滚珠丝杠副传动系统
滚珠丝杠螺母副的支承方式
滚珠丝杠螺母副的支承方式数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母副本身的刚度外，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：滚珠丝杠常用推力轴承支座，以提高轴向刚度(当滚珠丝杠的轴向负载很小时，也可用角接触球轴承支座)，滚珠丝杠在数控机床上的安装支承方式有以下几种。
(1)一端装推力轴承(固定一自由式)。
如图3-15所示，这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，只适用于短丝杠，一般用于数控机床的调节或升降台式数控铣床的立向(垂直)坐标中。
(2)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承(固定一支承式)。
如图3-16所示，这种方式可用于丝杠较长的情况。
应将推力轴承远离液压马达等热源及丝杠上的常用段，以减少丝杠热变形的影响。
(3)两端装推力轴承(单推一单推式或双推一单推式)。
如图3—17所示，把推力轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，这样有助于提高刚度，但这种安装方式对丝杠的热变形较为敏感，轴承的寿命较两端装推力轴承及向心球轴承方式低。
(4)两端装推力轴承及深沟球轴承(固定一固定式)。
如图3-18所示，为使丝杠具有最大的刚度，它的两端可用双重支承，即推力轴承加深沟球轴承，并施加预紧拉力。
这种结构方式不能精确地预先测定预紧力，预紧力的大小是由丝杠的温度变形转化而产生的。
但设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架刚度。
近年来出现一种滚珠丝杠轴承，其结构如图3-19所示。
这是一种能够承受很大轴向力的特殊角接触球轴承，与一般角接触球轴承相比，接触角增大到60。
，增加了滚珠的数目并相应减小滚珠的直径。
这种新结构的轴承比一般轴承的轴向刚度提高两倍以上，使用极为方便。
产品成对出售，而且在出厂时已经选配好内外环的厚度，装配调试时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧，就能获得出厂时已经调整好的预紧力，使用极为方便。
数控机床各个组成部分的工作原理及结构
数控机床各个组成部分的工作原理及结构第一节输入装置输入装置是整个数控系统的初始工作机构,它将准确可靠的接收信息介质上所记录的“工程语言"、运算及操作指令等原始数据，转为数控装置能处理的信息，并同时输送给数控装置。
输入信息的方式分手动输入和自动输入。
手动输入简单、方便但输入速度慢容易出错。
现代数控机床普遍采用自动输入,其输入形式有光电阅读机、磁带阅读机及磁盘驱动器以及无带自动输入方式.其它输入方式：1。
无带自动输入方式在高档数控机床上，设置有自动编程系统和动态模拟显示器(CRT).将这些设备通过计算机接口与机床的数控系统相连接，自动编程所编制的加工程序即可直接在机床上调用,无需经制控制介质后再另行输入。
2。
触针接触式阅读机输入方式又称为程控机头或电报机头,结构简单，阅读速度较慢,但输入可靠、价格低廉故在部分线切割机床加工中仍在用。
3。
磁带、磁盘输入方式磁带输入方式进行信息输入，其信息介质为“录音"磁带,只不过录制的不是声音，而是各种数据。
加工程序等数据信息一方面由微机内的磁盘驱动器“写入”磁盘上进行储存，另外也由磁盘驱动器进行阅读并通过微机接口输入到机床数控装置中去。
第二节数控装置数控装置是数控机床的核心,数控机床几乎所有的控制功能（进给坐标位置与速度，主轴、刀具、冷却及机床强电等多种辅助功能）都由它控制实现。
因此数控装置的发展，在很大程度上代表了数控机床的发展方向。
数控装置的作用是接收加工程序等送来的各种信息，并经处理分配后，向驱动机构发出执行的命令,在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，经处理后,发出新的命令。
