把止推轴承装在滚珠丝杠的两端并施加预紧力可以提高轴向刚度
机电一体化系统设计_第二章机械部件选择与设计
d) 弹簧式自动预紧调整
但结构复杂、轴向刚度较差、适合清载场合。
（3）选择滚珠丝杠副支承方式
为了提高滚珠丝杠传动副的支承刚度，从而提高传 动精度，滚珠丝杠副支承方式具有下属四种方式。
a) 单推--单推式支承
特点：两端止推轴承可使滚珠丝杆产生预拉伸力， 提高了丝杆安装刚度，预拉力越大，轴承寿命降低。
3）滚珠丝杠副的选择设计验算步骤
依据最大工作载荷(N)或平均工作载荷(N)作用下的使用寿命T(h)、 丝杆有效工作行程(mm)、丝杠转速(r/min)或平均转速(r/min)、滚 道硬度HRC以及工况等实际工作条件，进行一系列的验算。 〃 承载能力计算与滚珠丝杠副型号选择 在最大静载荷和动载荷条件下，进行弯曲强度、接触应力强度、 疲劳强度等验算，综合决定选择滚珠丝杠副型号。 〃 压杆稳定性验算或校核 压杆稳定性验算或校的基本要求是不影响滚珠丝杠副的精度和 变形附加载荷产生的摩擦阻力超过极限值。 〃 刚度验算 结构刚度（支承方式相关）和接触刚度（导轨滚道）。 **由此才能完成滚珠丝杠副的选择设计工作。
滚珠丝杠副的四种支承方式及其特点
（4）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）。
2 1
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超越离合器
双推式电磁离合器
超越离合器的工作原理
超越离合器是利用主动件和从动件的转速变化或回转方 向变换而自动接合和脱开的一种离合器。当主动件带动从 动件一起转动时，称为结合状态；当主动件和从动件脱开 以各自的速度回转时，为超越状态。
超越离合器具有以下功能 a.在快速进给机械中实现快慢速转换、超越功能。 b.实现步进间隙运动和精确定位的分度功能。
机电一体化复习要点
1,机电一体化”一词的英文是“Mechatronics.Mechanics + Electronics“机电一体化”乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。
2,系统检的构成：机械系统，信息处理系统，动力系统，传感检测系统，执行元件系统3，工业三大要素：物质，能量，信息4，机电一体化系统具有的三大目的功能：变换功能，传递功能，储存功能5，接口：构成机电一体化系统的要素或子系统之间必须顺利地进行物质，能量和信息的传递与交换。
为此，各要素或个子系统处必须具备一定的联系条件，这些联系条件称为接口。
6,广义的接口功能有两种，一种是输入/输出；另一种是变换、调整。
7,接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。
8，根据接口的变换、调整功能，可将接口分成以下四种：零接口、无源接口、有源接口、智能接口。
9，根据接口的输入／输出功能，可将接口分成以下四种：机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。
10，机电一体化系统(产品)的主要特征是自动化操作。
11，与一般机械系统相比机电一体化系统要求：响应要快、稳定性要好。
12，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，主要从以下几个方面采取措施：1) 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件、2) 缩短传动链、3) 选用最佳传动比、4) 缩小反向死区误差、5) 改进支承及架体的结构设计以提高刚性。
13，对传动机构要求：精密化，高速化，小型轻量化14,机电一体化系统设计的现代设计方法：计算机辅助设计与并行工程，虚拟产品设计，快速响应设计，绿色设计，反求设计，网络合作设计15，步进电动机升降频的必要性及方法：当步进电动机的运行频率fb>fa(fa为步进电动机有载启动时的起动频率)时，若直接用fb起动，由于频率太高，步进电动机会丢步，甚至停转；同样，在fb频率下突然停止，步进电动机会超程。
因此，当步进电动机在运行频率fb下工作时，就需要升降频控制，以使步进电动机从起动频率fa开始，逐渐加速升到运行频率fb，然后进入匀速运行，停止前的降频可以看做是升频烦人逆过程。
数控机床滚珠丝杠和滚动轴承的预紧方法
M机床/附件/工装achine Tools/Accessories/Fixture冷加工2011年第11期53櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏了解，一些相对保守的厂家，则将夹持力损失1/2时作为最大转速的计算依据。
所以以上数据是否适用于大型重载的卡盘还有待试验验证。
为了便于操作者参考，根据式（1）我们给出了不同转速下，两种卡盘夹持力损失图（见图4）。
图4根据材料力学公式校核这两个卡盘在最大转速时薄弱点的强度（见图3），注意：此时对于A结构卡盘，计算薄弱点A1时，应当将整个卡爪座（包含增力丝杆）的质量计算为移动部件的质量；计算薄弱点A2时，应当将增力丝杆与卡爪的重量之和作为移动部件的质量。
此时对于B结构卡盘，应当将丝杆与卡爪的质量之和一起计算。
如果强度不够，应当考虑增加固定键的厚度，增加螺栓数量，采用高等级的螺栓等方法来增加强度。
根据滑动螺旋副结构来校核丝杆的强度、耐磨性能、稳定性。
