机电一体化技术模块一机械传动及支承零部件

? 从四个方面去思考：
1．滚珠丝杠副的组成与原来的丝杠有哪些区别？
? 2．滚珠丝杠副的滚珠循环方式有哪些？
? 3．滚珠丝杠副的轴向间隙如何来调整？
? 4．滚珠丝杠副的结构如何来设计？
项目知识
1-1-1 滚珠丝杠副的定义及特点
滚珠丝杠副又名滚珠螺杆副，它是在丝杠与螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件。它可将 旋转运动转变为直线运动，或者将直线运动转变为旋转运动。因此滚珠丝杠副既是传动元件，也是 直线运动与旋转运动的相互转化元件。
1—螺母 2—滚珠 3—回程引导装置 4—丝杠 图1-2 滚珠丝杠副
项目知识
?
在滚珠丝杠副中，利用滚道内的滚珠，将丝杠与螺母之间的滑动摩擦转变成了滚
动摩擦，同时滚珠在滚道内反复的循环着，滚珠循环的方式主要有内循环和外循环两
种。
? 1．内循环
?
当滚珠丝杠副采用内循环方式时，其滚珠在整个循环过程中始终与丝杠表面保持
动作。
? 2．快速响应
?
机电一体化系统的快速响应就是要求机械系统从接到指令开始到开始执行之间的时间间隔短，这
样控制系统才能根据机械系统的运行情况及时获取信息，从而进行决策，下达指令，使其得以精确地
完成任务。
? 3．良好的稳定性
?
机电一体化系统要求其机械装置在温度、振动等外界干扰的作用下依然能够正常稳定的工作。即
数控卧式车床。它能加工各种轴类和盘类零件，适用于多品种，中小批量产品的生产，同时该机床的
工作台采用了精密滚珠丝杠副，所以对于复杂、高精度零件的加工就尤能显示其优越性。本项目通过
对滚珠丝杠副的熟悉了解，进一步清楚了解滚珠丝杠副的结构组成、滚珠的循环方式、轴向间隙的调
整、结构设计计算、未来发展趋势等。
? 问题思考：
于机电一体化的机械系统。
? 机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除了要求较高的制造精度外，还应具有良好的动 态响应特性，即快速响应和良好的稳定性。
? 1．高精度
?
高精度的机械系统是机电一体化系统完成精确机械操作的基础。如果机械系统本身的精度都不能
满足使用要求，那么无论其他子系统的控制工作如何精确，也都无法完成机电一体化系统规定的机械
难点: 1.滚珠丝杠副的结构设计计算； 2.直线导轨的结构问题； 3.谐波齿轮减速器主要零部件的设计计算。
模块1
? 模块导学
?
本章内容分别为滚珠丝杠传动，直线导轨机构，谐波齿轮减速器三个独立的机电一体化的例子，
学生主要从机械传动及支承零部件方面来分析三个典型系统例子，从而找出机电结合的方法，关键在
?
如图1-5所示，该结构的滚子回程滚道主要是在螺母 1上钻出的纵向孔，同时在螺
母两端装有两块扇形盖板或套筒 2，这样就在盖板上形成了滚珠的回程道口。滚道半径
为滚珠直径的 1.4-1.6倍。这种方式结构简单，工艺性好，但滚道吻接处和弯曲处圆角
不易加工准确而影响了其性能，故应用很少，常以单螺母形式用作升降传动机构。
滚珠丝杠的特点如下：
? 1.传动效率高 ? 2.传动精度高 ? 3.可微量进给 ? 4.同步性好 ? 5.高可靠性
项目知识
1-1-2 滚珠丝杠副的工作原理及轴向间隙调整
滚珠丝杠传动机构的工作原理如图 1-2所示，丝杠 4和螺母 1的螺纹滚道内置有滚 珠2，当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，从而产生滚动摩擦。为了防止滚珠从 螺纹滚道端面掉出，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。
接触。内循环方式的特点主要是滚珠循环的路程短、循环流畅、效率高，结构尺寸也
较小，但反向器的加工困难，装配调整也不方便，最常用的结构如图 1-2（a）所示，
在螺母 1的侧面孔内装有接通相邻滚道的反向器 3，利用反向器 3引导滚珠 2越过丝杠 4
的螺纹顶部进入相邻的滚道，从而形成一个循环回路，一般在同一螺母上装有 2-4个反
向器，并沿螺母四周均匀分部。
? 2．外循环
?
外循环方式中，滚珠在循环返向时，有一段脱离丝杠螺旋滚道，在螺母体内或体
外作循环运动，外循环方式的结构制造工艺简单，但其滚道接缝处很难做到平滑，从
而会影响到滚珠滚动的稳定性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大，外循环方式按结构
源自文库
形式来分，可分为螺旋槽式、插管式和端盖式三种。
项目知识
? 1）螺旋槽式
?
如图1-3所示，在螺母 2的外圆表面上通过铣削加工，加工出螺纹凹槽，凹槽的两
端通过钻削，钻出两个与螺旋滚道相切的通孔，同时在螺纹滚道内装有两个挡珠器 4来
引导滚珠 3通过凹槽两端的通孔，再应用套筒 1盖住凹槽，从而形成滚珠的循环回路。
图1-3 螺旋槽式
项目知识
? 2）插管式
滚珠丝杠副的定义及特点 滚珠丝杠副的工作原理 滚珠丝杠副的发展历史 滚珠丝杠副的主要尺寸及型号标注 滚珠丝杠副选择设计的原则 滚珠丝杠副的结构设计 滚珠丝杠副的发展 滚珠丝杠副的制约因素
? 项目思考
?
图1-1 大连机床CKD6150数控车床
?
如图1-1所示，这是一台我国大连的CKD系列机床，该类机床为纵（Z）、横（X）两坐标控制的
?
如图1-4所示，在插管式结构中，利用弯管 1来代替螺旋凹槽，将其两端分别插入
与螺旋滚道相切的两个内孔，以其端部来引导滚珠 4进入弯管，从而构成滚珠的循环回
路，再用压板 2和螺钉将弯管固定。这类结构简单，容易制造，但是它的径向尺寸较大，
弯管端部用作挡珠器比较容易磨损。
图1-4 插管式
项目知识
? 3）端盖式
系统抵御外界环境的影响和抗干扰能力强。
? 此外机电一体化机械系统还要求具有体积小、重量轻、高可靠性和寿命长等特点。
模 块 1 机械传动与支承部件
? 项目1-1 滚珠丝杠传动
项目思考
知
识
分
布
滚珠丝杠传动
网
络
项目知识 项目实践
知识拓展
滚珠丝杠机构由哪些组成？ 滚珠丝杠机构应用领域？ 滚珠丝杠机构如何来设计？
模 块 1 机械传动及支承零部件
模块目标 1.掌握机电一体化对机械传动的基本要求； 2.掌握滚珠丝杠副的工作原理，滚珠循环方式及结构设计； 3.掌握常用直线滚动导轨的类型与选择； 4.熟悉谐波齿轮减速器的工作原理、特点及典型部件的结构设计计
算。
重点: 1.滚珠丝杠副的结构设计； 2.直线导轨的工作原理及典型结构问题； 3.谐波齿轮减速器主要零部件的设计计算。