一、数控装置的组成1、数字控制的信息1)几何信息——是指通过被加工零件的图样所获得的几何轮廓的信息。
这些信息由数控装置处理后，变为控制各进给轴的指令脉冲,最终形成刀具的移动轨迹。
几何信息的指令，由准备功能G具体规定。
2）工艺信息———通过工艺处理后所获得的各种信息。
机电一体化技术与系统项目2任务2滚珠丝杠螺母副
• 分析十字滑台滚珠丝杠螺母副的作用，它 的选用及调试对机电一体化系统的影响。 • 任务书发放，分析要求，资讯资料，制定 计划
能力目标 • 1. 掌握滚珠丝杠副的工作原理； • 2. 掌握滚珠丝杠副间隙的调整及施加预紧力的方 法； • 3. 能进行滚珠丝杠副的选型及计算。 工作内容 • 1. 制定数控车床进给轴滚珠丝杠副的装配计划， 编制工艺文件； • 2. 进行滚珠丝杠副的装配； • 3. 进行滚珠丝杠间隙的调整及预紧。
2. 滚珠丝杠螺母副支承方式选择
• 合适的支承方式，能保证滚珠丝杠螺母副 的刚度和精度。滚珠丝杠螺母副的支承按 其限制丝杠的轴向窜动情况，分为三种形 式，如表8-2.1所示。 • 一般情况下，应将固定端作为轴向位置的 基准，尺寸链和误差计算都由此开始。并 尽可能以固定端为驱动端。
3. 制动方式选择
主题讲解
• 一、认识滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杆副结构
端盖循环
插管循环
HMD系列螺母冷却滚珠丝杠
• 在新产品中有一款高速机床用的“HMD 系列螺母冷却滚珠丝杠”，该款产品性 能最高输送速度达120 m/min，且有以 下几个特点：(1)静音、高速：采用新型 循环，静音，高速；(2)冷却效果：螺母 冷却时，具有与轴芯冷却同等的冷却能 力，轴芯冷却与螺母冷却轴的温度基本 相同采用螺母冷却时工作台温度比轴芯 冷却时低约3 ℃，提高加工精度；(3)预 紧：螺母冷却不会增加滚珠丝杠的预紧 力；(4)安装方便：成本低、只需将油管 接在法兰盘上即可；(5)精度：减少滚珠 丝杠向工作台热传递，保证高精度。
• 由于滚珠丝杠螺母副传动效率高，又无自 锁能力，故需安装制动装置以满足其传动 要求，特别是当其处于垂直传动时。 • 制动方式很多，可以采用具有刹车作用的 制动电机、摩擦制动器、超越离合器等。 图8-2.9为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠 的制动装置示意图，采用的是摩擦制动器。
滚珠丝杠基础知识
滚珠丝杠基础知识(上)来源: 微小型轴承网 2006-4-19 8:52:001 滚珠丝杠公称直径与公称导程组合、制造范围3 滚珠丝杠副的结构类型、编号方法5 滚珠丝杠副的精度5.1 精密等级根据使用范围及要求将滚珠丝杠副分为定位滚珠丝杠幅(P)传动滚珠丝杠副(T)，精度分为七个等级，即1、2、3、4、5、6、7、10级，1级精度最高，依次降低。
5.2行程偏差和行程变动量根据滚珠丝杠副类型按下表检验5.2.1 有效行程内的行程偏差ep与行程变动量VUP:有效行程是有精度要求的行程长度LULu=Lx+2La+LnLa安全行程La=(1-2)ph Lx机械最大行程Ln螺母的长度ph公称导程E1-E2按国家标准GB/T17857.3-1998，“滚珠丝杠副的验收条件和验收检验”。
见附表1。
5.2.2 300mm行程内与2π弧度行程内行程变动量V300P与V2 π pE3-E4按国家标准GB/T17857.3-1998，“滚珠丝杠副的验收条件和验收检验”。
见附表1续。
5.2.3 余程Le余程是没有精度要求的行程长度。
余程表66 行程补偿值C6.1 滚珠丝杠的热变形将导致长度、定位精度变化，热变形可由下式给出：δt=α*△t*Lu (公式1)α-热膨胀系数(12.0*10-6)△t -温升(一般取2-4℃)Lu-有效行程(Lu=Lx+2La+Ln)或Lu=L1-2LeL1-螺纹全长Le-余程Le见表66.2 目标行程Phs为了补偿由于热膨胀或弹性变形引起的丝杠长度变化，将滚珠丝杠的导程制造得稍大于或小于公称导程，着根据实际需要提出得含有方向目标要求的导程叫目标导程。
目标导程乘以丝杠上的有效圈数叫目标行程。