保证使用性能的前提下，尽量使用短的丝杆。
（收稿日期：20110115）数控机床滚珠丝杠和滚动轴承的预紧方法济南四机数控机床有限公司（山东250101）徐赞王景晓徐公志滚珠丝杠和滚动轴承作为数控机床关键功能部件，其装配精度与装配质量在很大程度上决定于丝杠副系统刚性和定位精度及轴承的旋转精度和刚度，直接影响数控机床的加工精度。
为此，在数控机床的制造过程中，为了补偿因工作温度升高而引起丝杠的伸长和轴承轴向游隙引起的窜动，必须消除其轴向间隙，对其预加负荷拉伸进行预紧。
在设计制造过程中，为达到既能使丝杠拉伸，又能达到轴承预紧的目的，广泛采用预紧力技术消除滚珠丝杠和滚动轴承的间隙。
通常在丝杠轴台处及轴承与端盖间设计一个预紧套和调整垫，通过配磨预紧套和调整垫来达到丝杠拉伸及轴承预紧的目的，使丝杠达到最佳运行效果。
以我公司典型部件横进（见图1）为例，来探讨滚珠丝杠和滚动轴承的预紧方法。
第二章-机械系统部件的选择与设计
根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，可选择适当的结构
型式。当允许有间隙存在时(如垂直运动)可选用具有单圆弧形螺纹滚 道的单螺母滚珠丝杠副；当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需 要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；当具备良 好的防尘条件，且只需在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简
1．螺杆上两螺纹旋向相同时，活动螺母移动情况
距 离： 方 向：
L=N（Ph1-Ph2）减小 （固定螺母导程Ph1，活动螺母导程Ph2， ⑴
⑵ 螺杆转速Ｎ） Ph1> Ph2，活动螺母移向与螺杆移动同向； Ph1< Ph2，活动螺母移向与螺杆移动反向；
⑶ Ph1= Ph2 ，活动螺母不动（移动距离为零）。 2．螺杆上两螺纹旋向相反时，活动螺母移动情况 距 离： 方 向： L=N（Ph1+Ph2）增大； 活动螺母移动与螺杆移动同向
第二章 机械系统部件的选择与设计
第一节
机械系统部件的设计要求
为确保机械系绕的传动精度和工作稳定性，在设计中，常提出 无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等
要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施。
第一节
机械系统部件的设计要求
1)采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；
2)缩短传动链，提高传动与支承刚度；
常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。润滑脂一般在装配时
放进滚珠螺母滚道内定期润滑，而使用润滑油时应注意经常通过
注油孔注油。
三、 滚珠丝杠传动部件
防护套的形式有折叠式密封套、伸缩套管和伸缩挡板。其材料
有耐油塑料、人造革等。
三、 滚珠丝杠传动部件
三、 滚珠丝杠传动部件
8．滚珠丝杠副的选择方法
数控机床故障诊断复习题有答案
1、数控机床按控制运动轨迹可分为点位控制、（直线控制）和（轮廓控制）等几种。
2、数控机床的核心是（数控装置）其作用是处理输入信号并输出（指令）。
3、机床自运行考验的时间，国家标准GB9061-88中规定，数控车床为（16）小时，加工中心为（32）小时。
都要求（连续）运转。
4、数控机床内部干扰源主要来自（电控系统的设计），（结构布局）及生产工艺缺陷。
5、数控机床的进给伺服系统由（伺服电路）（伺服驱动）（机械传动机构）及执行部件组成。
6、干扰是指有用信号与噪声信号两者之比小到一定程度时，（噪声信号）影响到数控系统正常工作这一物理现象。
7、滚珠丝杆螺母副间隙调整方式：（垫片式）（螺纹式）（齿差式）。
8、步进电机的驱动电路一般有（环形分配器）和（功率放大器）两部分。
9、机械磨损曲线包含（磨合阶段）、（稳定磨损阶段）、（急剧磨损阶段）三个阶段组成。
10、数控机床的自动换刀装置中，实现（刀库）和机床（主轴）之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。
11、滚珠丝杠螺母副，按滚珠返回的方式不同可以分为（内循环式）和（外循环式）两种。
12、数控机床常用的刀架运动装置有：（四方转塔刀架）（机械手链式刀架）（转塔式刀架）。
13、数控机床故障分为（突发性故障）和（渐发性故障）两大类。
14、数控机床电路包括（主电路）、（控制电路）和信号电路。
15、导轨按其摩擦性质可以分为(滑动导轨)、(滚动导轨)和(静压导轨)三大类。
16、选择合理规范的(拆卸)和(装配)方法，能避免被拆卸件的损坏，并有效地保持机床原有精度。
17、数控功能的检验，除了用手动操作或自动运行来检验数控功能的有无以外，更重要的是检验其（稳定性）和（可靠性）。
18、提高开环进给伺服系统精度的补偿措施有（传动间隙）补偿和（螺距误差）补偿。
19、提高进给运动低速平稳性的措施有：降低（执行部件质量）减少（动静摩擦之差）提高（传动刚度）20、滚动导轨的预紧有两种方法，即采用（过盈配合）采用（调整元件）21、数控机床的可靠性指标有（平均无故障时间）、（平均故障排除时间）和（有效度）。
