机电机械系统设计课件

双圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副
——主要用于重载，以传递动力和运动 为主，对传递动力和运动的平稳性有较 高的要求，传递精度高、丝杠刚度大防 尘效果好的高精度机器设备上。
预紧原理
预紧结构
2）滚珠丝杠副基本结构尺寸的选择
2、名义力矩 名义 力矩是指在谐波齿轮传动的使用期限（一般5000h） 之内允许输出的最大力矩。目前标准化系列
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3、材料选择 柔轮处在反复弹性变形的状态下工作，需选择强 度和耐疲劳性能好的合金结构钢制作。通常使用的材 料由：轴承钢、铬钢、铬锰硅钢、铬锰钛钢等。 目前常用35MnSiA 、GCr15。 刚轮采用45钢、40Cr 波发生器55Si2 、60 Si2、 55CrMn等
单推 —— 单推式结构形式
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（4）一端固定一端自由（双推——自由，F——O） 如图3-78所示。结构简单刚度、临界转速、压杆稳 定性都较低，适用于较短和竖直安装的丝杠。
双推 —— 自由式结构形式
五、滚珠丝杠副的制动装置
• 作用：在垂直安装或在高速移动定位时，防止滚珠丝杠副 逆转发生不安全事故或定位不可靠（无自锁能力）。 常用：超越离合器、双推式电磁离合器（制动器）。

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（2）轴向游动简支（S） 可用深沟球轴承、圆柱滚 子轴承等 （3）单向推力 可用单向圆锥滚子轴承、单向推力 角接触球轴承。 （4）自由端（O） 轴向和径向均无约束。
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2、两端支承形式 （1）两端固定（双推——双推，F——F） 刚度最高，进行预拉伸后可减少丝杠自重变形 和补偿热膨胀，使刚度更高。用于高精度高刚度 的工作条件。这种形式结构复杂，工艺困难，成 本最高。
2、FFZD40×5-3-D3/1400×900
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四、滚珠丝杠的支承结构形式
滚珠丝杠副的支承，主要是约束丝杠的轴向窜动，其次才 是径向约束。 1、单支承形式 （1）双向推力固定（F） 可用双向圆锥滚子轴 承、两个单向圆锥滚子轴承反向成组使用、双向推 力角接触球轴承、两个单向推力角接触球轴承反向 成组使用、双向推力球轴承、两个单向推力球轴承 反向成组使用、滚针和推力滚子组合轴承
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• 2.4 谐波齿轮传动
谐波齿轮传动也是利用行星轮系传动的原理发展起来的一种新 型传动，它由三个基本构件组成：即波发生器、刚轮和作为柔 轮的中间挠性体，由于在传动过程中，柔轮产生的弹性变形波 近似于谐波，故称之为谐波齿轮传动，常用的是双波和三波两 种，其波发生器如下图：
双波传动
三波传动
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• 2.4 谐波齿轮传动
一、工作原理
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谐波齿轮传动过程
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谐波齿轮传动特点： １）传动比大 单级谐振动波齿轮传动的传动比为50～500，多级和复 式传动的传动比更大，可达30000以上。 ２）承载能力大 传递额定输出转矩时，谐波齿轮传动同时接触的齿对 数可达总对数的３０％～４０％以上。 ３）传动精度高 在同样制造条件下，谐振动波齿轮的传动精度比一般 齿轮的传动精度对至少高一级。齿侧间隙可调整到最小， 以减少传动回差。
i HR
G
ZR ZG ZR
二种是柔轮固定，波发生器输入，刚轮输出，传动比为：
i
R HG

ZG ZG Z R
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三、谐波齿轮传动机构参数选择与计算
目前我国已制定了谐波齿轮减速器标准。介绍单级谐波齿 轮传动 1、传动比的选择
目前我国谐波齿轮减速器的传动比标准化系列有： 100、125、160、200、250、315、400等。在选用时， 允许所选用的传动比比实际的传动比有 5 得误差。
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b
b
b
a) 单 圆 弧 型 滚 道
b) 双 圆 弧 型 滚 道
b
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结构特点
单圆弧滚道：结构简单，传 递精度由加工质量保证，轴 向间隙小，无轴向间隙调整 和预紧能力，加工困难，加 工精度要求高，成本高，一 般在轻载条件下工作。 双圆弧滚道：结构简单， 存在轴向间隙，加工质量易 于保证，在使用双螺母结构 的条件下，具有轴向间隙调 整和预紧能力，传递精度高。