6.3 目标偏差C目标行程和公称行程之差叫行程偏差C，为了补偿热变形的影响，行程偏差C=δt(δt见公式1)并为负值。
6.4 丝杠的预拉伸力规定了行程偏差C的滚珠丝杠副，在采用固定-固定安装方式时，还可以采用丝杠预拉伸的方法来进一步补偿热变形，预拉伸力Ft:Ft=δt*A*E/ Lu=α*△t*E*(πd22/4)(公式2)E-弹性模量2.1×105Mpa(即2.1×105N/mm2)d2-丝杠底径(mm)△t-温升(一般取2-4℃)7 基本额定载荷及寿命7.1 轴向基本额定静载荷Coa 滚珠丝杠副在承受最大接触应力处产生不大于0.000 1倍的钢球直径的永久变形时，所能承受的最大轴向载荷。
变速箱任务三 滚珠丝杠的安装与调整
六、滚珠丝杠副的预压方式
（一）双螺母预压方式
以预压片尺寸调整预压方式
六、滚珠丝杠副的预压方式
（二）单螺母预压方式
预压方式Biblioteka 、任务实施一、丝杠直线度误差的检查与校直
将丝杠擦净，放在钳工的水平台上，通过光线透过间隙， 检查其母线与工作台面的缝隙是否均匀。转过90。继续进行检 查，不能出现弯曲现象，否则不能使用。一般来说，需要校直 酢丝杠，其弯曲度都不是很大，甚至用肉眼几乎看不出来。校 直时将丝杠的弯曲点置于两v形架的中间，然后在螺旋压力机 上，沿弯曲点和弯曲方向的反向施力F，就可使弯曲部分产生 塑性变形而达到校直的目的。
数量 1套 1把 1把
1套
1个 1把 1把 1套 1把
各1把
各1把 若干 若干 1根 1把 2个
备注
三、相关知识
一、滚珠丝杠螺母副简介
滚珠丝杠螺母传动机构，主要是将旋转运动变成直线运 动，同时进行能量和力的传递，或调整零件的相互位置。 其特点是：传动精度高、工作平稳、无噪声、易于自锁、 能传递较大的动在机械传动中应用广泛，如车床的纵、横 向进给机构，钳工的台虎钳等。
四、思考与练习
学习的重点是机械传动系统THMDZT-1机械装调设 备中滚珠丝杠副的拆装与调整，学习难点是如何正确掌 握和应用装调技术要点。学习中，学生要仔细听取指导 教师的讲解，练习中理论联系实际，认真体会每一个知 识和技能点，逐渐掌握滚珠丝杠副的拆装与调整操作技 能。
二、工作准备单
序号 1 2 3
4
5 6 7 8 9
10
11 12 13 14 15 16
名称 机械装调技术实训装置
普通游标卡尺 深度游标卡尺
杠杆式百分表
大磁表座 塞尺
数控机床滚珠丝杠螺母传动副间隙的测量与调整
！
Ｑ ：
Ｓｃｉ ｅｎｃ ａ Ｔｅｃｈｎ ｏｇｙ ｎ ｅ ｎｄ ｏｌ Ｉ ｎｏｖａ ｏｎ ｔｉ Ｈｅｒ ｄ ａｌ
工 程 技 术
数 控 机 床 滚 珠 丝 杠 螺 母传 动 副 间隙 的测 量 与 调整
王 祖 锋 （ 庆市 工业贸 易学校 广东肇 庆 ５ ６ ０ ） 肇 ２ ０ ０ 摘 要： 滚珠 丝杠 螺母传 动副在数控机床 上的运 用十 分瞢遍 ， 主要 用于机床 主轴 的传动， 将来 自电机 的旋 转运动转化 为执行 部件的直 线运
副 反 向 间 隙 ６． ＝Ｃ表读 数 一Ａ表读 数（ 各表
种 间 隙 共 同产 生 的 ， 为 广 义 的 滚 珠 丝 杠 千 分 表 ｃ 量 在 滑 板侧 面 。 个 表 的 触头 与 称 测 三 螺 母 传 动 副 间 隙 ， 主 要 包 括 三 个 方 面 的 被 测 位 置 充 分 接 触 ， 它 并将 刻 度 置 零 。 间隙 ： １ 滚珠 、 杠 、 母 三 者 之 间 的 间 隙 （） 丝 螺
丝杠 ， 滑 板 有 向 右运 动 的 趋 势 ， 三 个 表 使 使 的 读 数 有 变化 后 再 停 止 转 动 ， 时 将 三 个 此 表 的 读 数 置零 。 （ ） 用 千 斤顶 对 滑 板 侧 面 缓 慢施 加 推 ２采 力 ， 滑 板 向右 移 动 ， 到 Ａ表 读 数 有 变 化 使 直 后 停 止 ， 察各 表 读 数 ， 时 滚 珠 丝杠 螺 母 观 此
动 。 了 高进 给运 动的位移精度 ， 少传动误 差 ， 了要保证 各个传 动部件 的制遗精度 ， 为 提 减 除 装配精 度 ， 还要 在数控机床 的传 动 系统 中采用