机电一体化系统设计
1、先进制造技术
先进制造技术（AMT－Advanced Manufacturing Technology）先进制造 技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理 等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、 使用Байду номын сангаас服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产， 并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。
系统的五个子系统及其功能
• 1 计算机（微机） • 2 执行元件 • 3 机构 • 4 传感器 • 5 动力源
控制功能 操作功能 构造功能 检测功能 动力功能
2、机电一体化相关技术
机械技术、微电子技术、信息技术、 控制技术、传感器技术、驱动技术、 计算机技术、软件技术
等多种学科的技术融合在一起，紧密结合在一起。
机电一体化系统设计步骤：
• 1明确任务 • 2调研 • 3方案拟定（设计） • 4机械部件设计 • 5电气控制硬件设计 • 6控制软件设计 • 7组织生产、调试 • 8改进设计 • 9整理资料
机电一体化机械系统（特点）要求
• 1低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。 • 2缩短传动链，提高传动与支承刚度。 • 3最佳传动比，减少系统等效转动惯量，提高加
• 1)单推一单推式 • 2)双推一双推式 • 3)双推一简支式 • 4)双推一自由式
1)单推一单推式
• 止推轴承分别装在滚珠丝杠的两端并施加预紧 力。其特点是轴向刚度较高，预拉伸安装时， 预紧力较大，但轴承寿命比双推一双推式低。
2)双推一双推式
• 两端分别安装止推轴承与深沟球轴承的组合，并施加 预紧力，其轴向刚度最高。该方式适合于高刚度、高 转速、高精度的精密丝杠传动系统。但随温度的升高 会使丝杠的预紧力增大，易造成两端支承的预紧力不 对称。
自动化设计标准件选型
简图
缓冲原理
适合气缸
固定缓冲
在活塞或前后盖上加装橡胶垫片，吸收冲击能量
适用于气缸速度小于750mm/s的中小型气缸及单动气缸
气缓冲
控制缓冲端气体流出速度，通过背压完成缓冲
适用于气缸速度不大于500mm/s的大中型气缸及速度不大于1000mm/s的中小型气缸
如使用环境温度较高时，请选择密封件材质为氟橡胶；
气缸与之相关的计算公式
1.气缸耗气量计算
Q / Qmax—— 气缸的最大耗气量 L/minD —— 缸径 cmVmax: 气缸的最大速度 mm/sS ——气缸行程（cm)t —— 气缸一次夹紧（或松开）动作时间(sec),P —— 使用压力 （Mpa）气缸的耗气量还包括非工作容积（如气缸内气管等），所以需将耗气量计算结果乘以经验值：1.25~2.0; (一般取值2.0）
梯形丝杆与滚珠丝杆对比
梯形丝杠和滚珠丝杠主要区别分为三点1)结构不同 梯形丝杠的结构简单、不复杂，主要是由螺杆和螺母组成，安装简单方便，但精度要求达不到。 而滚珠丝杠则是由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成，结构复杂，安装要求高，但精度高， 并已逐渐替代梯形丝杠的使用。 2)工作原理不同 梯形丝杠是依靠丝母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，滑动摩擦从而完成直线运动。摩擦力大易 磨损而且传动副存在间隙，反向旋转时有空位，精度低 滚珠丝杠的工作原理为：当丝杠作为主动体时，滚珠丝杆是高副机构，运动件都淬火到极高硬度，传动精度高，摩擦力小， 不易磨损，寿命长，配合件无间隙，广泛应用在精密机械3)产品特点不同 梯形丝杠的特点是成本低,能够自锁，应用于要求精度较低的一些机床，如升降机等工业设备。
单只线轨装配图
双只线轨装配图
滚珠线轨安装方式
机电一体化知识点
一、机电一体化起源与定义：在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称.机电一体化一般包含机电一体化产品(系统）和机电一体化技术两层含义。
典型的机电一体化产品（系统）有：数控机床、机器人、工程机械、汽车、智能化仪器仪表、CAD／CAM系统等.P26间隙的影响三、机电一体化的目的（功能）使系统（产品)高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠性化、省材料化、省能源化,并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展,不断满足人们生活和生产的多样化需要和生产的省力化、自动化需要.四、机电一体化发展概况“萌芽阶段"“蓬勃发展阶段"“智能化阶段”1 智能化、2 模块化、3 网络化、4 微型化、5、绿色化、6、人格化五、机电一体化系统的构成1、执行元件(主功能）实现机电一体化系统主功能.主功能是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。