3 2 1
6 7
4
5
4 3 2 1
超越离合器
双推式电磁离合器
六、滚珠丝杠副的润滑与密封
• 润滑：主要有脂润滑和滴油润滑。
• • 密封：接触式密封（动或静密封）和非 接触式密封（迷宫式密封）。 防尘与防护：折叠式防尘套、伸缩式防 尘套、伸缩挡板防尘装置等。
七、滚珠丝杠副的选择方法
1）滚珠丝杠副结构形式确定
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2.5 滚珠螺旋传动
滚珠螺旋运动是在丝杠与螺 母之间放入适量的滚珠，于是 螺纹之间的摩擦为滚动摩擦。 滚珠丝杠副的组成:
4 3 2 1
由带螺旋槽的丝杆1、螺2 母、滚动元件滚珠/滚柱3、回 珠装置4等组成。
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滚珠螺旋传动特点： 1）传动效率高 一般滚珠丝杠副的传动效率达85%～98%，为滑动 丝杠副的3～4倍。 2）运动平稳 滚动摩擦系数接近常数，启动与工作摩擦力矩差别 很小。启动时无冲击，低速时无爬行。 3）能够预紧 预紧后可消除间隙产生过盈，提高接触刚度和传动 精度。同时增加的摩擦力矩相对不大。 4）工作寿命长 滚珠丝杠螺母副的摩擦表面为高硬度（HRC58～ 62）、高精度，具有较长的工作寿命和精度保持性。 寿命约为滑动丝杠副的4～10倍以上。
3、双螺母垫片预紧（D）如图3-69所示，修磨垫片 厚度，使两螺母的轴向距离改变。图3-69a为拉伸预 紧，使用较多。图3-69b为压压缩预紧。垫片预紧刚 度高，但高速不便，不能随时调隙预紧。
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4、双螺母螺纹预紧（L）如图3-70所示，调整圆螺线使 丝杠右螺母向右，产生后伸预紧。高速方便，但预紧量 不易掌握。
依据预紧条件和防尘条件决定滚珠丝杠副 的结构形式。
单圆弧螺纹滚道的单螺母丝杠副
——以动力传动为主，允许传动存在一 定间隙，且垂直安装。常用在高精度压力设 备上（导向精度由导轨保证）。
单圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副
——主要用在传递轻载荷、对传递动力 的平稳性和丝杆刚度要求比高（预紧力较小） 的小型设备上。
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（二）滚珠循环方式
1、内循环：一圈一个循环，在循环过程中滚珠与丝杠始 终内循内循环：一圈一个循环，在循环过程中滚珠与丝杠 始终不脱离接触
固定式内循环
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4 3 2 1 5
4、反向器 5、弓形片簧 1、丝杠 2、螺母 浮动式反向器内循环
3、滚珠
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（三）预紧方式 1、单螺母变位导程预紧（B） 如图形3-67所示，在 螺母体内将两个闭式滚珠链中间过渡区域内整数倍的 基本导程nPh变为
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2、单螺母增大钢球直径预紧（Z）滚道截面须为双 圆弧，预紧力不可太大，结构最简单，但预紧力大 小不能调整
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数控机床、精密机械或仪器选1、2、3级
一般动力传动选4、5级
•根据使用范围，滚珠丝杠副可分为定位P类和传动T 类。具体精度项目分三类。 （一）行程偏差和行程变动量 行程偏差按表3-25的规定逐项检验
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有效行程 l u 按下式计算：
l u l 1 2 l e ( mm )
2、外循环 多圈一个循环，在循环过程中一部分滚珠 与丝杠脱离接触。
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插管式外循环
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端盖式外循环
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（三）预紧方式
无论是滑动丝杠还是滚动丝杠传动，由于在结构上均存 在一定的轴向间隙，以及磨损间隙的存在，为了保证运动传 递的连续性和可靠性，消除轴向间隙并实施一定预紧，有利 于提高丝杠的传递精度和一定的承载能力。 消除和减小丝杠轴向间隙的主要方法： 主要分为双螺母螺纹预紧调整、 双螺母垫片式预紧调整、 双螺母齿差式预紧调整、 弹簧式自动预紧调整、 单螺母变导程预紧调整方式。
双推 —— 双推式结构形式
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（2）一端固定一端游动（双推——简支，F——S）如 图3-76所示。丝杠有热膨胀的余地。