各 种 间 隙 消除 机 构 ， 用 合 理 的 预 紧措 施 来 消除 传 动 间 隙 。 文 主 要 介 绍滚 珠 丝杠 螺 母 传 动 副 间 隙 的 洲 量 与 调 整 。 隙的 测 量 采 用 三 点 采 本 间 测量 法，间 隙的消除 采 用双 螺母 式滚珠 丝杠 间隙调整 机构 ， 于 间隙的测 量方法 ， 对 调整 方法 ， 都板尽 从理论 上分析 他们 的原理和 特点 。 关键 词 ： 滚珠 丝 杠 螺 母 传 动 副 间 隙 测 量 调 整 润 滑 中图分类 号 ： ６ Ｕ２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编号 ： ６ ４ ９ ｘ（ ｏ １ １ （） ｏ ５ ２ ． １ ７ —０ ８ ２ １ ） ｃ－Ｏ ８ －０ ２
滚珠丝杆副的装配调整
欢迎同学们来到机械制造沙龙大讲堂
祝同学数控机床滚珠丝杆副的装配调整
学习目标
1.滚珠丝杆副的传动特点及应用。 2.滚珠丝杆副的支承和支承轴承的配合。 3.滚珠丝杆副的装配工艺。
数控机床滚珠丝杆副的装配调整
一、滚珠丝杠副的装配调整 • 1．滚珠丝杠副的传动特点及应用
图1-3 滚珠丝杠副的外循环方式 1—弯管 2—压板 3—丝杠 4—滚珠 5—螺纹管道
数控机床滚珠丝杆副的装配调整
• （2）滚珠丝杠螺母副的预紧方法预紧方法的基本原理都是使两个 螺母产生轴向位移，以消除它们之间的间隙和施加预紧力。
图1-4 垫片调整方式 这种调整方法具有结构简单可靠、刚性好和装卸方便等优点， 但调整较费时间，很难在一次修磨中完成调整
数控机床滚珠丝杆副的装配调整
• （3）滚珠丝杠副的应用
表1－1 滚珠丝杠副在机床上的应用
应用方面
采用滚珠丝杠的目的
用途举例
1．滚珠丝杠副的传动效率高，使机床进给机构的起动
转矩和运动转矩大大减小，以适应采用小容量的步进
数控铣床、车床、
数
电动机
镗床、磨床、及自动
控
2．滚珠丝杠副的进给精度高，可满足数控机床移动部
（1）结构原理 滚珠丝杠副是回转运动与直线运动相互转换的新型传动装置。
图1-1 滚珠丝杠副的内循环方式 1—丝杠 2—螺母 3—滚珠 4—返向器
数控机床滚珠丝杆副的装配调整
（2）传动特点 1）传动效率高，摩擦损失小。（效率-0.92~0.96，比普通提高3~4倍、 普通-0.2~0.4） 2）传动转矩小，传动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。 3）有可逆性，可以将旋转运动转换成直线运动；也可以将直线运动转 换成旋转运动，即丝杠和螺母均可以作为主动件。 4）施加适当预紧力，可消除丝杠和螺母的间隙，从而提高刚性，消除 反向时的空程死区，提高定位精度和重复定位精度。 5）磨损小，使用寿命长，精度保持性好。 6）制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度高，对表面粗糙 度的要求低，制造成本高。 7）不能自锁，特别是在用于升降的场合，由于重力作用，下降时当传 动切断后，不能停止运动，故常需在传动系统中增加制动装置。
数控机床的进给传动系统
3.2 联轴器
机械式
刚性
固定式-套管联轴器、凸缘联轴器及夹 壳联轴器等
可移式-齿轮联轴器、十字滑块联轴器及 万向联轴器等
弹性
金属弹性联轴器-簧片联轴器、膜片联轴 器及波形管联轴器等
非金属弹性联轴器-轮胎式联轴器、整 圈橡胶联轴器及橡胶块联轴器等
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3.2 联轴器
下面，介绍几种数控机床常用的联轴器。 1.套筒联轴器 如图3-2所示，套简联轴器由连接两轴轴端的套简和连接套简
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3.2 联轴器
止振松，用螺母加弹簧垫圈锁紧。图3-3( b)为十字滑块联轴 节，接头槽口பைடு நூலகம்研配，适于负载较小的传动。
2.凸缘式联轴器 如图3-4所示，凸缘式联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器分