主功能包括三个目的功能：（1）变换（加工、处理)功能；（2）传递（移动、输送）功能;（3）储存（保存、存储、记录）功能2、机械本体(构造功能）机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础,起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用.3、动力源（动力功能）是机电一体化产品的能量供应部分,其作用是按照系统控制要求,为系统提供能量和动力，使系统正常运行.4、传感检测单元（计测功能）对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测.要求：体积小、精度高、抗干扰5、控制与信息处理单元（控制功能）将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果,按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。
要求：高可靠性、处理速度快、智能化6、接口将各组成单元或子系统连接成一有机的整体。
各要素或子系统之间能顺利进行物质、能量和信息的传递和交换。
滚珠丝杠副轴向间隙调整和预紧的基本原理
滚珠丝杠副轴向间隙调整和预紧的基本原理滚珠丝杠副是一种常见的传动装置，其主要用于将旋转运动转化为直线运动。
在滚珠丝杠副中，轴向间隙调整和预紧是其基本原理之一，对于其正常运行和传动效率的提高起着重要的作用。
滚珠丝杠副的轴向间隙调整是指通过调节滚珠丝杠副中滚珠与螺纹轴的间隙大小，来达到理想的传动效果。
轴向间隙的调整是为了保证滚珠与螺纹轴之间的接触紧密，从而减小传动过程中的能量损耗和噪音产生。
如果轴向间隙过大，滚珠在传动过程中容易发生滑动，导致能量损耗增加；而如果轴向间隙过小，会增加滚珠与螺纹轴之间的摩擦，同样会影响传动效率。
因此，通过调整轴向间隙，可以使滚珠丝杠副在传动过程中实现最佳的接触状态，确保传动效率的最大化。
滚珠丝杠副的预紧是指通过施加一定的预紧力，使滚珠与螺纹轴之间产生一定的弹性变形，从而达到紧密配合的目的。
预紧力的作用是使滚珠与螺纹轴之间的接触更加紧密，增加传动的刚性和稳定性，减小传动过程中的回程误差和振动。
预紧力的大小需要根据具体的应用需求来确定，过大或过小都会影响滚珠丝杠副的传动效果。
一般来说，预紧力应该足够大，以保证滚珠与螺纹轴之间的接触紧密，但又不能过大，以免产生过多的摩擦和能量损耗。
在实际应用中，轴向间隙调整和预紧通常是通过调整滚珠丝杠副中的预紧螺母来实现的。
预紧螺母通常由两个螺纹结构组成，一个用于调整轴向间隙，一个用于施加预紧力。
通过旋转调整螺母，可以改变滚珠与螺纹轴之间的间隙大小和预紧力的大小。
在调整过程中，需要根据实际需求，不断试验和调整，直到达到理想的传动效果为止。
除了轴向间隙调整和预紧外，滚珠丝杠副的正常运行还需要注意以下几点。
首先，要定期检查滚珠丝杠副的润滑情况，确保润滑脂的充足和良好的润滑效果。
其次，要保持滚珠丝杠副的清洁，避免灰尘和杂质进入，影响传动效果。
最后，要避免滚珠丝杠副在超负荷或过载情况下工作，以免导致滚珠丝杠副的损坏和传动效果的下降。
滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧是其正常运行和传动效率提高的基本原理之一。
滚珠丝杠的结构及安装
滚珠丝杠的结构及安装一、滚珠丝杠结构1、滚珠丝杠副的种类与结构滚珠丝杠螺母副：是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性。
工作原理是：当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，如图3—4—1和图3—4—21—返向器2—螺3—丝杠4—滚珠（a）单圆弧（b）双圆弧图3—4—1滚珠丝杠副图3—4—2 螺纹滚道型面按滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式两种。
1）内循环式内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。
如图3—4—3。
在螺母的侧面孔内，装有接通相邻滚道的反向器，利用反向器引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。
一般在同一螺母上装有2—4个反向器，并沿螺母圆周均匀分布。
优缺点：滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小，但制造精度要求高。
图3—4—3 内循环示意图1—凸键2、3—反向键2）外循环式外循环方式的滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外做循环运动。
如图3—4—4，（a）为螺旋槽式外循环（b）为插管式外循环。
优缺点：结构简单、制造容易、但径向尺寸大，且弯管两端耐磨性和抗冲击性差。
图3—4—4 外循环示意图（a）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滚珠；4—挡珠器；5—丝杠（b）插管式：1—弯管；2—压板；3—丝杠；4—滚珠；5—滚道2、滚珠丝杠副的结构参数滚珠丝杠副的主要参数有：公称直径D、导程L和接触角β。
1）公称直径D：是指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。
它与承载能力直接有关，常用范围为30—80mm，一般大于丝杠长度的1/35—/30。