双向推力球轴承----深沟球轴承
双推 ——简支式结构形式
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（3）两端均为单向推力（单推——单推，J——J）如图3-
77所示。可根据预计温升产生的热膨胀量进行预拉伸。
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5、双螺母齿差预紧（C）如图3-71所示，两螺母端面 分别加工出齿数为的内齿圈，分别与双联齿轮啮合。一 般若两螺母同向各转过一个齿，则两螺母的相对轴向位 移为为导程。）调整精确方便，但结构较复杂。
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二、滚珠丝杠副的精度
•滚珠丝杠副根据使用范围及要求分为七个精度等级， 即1、2、3、4、5、7、10级，1级最高依次递减。
有预加载荷的滚珠螺母定位杠螺纹轴线的平行度等。
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(三)性能检验 性能检验项目有： 动态预紧转矩极偏差、轴向接触刚度等。
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三、滚珠丝杠副的尺寸与代号
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参数名称
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参数名称
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滚珠丝杠副的型号根据其结构、规格、精度和螺纹旋 向等特征，按下列格式编写：
3、标注方法
滚珠丝杠副结构、规格、精度的标注方法如图所示：
×
螺纹旋向，右旋不标 检查项目编号 精度等级 滚珠总圈数 基本导程 公称直径 预紧方式 循环方式 外形结构特征
例：1、FC1B-60×6-5-E2 左
(汉江机床厂) （南京工艺装备厂）
式中 l1 ——丝杠螺纹全长；
l e ——余程，见表3－26。
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（二）跳动和位置公差 跳动和位置公差项目有： 滚珠丝杠螺纹外径对丝杠螺纹轴线的径向圆跳动 滚珠丝杠支承轴颈对丝杠螺纹轴线的径向圆跳动 滚珠丝杠支承轴颈肩面对丝杠螺纹轴线的圆跳动 有预加载荷的滚珠螺母安装端面对螺丝方轴线的圆跳 动 有预加载荷的滚螺母安装直径对丝杠螺纹轴线的径向 跳动、
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5）定位精度和重复定位精度高 由于滚珠丝杠副摩擦小、温升小、无爬行、无间隙， 通过预紧进行预拉伸的补偿热膨胀。因此可达到较高的 定位精度和重复定位精度。 6）同步性好 用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的运动 部件，可得到较好的同步运动。 7）可靠性高 润滑密封装置结构简单维修方便。 8）不自锁 用于垂直传动时，必须在系统中附加自锁 或制动装置。 9）经济性差成本高 由于结构工艺复杂，故制造成本较高。价格往往以 mm计。
• 2.4 谐波齿轮传动
XB1单级谐波 传动减速器组 件外形图
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• 2.4 谐波齿轮传动
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• 2.4 谐波齿轮传动
XB1单级谐波传动 减速器外形图
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二、单级谐波齿轮传动比计算
谐波齿轮传动是行星传动的一种变型。波发生器相当于 行星轮系的转臂（Ｈ），柔轮（Ｒ）相当于行星轮，而刚轮 （Ｇ）相当于中心轮内齿圈。 单级谐波齿轮传动比计算有两种基本情况： 一种是刚轮固定，波发生器输入、柔轮输出，传动比为：
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４）传动平稳 基本上无冲击振动。 5）传动效率高 单级传动的效率为65%～90%. 6）结构简单、体积小，重量轻 在传动比承载能力相同的条件下，谐波齿轮减速 器比一般齿轮减速器的体积和重量减少1／2～1／3。 ７）成本高 柔轮材料能要求高，制造较困难，精度高。
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一、滚珠丝杠副的结构类型
主要按螺纹滚道截面形状、滚珠的循环方式、消 除轴向间隙的调整与预紧方式三种形式进行分类。
（一）螺纹滚道法向截面形状 螺纹滚道法向截面形状有单圆弧和双圆弧两种， 如图所示。滚道沟曲率半径R与滚球直径DW之比为 R/DW=0.52～0.56。单圆弧型要有一定的径向间隙， 使实际接触角a≈45°双圆弧型的理论接触角a=38°～ 45°实际接触角随径向间隙和载荷而变。