别与两轴连接，然后用螺栓把两个半联轴器连成一体，以传 递运动和扭矩。 凸缘式联轴器有两种对中方法:一种是用一个半联轴器上的凸 肩与另一个半联轴器上的凹槽相配合而对中(图3-4( a）另一 种则是共同与另一刘分环相配合而对中(图3-4(b))。 凸缘式联轴器的材料可用HT250或碳钢，重载时或圆周速度 大于30m/s时应用铸钢或锻钢。它对于所连接的两轴的对中性
与轴的连接件(键或销钉)所组成，一般当轴端直径d≦80mm 时，套简用35或45钢制造;d>80mm时，可用强度较高的铸铁 制造。 此种联轴器构造简单，径向尺寸小，但其装拆困难(轴需作轴 向移动)且要求两轴严格对中，不允许有径向及角度偏差，因 此使用上受到一定限制。 由于伺服电动机性能的提高，目前许多场合采用伺服电动机 与丝杠直接相联，如图3-3所示。图3-3(a)用锥销连接，为防
这种联轴器传递功率大，转速高，使用寿命长，能适应较大 的相对位移，能在受振动和冲击载荷等恶劣条件下连续工作， 安装、使用和维护方便、简单，作用于系统中的负荷小、噪 声小，因而在数控机床的进给传动系统中应用广泛。
机电一体化系统设计知识点整理
1、什么是机电一体化？机电一体化系统的功能构成和定义是什么？机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化系统的功能构成：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。
机械本体：系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、联接等。
动力与驱动部分：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。
执行机构：根据控制信息和指令，完成要求的动作。
传感测试部分：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，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。
控制及信息处理部分：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。
2、简要叙述机电一体化系统的共性关键技术。
机械设计技术、计算机与信息处理技术、系统技术、自动控制技术、传感与检测技术、伺服传动技术3、试举出十例典型的机电一体化产品。
数控机床、工业机器人、发电机控制系统、全自动洗衣机、线切割机、电火花加工机床、超声波加工机、激光测量仪、自动探伤机、CT扫描诊断机、自动售货机、传真机、录音机、复印机、磁盘存储器。
4、常用的机械传动机构有哪些？各有何特点？传动机构种类：齿轮传动副、滚珠丝杠副传动系统、同步齿形带、谐波齿轮减速器、软轴传动、联轴器、滚珠花键等机构。
滚动丝杠副的特点：（1）传动效率高、摩擦损失小。
（2）定位精度高，刚度好。
（3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
（4）运动具有可逆性。
（5）磨损小，使用寿命长。
（6）制造工艺复杂。
（7）不能自锁。
同步带传动的特点（1）能方便地实现较远中心距的传动；（2）工作平稳，能吸收振动；（3）不需要润滑，耐油、水、耐高温，耐腐蚀，维护保养方便；（4）强度高，厚度小，重量轻；（5）中心距要求严格，安装精度要求高；（6）制造工艺复杂，成本高。
滚珠丝杠选型
滚珠丝杠副特性滚珠丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系。
以传动形式分为两种：（1）将回转运动转化成直线运动。
（2）将直线运动转化成回转运动。
•传动效率高滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%～98%，为传统的滑动丝杠系统的2～4倍，如图1.1.1所示，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。
•运动平稳滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。