2）导程L：导程的大小要根据机床加工精度的要求确定，精度高时，导程小一些；精度低时，导程大些。
但导程取小后，滚珠直径将取小，使滚珠丝杠副的承载能力下降；若滚珠直径不变，导程取小后，螺旋升角也小，传动效率将下降。
基于C616车床的纵向进给系统的机电一体化改造设计
目录1 绪论 ...................................... 错误!未定义书签。
2机械部分设计................................ 错误!未定义书签。
2.1 设计框图及机械结构改进设计 (4)2.2 转动惯贯的计算 (4)2.3负载转动矩计算及最大静转矩选择 (5)2.4 步进电机的选择 (7)2.5 确定系统的脉冲当量 (9)2.6 切削力的计算 (9)2.7滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (10)2.7.1 计算进给牵引力F (10)m2.7.2 计算最大动载荷C (10)2,8 传动效率的计荷 (12)2.9 刚度验算 (14)2.10 齿转传动比的计算 (14)2.11轴的设计与校核 (15)2.11.1 初步估算轴的最小直径，并选择联轴器 (15)2.11.2 轴的结构设计 (15)2.11.3 按弯矩合成强度校核轴的强度 (17)2.11.4 按疲劳强度安全系数校核轴的强度 (19)3机床纵向伺服进给单元电气控制部分设计 (22)3.1 电气控制系统方案的确定 (22)3.1.1 步进电动机与丝杠的联接 (22)3.1.2 8051单片机的选择 (23)3.2 步进电动机开环控制系统设计 (24)3.2.1 脉冲分配器 (24)3.2.2 光隔离电路 (27)3.2.3步进电动机驱动电路 (28)3.3 8255可编程控制芯片的扩展 (29)3.3.1 8255芯片的介绍 (29)3.3.8051单片机与8255接口电路的设计 (29)3.3.3 8255芯片在设计电路中的控制功能 (31)3.4 6264芯片的扩展 (31)3.5 辅助电路的设计 (32)3.5.1 8051单片机的时钟电路 (32)3.5.2 复位电路 (32)3.5.3 越界报警电路 (33)3.6 操作面板设计的简要介绍 (33)3.7 绘制机床电气控制电路原理图 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附电气原理图 (36)1绪论根据社会调查针对C616车床的使用情况，车床产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通车床已不能适应这些要求，数控车床应运而生。
机械制造与自动化专业《数控机床进给系统机械结构》
数控机床进给系统机械结构数控机床进给系统,尤其是轮廓控制系统,必须对进给运动的位置和运动的速度两个方面同时实现自动控制,典型数控机床闭环控制的进给系统,通常由位置比拟和放大单元、驱动单元、机械传动装置及检测反应元件等几局部组成。
机械传动装置是指将驱动源旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链,包括减速装置、转动变移动的丝杠螺母副及导向元件等。
为确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工作稳定性,数控机床一般采用低摩擦的传动副,如减摩滑动导轨、滚动导轨及静压导轨、滚珠丝杠等。
1．滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床上得到了广泛的应用。
它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动元件，以减少摩擦。
工作原理如图4-7所示。
图中丝杠和螺母上都加工有圆弧形的螺旋槽，当它们对合起来就形成了螺旋滚道。
在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动时，滚珠沿螺旋槽向前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回程引导装置，逐个地又滚回到丝杠和螺母之间，构成一个闭合的回路管道。
图4-7 滚珠丝杠副的原理图滚珠丝杠副的优点是摩擦系数小，传动效率高， 可达～，所需传动转矩小；灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随动精度和定位精度高；磨损小，寿命长，精度保持性好；可通过预紧和间隙消除措施提高轴向刚度和反向精度；运动具有可逆性，不仅可以将旋转运动变为直线运动，也可将直线运动变为旋转运动。
缺点是制造工艺复杂，本钱高，在垂直安装时不能自锁，因而需附加制动机构。
〔1〕滚珠丝杠螺母副的结构滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。
滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环；滚珠在循环过程中与丝杠始终接触的为内循环。
在内、外循环中，滚珠在同一个螺母上只有一个回路管道的叫单循环，有两个回路管道的叫双列循环。
循环中的滚珠叫工作滚珠，工作滚珠所走过的滚道圈数叫工作圈数。
外循环滚珠丝杠副按滚珠循环时的返回方式主要有插管式和螺旋槽式。
