復雜，調試相對困難。2）雙圓弧型滾道制造工藝復雜。接觸剛性好，摩擦小，承載能力較大，預緊或承載后接觸角基本保持不變。采用雙圓弧截面滾道傳動效率高，系統(tǒng)軸向剛度穩(wěn)定，可實現(xiàn)較?。o）的間隙傳動，能獲得更高的傳動精度。,26/07,,,,3）滾道形狀參數(shù),,①接觸角β與徑向間隙在螺紋滾道法向剖面內，滾珠球心與滾道接觸點連線與螺紋軸線的鉛垂線之間的夾角。標準接觸角：β=45絲杠副的徑向間隙Δd直接影響功能，無負荷時，滾珠直徑db、滾道半徑R、接觸角β的關系：承載后上述關系將發(fā)生變化。,26/08,接觸角β,,法向剖面,過軸線鉛垂線,②滾道與滾珠尺寸差,,滾道半徑理論上應略大于滾子半徑，控制滾道半徑有利于提高絲杠承載能力。推薦設計參數(shù)：該參數(shù)取值過大，導致滾道、滾子截面形狀接觸（面?。﹦傂圆?，承載能力小，傳動精度低；反之滾珠與滾道幾乎完全接觸，存在較大摩擦，且對制造精度要求很高。單圓弧型兩種取值標準：,26/09,,③偏心距e,,承載傳動狀態(tài)下，滾道圓弧中心與滾珠中心的偏移距離，如圖所示。偏心距與直徑比、接觸角相關。理論計算公式：,26/10,,,單圓弧滾道e,雙圓弧滾道e,（2）滾珠循環(huán)方式,,1）內循環(huán)式內循環(huán)采用單圈循環(huán)，為保證承載剛性一套滾動絲杠副應采用多圈結構。內循環(huán)方式滾珠流暢性好，絲杠副總體徑向尺寸相對較小。,26/11,內循環(huán)式,借助反向器使?jié)L珠越過滾道槽頂進入下一圈循環(huán)。反向器設計、加工困難。,2）外循環(huán)式,,螺母上設計滾珠回流通道，有插管式和端蓋式兩種。外循環(huán)式滾珠絲桿傳動工藝性好，但循環(huán)路徑長，整體徑向尺寸大。,26/12,外循環(huán)式,外循環(huán)傳動示意圖：,,26/13,,,螺母運動方向,外循環(huán)通道,,螺桿旋轉方向,（3）消除軸向間隙與預緊機構,,目的：提高滾珠絲杠承載、精度和工作可靠性。雙螺母預緊機構：目前各類滾珠絲杠副普遍應用的調節(jié)方式，調節(jié)原理與滑動絲杠雙螺母相同。,26/14,,墊片式螺紋式彈簧式齒差式,常用結構：,,,雙螺母安裝示意圖：,,26/15,,兩側螺母,,,墊片,雙螺母調隙示意圖：,,26/16,,兩螺母側向緊逼,,,（4）滾珠數(shù)量、圈數(shù)和列數(shù),,螺母內第1圈滾珠承擔軸向載荷約30-45％，第5圈以后分擔的荷載已很小，因此設計時多于5圈的結構弊大于利。為提高滾珠的流暢性，經驗表明，在同一列循環(huán)回路內，滾珠數(shù)少于150，圈數(shù)小于3.5。滾珠數(shù)近似計算如下：,26/17,,,,工作臺運動,（5）滾珠絲杠精度、代號和標記,,1）精度評價指標滾珠螺旋副的傳動精度評價是對螺母的運動準確性，主要包括兩項：●行程誤差絲杠轉角與螺母位移之間比值相對理論比值的偏差?！窨栈卣`差螺紋副間隙造成的反向誤差。,26/18,,2）代號和標記方法,,國家標準規(guī)定，滾珠螺旋副的代號和標記方法如下：,26/19,循環(huán)方式,5.滾珠絲杠副主要參數(shù)設計,,（1）方案（結構）選擇影響結構設計因素包括上述三個方面。1）螺紋滾道型面的形狀；2）滾珠的循環(huán)方式；3）軸向間隙和調整預緊機構。主要考慮問題（依據(jù)）：●承載和精度需求●潤滑及防塵保護●預緊和調隙●加工工藝條件原理性問題：●防逆轉●防脫落限位,26/20,（2）主要結構尺寸,,滾珠絲杠副主要尺寸的計算公式見P183表5-5。主要設計參數(shù)導軌（槽結構）、絲杠、螺母,26/21,6.滾珠絲杠副的選用,,（1）按疲勞壽命1）滾動絲杠副損壞過程●滾珠與滾道型面間產生接觸應力●應力狀態(tài)為循環(huán)●循環(huán)應力將造成滾珠或滾道疲勞點蝕●缺陷擴大導致振動和噪音，直到失效2）最大動載荷Ca軸向載荷Ca的作用下，回轉100萬(106)次，滾道、滾珠不出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象。,26/22,3）絲杠荷載的相關計算,,根據(jù)工作荷載F及壽命單位L（106轉），可計算最大動載荷Ca與壽命L的關系：,26/23,,,,,,,單位壽命L,最大動荷載Ca,最大動荷載的修正：,,滾珠絲杠副運轉條件：●荷載沖擊、振動●絲杠材料、硬度●環(huán)境條件影響絲杠副使用壽命，應用上述計算公式時必須予以修正。式中：fW——運轉系數(shù)fH——硬度系數(shù),26/24,,,,,,,,裝配圖,平穩(wěn)、一般、沖擊,（2）按最大靜荷載C0a,,在極低轉速(小于10r／min)條件下工作的滾珠絲杠副，破壞主要形式是滾道面接觸點處的塑性變形量超出允許值。許用塑性變形標準[δ]：[δ]=d0／10000→C0a最大靜載荷：產生極限變形量的載荷低速運轉滾珠絲杠副是以最大靜載荷作為設計時的計算標準。（C0a≥Fmax）,26/25,,,,,,,,7.滾珠絲杠副的材料(P186:表5-9),,滾珠絲杠材料涉及絲杠、滾珠、螺母，由于理論上是滾動點接觸，因此三者材料綜合性能、熱處理等要求類似。特點：●材料多用合金工具鋼、特殊性能鋼GCr15、9Mn2V、38CrMoAlA等●熱處理突出表面硬度（表面硬化層）高頻淬火、氮化（磷化）,26/26,,,,,,,,考慮調節(jié)因素，螺母多用分體設計，結構復雜，但螺母體可用結構鋼，工藝相對簡單。,思考題：,,P187:7,思考題,