机械传动部件PPT学习教案

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(1)丝杠本身的拉压刚度Ks和弹性变形s ：
F S或F O :
s
Fa AE
106
(um);
Ks
F s
AE 106 a
式中，F：轴向负荷(N)；a：螺母至轴向固定处的距离(m)
s max
Famax AE
106
(um);
Ks min
AE amax
106
支承组合形式为F-F的丝杠：
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3) 标注方法及示例
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8. 支承方式的选择
1) 滚珠丝杠的支承，主要是约束丝杠的轴向窜动，其次才 是径向约束
2)
支承方式
支承方式
单推-单推 (J-J) p.29 图2.17
双推-双推 (F-F) p.29 图2.18
双推-简支 (F-S) p.29 图2.19
双推-自由 (F-O) p.29 图2.20
动
•
非线性传动：连杆机构、凸轮机构
•
传动功能：下表
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基本功能 运动的变换
传动机构
丝杠螺母 齿轮 齿轮齿条 链轮链条 带、带轮 缆绳、绳轮 杠杆机构
形式 √
√ √
√
连杆机构 凸轮机构 √ 蜗轮蜗杆 间歇机构 √ 摩擦轮 万向节 软轴
行程
√ √ √
方向 √
速度 √
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
Fm
(
F13n1t1 F23n2t2 Fn3nntn n1t1 n2t2 nntn
)1/ 3
式中， n 1，n 2， n n ：轴向负荷F 1，F 2， F n作用下的转速
t 1，t 2， t n ：轴向负荷F 1，F 2， F n作用下的时间
负荷按单调式变化：各种转速的使用机会相等，
Fm
代号 特点
F 通道流畅性好，摩擦特性好；适用于 高速、高灵敏度、高刚性的精密进给 系统。
G 结构回路短，摩擦小，效率高，径向 尺寸小，反向器加工困难，装配调整 也不方便。
L 工艺简单，径向尺寸小，易于制造； 挡珠器刚性差，易磨损
CM 结构简单，容易制造，但径向尺寸较 CT 大，弯管端部用作挡珠器比较容易磨
0.9
可靠性(%) 90 95 96
fk
1.00 0.62 0.53
7 0.8 97 0.44
10 0.7 98 99 0.33 0.21
3) 等效负荷Fm和等效转速nm
•
负荷不变而转速阶段式变化：等效转速按各转速所占的时间
百分比折算
nm
t1 100
n1
t2 100
n2
tn 100
nn
t 1%， t 2%， t n%：转速n 1，n 2， n n所占时间百分比
结构简单，刚性高，预紧可靠，调整不 方便，
结构简单紧凑，但使用中不能调整，且 制造困难。
单螺母无预紧方 不标(或
式
标W)
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7. 精度等级及标注方法
1) 精度等级：
• JB/T3162.2-1991: 七个等级：1，2，3，4，5，7， 10。 1级最高，依次递减。
• 数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和半闭 环进给系统可选用1，2，3级；一般动力传动可选 用4，5级；全闭环系统可选用2，3，4级。
(N / um)
(N / um)
s
Fa AE
(1
a ) 106 l
(um);
Ks
AE a
( l
l ) 106 a
(N / um)
式中，l为两支承间距(m)
两端处a=0或a=l， s =0；中点处a=1/2， s = smax ； Ks = Ksmin ；
s max
Fl 106 4 AE
fw
1～1.2
1.2~1.5 1.5~2.5
工作温度 (°C)
125 150 175 200 225 250
ft 滚道实际硬度0.95 H0.R90C580.85 0.80<H0R.7C5580.70
fh
1
(HRC/58)3.6
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300 0.60
精度等级 1、2、3 4、5
fa
1.0
2) 尺寸系列：ISO/DIS 3408-2-1991； GB/T 17587.2-1998
• 公称直径d0(mm) : 6,8,10,12,16,20,25,32,40,50,63,80,100,125,160,200
• 基本导程l0(mm) :1,2,2.5,3,4,5,6,8,10,12,16,20,25,32,40。 尽可能优选选用2.5, 5, 10,20, 40
机械传动部件
会计学
1
5. 设计和选择要求：传动间隙小、精度高、体积小、重 量轻、运动平稳、传递转矩大。
随着机电一体化技术的发展，对传动机构的新技术要求：
•
精密化：高定位精度的需要
•
高速化：高工作效率的需要
•
小型化、轻量化：运动灵敏度的要求
6. 传动机构及其功能
•
线性传动：螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、蜗轮蜗杆传
4.