关于机床滚动轴承和滚珠丝杠的预紧方法分析
关于机床滚动轴承和滚珠丝杠的预紧方法分析作者：周云龙王义来源：《硅谷》2013年第04期摘要机床中的滚动轴承和滚珠丝杠作为机床传送加工系统中重要的组件，对其间隙的大小和直接关系着其承载刚度和旋转精度，从而对机床系统的加工精度产生影响，因此对滚动轴承和滚珠丝杠进行有效的预紧，是消除间隙的有效方法。
本文对机床滚动轴承和滚珠丝杠的预紧分别进行分析，提出科学有效的预紧方法。
关键词滚动轴承；滚珠丝杠；预紧中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-111-1对于滚动轴承和滚珠丝杠来说，机床在进行加工制造的过程中产生的升温会导致轴承间隙的游动和丝杠的伸长，从而直接对加工的精度造成影响。
针对此种问题，必须对其间隙进行消除以提高滚动轴承和滚珠丝杠的旋转精度和负载刚度。
在对二者的设计和制造安装的过程中，可采用预紧力技术对滚动轴承和滚珠丝杠的间隙进行消除，使其能够保持良好稳定的运行。
预紧力是指连接件在受到载荷的拉力作用之前，为了使连接件间的连接紧密度增强而预加的力，以预防随着所受载荷的加重使连接件间产生间隙或者滑动，达到消除间隙的目的。
本文从对滚动轴承和滚珠丝杠进行预紧的意义出发，分析对机床滚动轴承和滚珠丝杠进行预紧的方法。
1 滚动轴承的预紧方法分析1.1 滚动轴承的预紧对于滚动轴承的预紧是在装配完成的轴承上，轴承的内、外圈在外力的作用下沿着轴线方向而产生相对移动。
对轴承的预紧不仅可以是轴承内的间隙得以消除，同时还可以提高轴承的滚动体与内、外圈接触的可靠度和紧密度。
并且在预紧力的作用影响下，在接触处发生一定的弹性变形，增大接触面，从而使滚动体的负载力提高。
进行预紧的滚动轴承，其整体的负载支承刚度提高，磨损有所补充，间隙减小或消除，从而提高旋转精度。
对滚动轴承的预紧方法有多种，常用的滚动轴承预紧方法有轴向预紧方法和径向预紧方法。
1.1.1 轴向预紧方法对于球轴承多采用轴向预紧方法。
滚珠丝杠
5. 导轨结构工艺性要好，便于制造和装配，便于检 验、调整和维修，有合理的导轨防护和润滑措施等。
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二、滚动导轨
滚动导轨就是在导轨工作面间安装滚动件，变滑动摩擦为 滚动摩擦。其优点是摩擦系数小、摩擦发热小、运动灵活、精 度保持性好、低速运动平稳。缺点是滚动导轨结构复杂，制造 成本高，抗震性差。
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(四) 滚珠丝杠螺母副的支承形式和制动方式 1. 支承形式 (1) 一端装止推轴承
图7-10 一端装止推轴承
这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短 丝杠，如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐 标中。
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( 2) 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承
图7-11 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承
滚珠丝杠必须采用润滑油或锂基油脂进行润滑， 同时要采用防尘密封装置。如用接触式或非接触密封 圈，螺旋式弹簧钢带，或折叠式塑性人造革防护罩， 以防尘土及硬性杂质进入丝杠。
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§7.4 导轨
一、对导轨的基本要求
导轨的功用概括为起导向和支承作用，在设计导轨时 应考虑以下问题：
1. 有一定的导向精度 导向精度是指机床的运动部件 沿导轨移动时的直线性(对直线运动导轨)或真圆性(对圆运 动导轨)及它与有关基面之间的相互位置的准确性。
图7-16 直线导轨副的配置
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移动件 防尘盖 螺钉2
基准面B
螺钉1 基准面A
图7-17 直线导轨副的配置与固定
支承件
上图两条导轨条中，一条为基准导轨(右导轨)，上有基准面 A。它的滑块上有基准面B。另一条为从动导轨(左导轨)。装配 时，将基准导轨的基准面A靠在支承件的定位面上，用螺钉1顶 靠后固定。滑块则顶靠在移动件的定位面上。
国开期末考试《机电一体化系统》机考满分试题(第3套)
国开期末考试《机电一体化系统》机考满分试题(第3套)（整套相同，祝同学们取得优异成绩!）一、判断题（每题2分，共28分）（1）、机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。
（V）（2）、在机电一体化系统中，通过消除传动系统的回程误差可有效提高系统的稳定性。
（V）（3）、在滚珠丝杠机构中，一般采用双螺母预紧的方法，将弹性变形控制在最小限度内，从而减少或部分消除轴向间隙，从而可以提高滚珠丝杠副的刚度。
（V）（4）、敏感元件不可直接感受被测量，以确定关系输出某一物理量，如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出（X）（5）、旋转变压器和光电编码盘不能测试角位移。
