机械系统设计模板

丝杠轴端型式

丝杠的选择与设计

精度等级选择
寿命计算


预压 预压的目的在于消除轴向背隙且降低因轴向力 造成的弹性位移，亦可改善滚珠丝杠刚性（避 免失步）。 适用于中转速，中精度的场合。该形式两 端分别设一个轴承，分别承受径向力和单方 向的轴向力，随负荷方向的变化，分别由两 个轴承单独承担某一 方向的力。由于支承点 随受力方向变化，定位可控性较低。此形式 结构简单，受力情况较差，应用较少。
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固定-自由式
适用于低转速，中精度，轴向长度短的场合。该 形式一端由一对轴承约束轴向和径向自由度，另一 端悬空呈自由状态，负荷均由同一对轴承副承担， 并且需克服丝杠回转离心力（及水平安装时的重力） 造成的弯矩。“固定—自由”型有时也被错误地叫 做“双推－自由”。此形式结构简单，受力情况差， 但在行程小、转速低时 也经常用到。
② 高刚度。刚度越大，伺服系统动力损失越小；刚度 越大，机器的固有频率越高，不易振动( n K )；刚度 J 越大，闭环系统的稳定性越高。 ③ 合适阻尼。机械系统产生共振时，系统中阻尼越大， 最大振幅就越小，且衰减越快；但阻尼大会使系统损失 动量，增大稳态误差，降低精度，故应选合适阻尼。 ④ 摩擦小。静摩擦力要小，动摩擦力要小的正斜率；或 者会出现爬行。 ⑤间隙小。对于系统闭环以外的间隙，对系统稳定性无 影响，但影响到伺服精度。对于系统闭环内的间隙，在 控制系统有效控制范围内对系统精度、稳定性影响较小， 但反馈通道上的间隙要比前向通道上的间隙对系统影响 较大。
爬行
当丝杠1作极低的匀速运动时，工作台2可能会 出现—快一慢或跳跃式的运动，这种现象称为爬 行。
1）产生爬行的原因和过程
匀速运动的主动件1，通过压缩弹簧推动静止的运动件3，当 运动件3受到的逐渐增大的弹簧力小于静摩擦力F时，3不动。直 到弹簧力刚刚大于F时，3才开始运动，动摩擦力随着动摩擦系 数的降低而变小，3的速度相应增大，同时弹簧相应伸长，作用 在3上的弹簧力逐渐减小，3产生负加速度，速度降低，动摩擦 力相应增大，速度逐渐下降，直到3停止运动，主动件1这时再 重新压缩弹簧，爬行现象进入下一个周期。
直线运动常用传动形式
滚珠丝杠传动
齿轮齿条传动
滚珠丝杠传动

外观及结构

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特点： 高效率、可逆性； 零背隙、高刚性 高导程精度； 低启动扭矩、顺畅性；

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螺帽型式： 循环型式： 外循环； 内循环； 端盖式循环 螺帽种类： 法兰式，圆通式； 单螺帽，双螺帽。 循环数

螺母旋转类
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螺母旋转型，顾名思义，丝杠两端固定不动（拉伸 状态），螺母相对丝杠转动，同时与丝杠产生相对 轴向移动。 由于“螺母旋转型”的丝杠不转，因此回避了丝杠 的极限转速和压杆稳定性的约束，并且没有丝杠旋 转惯性力，从而可以实现相对更高的转速和进给速 度，同时也放宽了对丝杠直径的抗弯要求。 体积小、精度高 组装容易 高刚性 低噪音
机电一体化系统机械系统 设计
与一般机械系统比较，机电一体化机 械系统的要求：
① 定位精度要高 ② 响应速度要快 ③ 稳定性高
常常提出：无间隙、低摩擦、低惯量、高刚 度、高谐振频率、适当的阻尼比
传动机构
1、传动机构的种类： 齿轮传动机构、滚珠丝杠副、滑动丝杠副、同 步带传动副、间歇机构、绕性传动机构 2、传动机构的基本要求： ① 低惯量。在不影响系统刚度的条件下，传动 机构的质量和转动惯量要小；转动惯量大会对 系统造成机械负载增大（T电=T负+Jε）；系统 响应速度变慢，灵敏度降低；系统固有频率下 降，产生谐振；使电气部分的谐振频率变低。
由上述分析可知，低速进给爬行现象的 产生主要取决于下列因素：
① 静摩擦力与动摩擦力之差，这个差值越大， 越容易产生爬行。 ② 进给传动系统的刚度K越小、越容易产生 爬行。 ③ 运动速度太低。
2）消除爬行现象的途径（实际做法） ① 提高传动系统的刚度 a．在条件允许的情况下，适当提高各传动件或组件的刚度，减小 各传动轴的跨度，合理布置轴上零件的位置。如适当的加粗传动丝 杠的直径，缩短传动丝杠的长度，减少和消除各传动副之间的间隙。 b．尽量缩短传动链，减小传动件数和弹性变形量。 c．合理分配传动比，使多数传动件受力较小，变形也小。 d．对于丝杠螺母机构，应采用整体螺母结构，以提高丝杠螺母的 接触刚度和传动刚度。 ② 减少摩擦力的变化 a．用滚动摩擦、流体摩擦代替滑动摩擦，如采用滚珠丝杠、静压 螺母、滚动导轨和静压导轨等。从根本上改变摩擦面间的摩擦性质， 基本上可以消除爬行。 b．选择适当的摩擦副材料，降低摩擦系数。 c．降低作用在导轨面的正压力，如减轻运动部件的重量，采用各 种卸荷装置，以减少摩擦阻力。 d．提高导轨的制造与装配质量，采用导轨油等都可以减少摩擦力 的变化。

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滚珠丝杠安装方式 滚珠丝杠副的安装方式一般叫做滚珠丝杠副的支承形 式，通常有两大类（丝杠旋转类和螺母旋转类）共五种 典型的支承形式，支承形式不同，所容许 的轴向载荷 和容许的回转转速也有所不同，应根据工况适当选择。 丝杠旋转类 两侧固定式 用于高转速、高精度的场合。该形式两端分别分别由 一对轴承约束轴向和径向自由度，负荷由两组轴承副共 同承担。也可以使两端的轴承副承受反 向预拉伸力， 从而提高传动刚度。在定位要求很高的场合，甚至可以 根据受力情况和丝杠热变形趋势精确设定目标行程补偿 量，进一步提高定位精度。“固定—固定”型有时也被 片面地叫做“双推－双推”，实际上由于径向力的存在 几乎很少能用两个推力轴承作为固定端。由于此形式结 构较复杂，调整较难，因此一般仅在定位要求很高时采 用。
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固定-游动式
适用于中转速、高精度的场合。该形式一端由一对 轴承约束轴向和径向自由度，另一端由单个轴承约 束径向自由度，负荷由一对轴承副承担，游动的 单 个轴承能防止悬臂挠度，并消化由热变形产生的应 力。“固定—游动”型有时也被片面地叫做“双推 －支承”。此形式结构较简单，效果良好，应用广 泛。