•高精度滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。
•高耐用性钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。
•同步性好由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。
•高可靠性与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。
在特殊场合可在无润滑状态下工作。
•无背隙与高刚性滚珠丝杠传动系统采用歌德式（Gothic arch）沟槽形状（见图2.1.2—2.1.3）、使钢珠与沟槽达到最佳接触以便轻易运转。
若加入适当的预紧力，消除轴向间隙，可使滚珠有更佳的刚性，减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。
现代制造技术的发展突飞猛进，一批又一批的高速数控机床应运而生。
它不仅要求有性能卓越的高速主轴，而且也对进给系统提出了很高的要求：(1)最大进给速度应达到40m/min或更高；(2)加速度要高，达到1g以上；(3)动态性能要好，达到较高的定位精度。
高速滚珠丝杠副是指能适应高速化要求(40 m／min以上)、满足承载要求且能精密定位的滚珠丝杠副，是实现数控机床高速化首选的传动与定位部件。
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。
机械手滚珠丝杠副传动的静力学分析
机械手滚珠丝杠副传动的静力学分析作者：张祎巽曹逢雨来源：《科技创新导报》 2014年第14期张祎巽曹逢雨(山东大学机械工程学院山东济南 250002)摘要：文章以一种机械手上的滚珠丝杠为例，分析以传动为目的的滚珠丝杠副所需要满足的静力学条件（例如刚度，载荷条件等），为滚珠丝杠的选择提供了分析步骤和参考依据。
关键词：滚珠丝杠静力学传动中图分类号:TG659文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)05（b）-0077-02丝杠螺母传动分为普通丝杠（滑动摩擦）和滚珠丝杠（滚动摩擦），前者结构简单、加工方便、制造成本低，具有自锁能力；但是摩擦阻力矩大、传动效率低（30%～40%）。
后者虽然结构复杂、制造成本高，但是其最大的优点是摩擦阻力矩小、传动效率高（92%～98%），其运动平稳性好，灵活度高。
通过预紧，能消除间隙、提高传动刚度；进给精度和重复定位精度高。
使用寿命长；而且同步性好，使用可靠、润滑简单，因此滚珠丝杠在机器人中应用很多。
由于滚珠丝杠传动返行程不能自锁；因此在用于垂直方向传动时，须附加自锁机构或制动装置。
在选用滚珠丝杠要考虑以下几项指标：(1)滚珠丝杠的精度等级；(2)滚珠丝杠的传动间隙允许值和预加载荷的期望值；(3)载荷条件（静、动载荷）以及载荷允许值；(4)滚珠丝杠的工作寿命；(5)滚珠丝杠的临界转速；(6)滚珠丝杠的刚度；减小滚珠丝杠空回行程的方法，多是采用双螺母结构，使螺母与丝杠之间有一定的预加载荷。
这样可以消除传动间隙，提高传动精度与刚度。
但是预加载荷会使滚珠丝杠寿命下降，所以，预加载荷不应超过工作载荷的1/3。
1 静力学计算假设已知：轴向载荷110.0N，径向载荷138N，弯矩98N·m，速度1000mm/min(即0.017m/s)，加速度0.5m/s2，最大行程1000mm，位置精度0.02mm，寿命定为10000h。
施加在丝杠螺母上的轴向力Fa，是手臂重量4kg加上负载的重量10kg产生加速度，以及其他重量因素G故Fa=G+ma=40+(100+40) ×0.5=110.0N施加在丝杠螺母上的径向力FrFr=mg+Gl=10×9.8+40=138.0N施加在滚珠丝杠副上的最大弯矩MLML=mgL=10×9.8×1=98.0N·m2 计算步骤（见表1）。
第2章：滚珠丝杠螺母副
2.2 机械传动部件的选择与设计
一、机械传动部件及其功能要求
传动的目的：传递转矩与转速。 传动方式：螺旋传动、齿轮传动、 同步带传动、非线性传动等 对传动机构的要求： 1）精密化 2）高速化 3）小型化、轻量化