（X）（6）、PWM信号一般可由单片机产生。
（V）（7）、伺服控制系统的比较环节是将系统的反馈信号与输入的指令信号进行比较，以获得输出与输入之间的偏差信号。
（V）（8）、在机电一体化系统驱动装置中，反馈通道上环节的误差与输入通道上环节误差对系统输出精度影响是不同的（X）（9）、计算机系统设计中断的目的，是为了让CPU及时接收中断请求，暂停原来执行的程序，转而执行相应的中断服务程序，待中断处理完毕后，结束源程序的执行。
（X）（10）、球坐标式机器人。
球坐标式机器人具有一个转动关节和二个移动关节，具有三个自由度。
（X）（11）、感知系统主要由内部传感器模块和外部传感器模块组成。
（V）（12）、加工工作站控制器是柔性制造系统中实现设计集成和信息集成的关键。
（V）（13）、FMS不能解决多机床下零件的混流加工，必须增加额外费用。
（X）（14）、3D打印不能打印生物细胞，以构成生命器官。
（X）二、单项选择题（每题3分，共30分（15）、机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是（D）。
D、执行机构（16）、传感器输出信号的形式不含有（B）类型。
B、开关信号型（17）、如果三相步进电动机绕组为U、V、W，其通电顺序为U、V、W、U，则这种分配方式为（A）。
2024年《滚珠丝杠螺母副结构原理》测试题及答案
2024年《滚珠丝杠螺母副结构原理》测试题及答案1．滚珠丝杠螺母副的组成部分有（）。
A.丝杠、滚珠和螺母。
(正确答案)B.还有密封圈、回珠器、注油孔等附属部分。
(正确答案)2．丝杠螺母副描述正确的有（）。
A.丝杠螺母副主要分为滑动丝杠螺母副和滚珠丝杠螺母副。
(正确答案)B.滑动丝杠螺母副的螺杆和螺母之间是通过直接接触来传递力和运动的，主要传动方式是滑动摩擦。
其摩擦阻力大，传动效率低（30%~40%）。
(正确答案)C.滑动丝杠螺母副，其牙型多为梯形，结构简单，具有自锁功能。
(正确答案)D.滚珠丝杠螺母副通过螺杆上的螺纹和与之配套的滚柱、滚珠等来运动，主要传动方式是滚动摩擦。
摩擦阻力小，传动效率高（92%~98%）。
(正确答案)3．滚珠丝杠螺母副应用领域有（）。
A.机床，如：高速加工中心、钻床、铣床、数控车床等。
(正确答案)B.工业机器人。
(正确答案)C.汽车工业化生产线。
(正确答案)D.航空航天工业。
(正确答案)4．滚珠丝杠螺母副的动作原理（）。
A.滚珠分布在螺母的回珠槽中，在丝杆的螺纹上滚动，产生阻尼力和轴向推力，从而推动螺母运动。
(正确答案)B.当丝杆旋转时，滚珠将被推向螺纹的另一侧的回珠槽中，实现旋转运动转化为线性运动，并沿整个螺母的长度推动，从而实现定位和运动控制。
(正确答案)5．滚珠丝杠螺母副的重要参数描述正确的有（）。
A.公称直径do，直径大，承载能力也大。
(正确答案)B.基本导程Ph, 导程小→精度高→承载能力小；行程λ。
(正确答案)C.滚珠直径Dw, 滚珠直径大，则承载能力也大。
(正确答案)D.滚珠个数N, 一般取：N<150; 滚珠的工作圈（或列）数 j一般取j=2.5~3.5。
(正确答案)6．关于滚珠丝杠螺母副的类型选用方法合理的是（）。
A.长行程的场合，选用外滚珠式螺母副（外循环）；小行程的场合选用内滚珠式螺母副（内循环）。
(正确答案)B.长行程的场合，选用内滚珠式螺母副（内循环）；小行程的场合选用外滚珠式螺母副（外循环）。
201309学期机电一体化系统设计作业3
201309学期机电一体化系统设计作业3单项选择题第1题PLC采用的是___的工作方式。
A、顺序扫描B、周期性循环扫描C、程序执行答案：A第2题在PLC控制系统中，梯形图程序按照从上至下周期循环扫描的方式进行，故称为___。
A、串行B、并行C、串并行兼顾答案：B第3题使用闭环测量与反馈装置的作用是为了___。
A、提高机床的安全性B、提高机床的使用寿命C、提高机床的定位精度、加工精度答案：C多项选择题第4题直流（DC）伺服电动机的特性包括_____。
A、较高的响应速度B、较长的使用寿命C、较高的精度和频率D、优良的控制特性答案：A|C|D第5题滑动丝杠螺母机构的特点包括____。
A、结构复杂B、加工方便、成本低C、有自锁功能D、摩擦阻力小E、传动效率高答案：B|C判断题第6题双螺母垫片预紧调整结构简单、刚性好、预紧可靠，但是适用调整不方便，无法定量调整。
答案：正确第7题双螺母齿差预紧调整结构复杂、刚度较差、预紧可靠、可定量调整、精度高，方便。
答案：错误第8题弹簧式自动预紧调整能够消除使用和磨损产生的间隙或变形，但是结构复杂、轴向刚度较差，适合清载场合。
答案：正确第9题滚珠丝杠副支承四种方式中，单推-单推式支承两端止推轴承可是滚珠丝杠产生预拉伸力，提高了丝杠安装刚度，拉伸力越大，轴承寿命降低。
答案：正确第10题滚珠丝杠副支承四种方式中，双推-简支式支承一端固定，另一端自由，丝杠刚度较差，承载能力低。
答案：错误第11题滚珠丝杠副支承四种方式中，双推-双推式支承两端止推轴承可使滚珠丝杠产生较大预拉伸力，丝杆安装刚度最高。
答案：正确第12题单圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副常用在高精度压力设备上。
答案：错误第13题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。