结构类型：
1) 按螺纹滚道的截面形状分
• 单圆弧型：接触角随轴向载荷大小的变化而变化， =38-45 。接触角增大时，传动效率、轴向刚度以及承 载能力也随之增大。
• 双圆弧型：接触角在工作过程中基本保持不变（45）。 能存储一定的润滑油以减少摩擦；加工成本高
R/2rb=0.52-0.56
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矩小；但结构复杂，制造成本高。在机电一体化系统中 应用广泛。
3. 5种基本传动形式(按丝杠和螺母相对运动的组合情况分)：
1) 螺母固定、丝杠转动并移动：螺母本身起着支承作用，
结构简单，传动精度较高，刚性差，适用于行程较小的
场合。
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2) 丝杠转动、螺母移动：需导向装置来限制螺母的转动。 结构紧凑、丝杠刚性好，使用于行程较大的场合。
2) 等效轴向动负荷Cae：初选丝杠
Cae
Fm fw ft fh fa fk
(
60Thnm 106
)1/
3
(N)
fw：负荷性质系数；ft：温度系数；fh：硬度系数； fa：精度系 数；
fk：可靠性系数； Fm：等效负荷(N)；nm：等效转速(r/min)；
负荷性质 无冲击、平稳运转 一般运转 有冲击和振动运转
√
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动力的变换
大小 √ √
形式 √
√
√
√
√
√
√
第二节 滚珠螺旋传动机构
一、螺旋传动机构（丝杠螺母 机构）
1. 传动功能：旋转运动直线运动；传递能量及运动
2. 分类：
1) 滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工方便、制造成本低， 具有自锁功能，但摩擦阻力矩大、传动效率低（30%40%）。
2) 滚珠丝杠螺母机构：传动效率高（92%-98%） 、摩擦阻力
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6. 轴向间隙的调整与预紧：提高其传动刚度
预紧方式
代号 说明
双螺母螺纹预紧 L (p.27图2.12)
双螺母齿差预紧 C (p.27图2.13)
双螺母垫片预紧 D (p.27图2.14)
单螺母变位导程 B 预紧 (p.27图2.16)
结构简单，刚性好，预紧可靠，调整方 便，但不能精确定量地进行调整 调整精确方便，但结构复杂
64
d
4 2
64
(d0
1.2Dw )4
m4
L0：最大受压长度(m)；K1：安全系数； K1 =1/3 Fmax：最大轴向工作负荷(N)；f1：丝杠支承方式系数
F-F
F-S
J-J
F-O
(双推－双推)
(双推－简支) (单推－单推) (双推－自由)
f1 4
2
1
0.25
f2 4.73
3.927
3.142
内孔螺纹表面与丝杠螺纹之间略有间隙 • 接触式密封圈：用具有弹性的耐油橡胶或尼龙等材料制成，因此
有接触压力并产生一定的摩擦力矩，但防尘效果好 安装在滚珠螺母的两端 • 防护套：折叠式密封套、伸缩套管、伸缩挡板 P.32 图2.27 2) 使用润滑剂：提高耐磨性及传动效率，从而维持其传动精度、延 长其使用寿命。 • 润滑脂：在装配时放进滚珠螺母滚道内定期润滑 • 润滑油：应经常通过注油孔注油
2) 按滚珠的循环方式分类：
循环方式
内循环 (滚珠始终 与丝杠表 面保持接 触)
浮动反向器式 ( p.23 图2.6)
固定反向器式 ( p.23 图2.5)
外循环
螺旋槽式
(滚珠在循 ( p.24 图2.7) 环返回时， 离开丝杠 插管式 埋入
螺纹滚道， 在螺母体
凸出
内或体外 作循环运 动)
端盖式 ( p.24 图2.9)
1 3 (Fmin
2Fmax
)
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4) 临界压缩负荷Fcr和临界转速ncr ：进行校核 临界压缩负荷Fcr：轴向固定的长丝杠在承受压缩
负荷时，应验算其压杆稳定性
Fcr
f1 2EI L20
K1 Fmax
(N)
E : 材料的弹性模量；E钢 2.11011 N / m2
I：丝杠最小截面惯性矩；I
11. 选择计算
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1) 工作寿命Th选择 各种机械所用滚珠丝杠的工作寿命按下表推荐寿命选 择
主机类型
Th(hrs)
一般机床、组合机床 10000
数控机床、精密机床 15000
Hale Waihona Puke 工程机械5000～10000
自动控制系统
15000
测量系统
15000
航空机械
1000～2000
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1.875
临界转速ncr ：长丝杠在高速下工作，为防止弯曲共振而验算
ncr
30 f22 L2c
EI A K2
nmax
钢 ncr＝9910
f
2 2
d
2
L2c
nmax (r / min)
A：丝杠最小截面积(m2)；Lc：临界转速计算长度(m)； ：材料密度； 钢=7.8103(kg/m3)； nmax：最高工作转速(r/min) K2：安全系数(＝0.8)； f2：丝杠支承方式系数
损。
D 结构简单，工艺性好，常以单螺母形 式用作升降传动机构。应用较少。
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5. 主要尺寸参数：( p.24 图2.10)
1) 公称直径d0（特征尺寸）：滚珠与螺纹滚道在理论接触角
状态
时包络滚珠球心的圆柱直径
2) 基本导程l0：丝杠相对于螺母旋转2弧度时，螺母上基准 点的轴向位移。 l0根据机电一体化产品的精度要求确定， 精度要求较高时应选取较小的基本导程。
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转速不变而负荷阶段式变化：等效负荷根据疲劳效果线性积累假设， 按各负荷所占的时间百分比折算
Fm
(F13
t1 100
F23
t2 100
Fn3
tn )1/3 100
t 1%， t 2%， t n%：负荷F 1，F 2， F n所占时间百分比 负荷转速都按阶段式变化：等效负荷按下式折算
2. 工作原理：当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止 滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导 装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。
3. 特点：传动效率高、摩擦阻力矩小、轴向刚度高、能够预紧、 运动平稳、传动精度高、不易磨损、可靠性高、使用寿命长； 但结构复杂，制造成本第5高页，/共不60能页 自锁（具有传动的可逆性，在 用作升降传动机构时，需采用制动措施）。
3) 导(行)程：丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准 点的轴向位移。
4) 滚珠的工作圈数：一般取2.5~3.5。第一、第二和第三圈 滚珠分别承受轴向载荷的50%、30%和20%左右。
5) 滚珠总数N：150
6) 丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1 7) 螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1 8) 丝杠螺纹全长ls 9) 滚珠直径Db
尽可能优选选用尽可能优选选用2510204025102040第10页共60页标注方法标注方法及示例及示例第11页共60页支承方式的选择支承方式的选择滚珠丝杠的支承主要是约束丝杠的轴向窜动其次才滚珠丝杠的支承主要是约束丝杠的轴向窜动其次才是径向约束是径向约束支承方式支承方式支承方式特点支承系数fjjp29图217轴向刚度较高预紧力较大但轴承寿命比ff式低ffp29图218轴向刚度最高适合于高刚度高转速高精度的精密丝杠传动系统
3) 螺母转动、丝杠移动：需限制螺母移动和丝杠转动，结 构复杂且占用轴向空间较大，应用较少。
4) 丝杠固定、螺母转动并移动：结构简单、紧凑，使用不 方便。
5) 差动传动：多用于各种微动机构
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二、滚珠丝杠传动部件的结构类型
1. 组成：一种新型螺旋传动机构；由丝杠、螺母、滚珠、反向器 组成；
3.927 3.142 1.875
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9. 制动装置
1) 超越离合器：体积小、重量轻、易于安装。P.31 图2.25 2) 电磁-摩擦制动装置： P.31 图2.26
10. 密封与润滑
1) 防尘密封圈或防护套密封：防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副 • 非接触式密封圈(迷宫式密封圈)：由聚氯乙烯等塑料组成，其
滚珠丝杠另一需验算的临界值为：d0ncr70000 (mmr/min)
5) 滚珠丝杠副的系统刚度和固有频率 系统刚度：拉压刚度和扭转刚度
拉压刚度影响系统的定位精度和轴向拉压振动固有频率； 影刚响度因Kc 素、：轴丝承杠的本接身触的刚拉度压KB刚、度螺K母s、座滚的珠刚与度滚K道H 的接触
扭转刚度影响传动精度、定位精度和扭转振动固有频率
特点
支承系数fk 支承系数f2
轴向刚度较高，预紧力较大， 1
4.73
但轴承寿命比F-F式低
轴向刚度最高，适合于高刚 4 度、高转速、高精度的精密 丝杠传动系统。
轴向刚度较高，适合于中速、 2 传动精度较高的长丝杠传动 系统
轴向刚度及承载能力低，多 0.25 用于轻载、低速的垂直安装 的丝杠传动系统。