答案：正确第14题滑动丝杠传动具有不易磨损、使用寿命长等优点。
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王子晓
滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杠螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常 用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杠螺母副中副的组成 组成：丝杠 螺母
滚珠
滚道（回珠器） 螺母座
2、滚珠丝杠螺母副的工作原理 在丝杠和螺母上都有圆弧形螺旋槽，将他们对合起来就形 成了螺旋滚道。在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动 时，滚珠沿螺旋槽先前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回 程引导装置又逐个地滚回到丝杠和螺母之间，构成一个闭合 回路。 3、滚珠丝杠副优点： ①摩擦系数小，传动效率高，所需传动转矩小。 ②灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随行精度和定位精高。 ③磨损小，寿命长，精度保持性好。 ④可通过预紧和间隙消除措施来提高轴向刚度和反向精度。 ⑤运动具有可逆性。 滚珠丝杠副缺点：制造工艺复杂，成本高，在垂直安装时不能自 锁，因而需附加制动机构。
左螺母
特点： 结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方 便，但不能精确定量调整。
③齿差调隙式
如图所示，在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别 与紧固在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别是a和b 并相差一个齿，调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对 于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个 螺母便产生相对角位移，其轴向位移量X=1/a-1/b,这种调 整方法能精确调整预紧量，调整方便.可靠.但结构尺寸较 大，多用于高精度的传动。
一端装推力轴承，这种安装方式适用于行程小的短丝 杠，它的承载能力小，轴向刚度低。 一端装推力轴承，另一端装向心球轴承，此种方式用 于丝杠较长的情况，当热变形造成丝杠伸长时，其一端 固定，另一端作微量的轴向浮动。 两端装止推轴承，把止推轴承装在滚珠丝杠的两端并 施加预紧力，可以提高轴向刚度，而且丝杠工作时只承 受拉力，但这种方式对丝杠的热变形较为敏感。 两端装止推轴承及向心球轴承，它的两端均采用双重
滚珠丝杠的支承方式
课程导入
认识滚珠丝杠 滚珠丝杠的结构
滚珠丝杠的主要几种支承方式
什么是滚珠丝杠？
机床上的丝杠
滚珠丝杠的结构
滚珠丝杠的几种支承方式
数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝 杠副本身的刚度外，滚珠丝杠的正确安装及支承结构的刚度也 是不可忽视的因素。如为减少受力后的变形，轴承座应有加强 肋，应增大轴承座与机床的接触面积，并采用高刚度的推力轴 承以提高滚珠丝杠的轴向承载能力。
滚珠循环过程中与丝杠始终接触 的为内循环。
内循环滚珠丝杠副的特点：
优点：径向尺寸紧凑，刚性好， 返回滚道较短，摩擦损失小。 缺点：反向器加工困难。
2、滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整
滚珠丝杠的传动间隙：轴向间隙 还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙 消除间隙的方法常采用双螺母结构：利用两 个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠 分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。 注意：预紧力不宜过大，否则会使空载力矩增大， 降低传动效率，缩短使用寿命。 双螺母丝杠消除间隙方法： 垫片调隙式 双螺母调隙式 齿差调隙式
①垫片调隙式
如图所示，调整垫片厚度使左 右两个螺母产生轴向位移，可 消除间隙和产生预紧力。 优点：结构简单，刚性好。 缺点：调整不便，滚道有 磨损时，不能随时消除间隙 和进行预紧。
（2）双螺母调隙式
左螺母外端没有凸缘而制有螺纹，并用两个圆螺母固定，用 平键限制螺母在螺母座内的传动，右螺母外端有凸缘。调整 时，只要拧动内侧圆螺母即可消除间隙并产生预紧力，然后 用外侧螺母锁紧。 右螺母 锁紧螺母 调整螺母
4、滚珠丝杠螺母副的结构 滚珠的循环方式有外循环和内循环。 滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环。 外循环滚珠丝杠副按滚珠循环时的返回方式主要有插管式和螺 旋槽式两种。 插管式外循环的特点： 结构工艺 性好， 但由于
管道突出于螺母体外，径 向尺寸较大。
螺旋槽式外循环的特点：
这种形式的结构比插管式结构径 向尺寸小，但制造较复杂。