二、丝杠螺母传动
丝杠螺母机构主要用来将旋转运动变换为直线运动或将 直线运动变换为旋转运动。丝杠螺母机构主要分为滑动丝杠 螺母机构和滚珠丝杠螺母机构。 a）滑动丝杠螺母机构： 优点： a) 结构简单 b) 加工方便 c) 成本低 d)具有自锁功能 缺点： a) 摩擦阻力较大 b)传动效率低(30%~40%)
特点：
预紧力小，轴承寿命较高， 适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统
3）单推-单推式
推力轴承分别装在滚 珠 丝杠的 两端 并施 加 预 紧力。 其特 点是 轴 向刚度高
特点： 轴向刚度较高，预紧力大，寿命低
4）双推-双推式
两端分别安装推力轴 承 与深沟 球轴 承的 组 合 ，并施 加预 紧力 ， 其轴向刚度高。
第二节 机械传动部件的选择与设计
2.1 机械系统部件的设计要求
机电一体化系统不仅仅是一个机电系统，更是一个自动 控制系统，因此要有快速性、准确性和稳定性。 机电一体化系统对机械系统的要求： 高定位精度、良好的动态响应
机 械 系 统
传动部件
线性传动：齿轮、丝杠螺母、蜗轮蜗杆 非线性传动：连杆机构、凸轮机构
半闭环进给系统，根据定位精度和重复定位精 度的要求可选用1、2、3级；
一般传动可选用4、5级； 全闭环系统可选用2、3、4级。
5、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧
轴向间隙调整的目的：
保证反向传动精度
预紧目的：
提高刚度
采用方法：
滚珠丝杠副参数计算与选用
滚珠丝杠副参数计算与选用1、计算步骤2、确定滚珠丝杠导程Ph根据工作台最高移动速度Vmax , 电机最高转速nmax, 传动比等确定Ph。
按下式计算，取较大圆整值。
Ph=(电机与滚珠丝杠副直联时，i=1)3、滚珠丝杠副载荷及转速计算这里的载荷及转速，是指滚珠丝杠的当量载荷Fm与当量转速nm。
滚珠丝杠副在n1、n2、n3······nn转速下，各转速工作时间占总时间的百分比t1%、t2%、t3%······tn%，所受载荷分别是F1、F2、F3······Fn。
当负荷与转速接近正比变化时，各种转速使用机会均等，可按下列公式计算：(nmax: 最大转速，nmin: 最小转速，Fmax: 最大载荷（切削时），Fmin: 最小载荷（空载时）4、确定预期额定动载荷①按滚珠丝杠副预期工作时间Ln（小时）计算：②按滚珠丝杠副预期运行距离Ls（千米）计算：③有预加负荷的滚珠丝杠副还需按最大轴向负荷Fmax计算：Cam=feFmax(N)式中：Ln-预期工作时间（小时，见表5)Ls-预期运行距离(km),一般取250km。
fa-精度系数。
根据初定的精度等级（见表6)选。
fc-可靠性系数。
一般情况fc=1。
在重要场合，要求一组同样的滚珠丝杠副在同样条件下使用寿命超过希望寿命的90％以上时fc见表7选fw-负荷系数。
根据负荷性质（见表8）选。
fe-预加负荷系数。
（见表9)表－5 各类机械预期工作时间Ln表－6 精度系数fa机械类型Ln(小时）普通机械5000～10000 普通机床10000～20000 数控机床20000精密机床20000测示机械15000航空机械1000精度等级1.2.3 4.5 7 10fa 1.0 0.9 0.8 0.7表－7 可靠性系数fc可靠性% 90 95 96 97 98 99 fc 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21 表－8 负荷性质系数fw负荷性质无冲击(很平稳）轻微冲击伴有冲击或振动fw 1～1.2 1.2～1.5 1.5～2表－9 预加负荷系数fe预加负荷类型轻预载中预载重预载fe 6.7 4.5 3.4以上三种计算结果中，取较大值为滚珠丝杠副的Camm。
三点检测法检测数控机床滚珠丝杠副故障
原因 分析 加 工 尺 寸不 稳定 主要是 传动链 存 在 不 稳定 的间 隙
,
无 法 用 补 偿 消除
,
噪 声 的原 因可 能 是
,
传 动链 中某 一 部位 过 紧或 者轴 承 失 效
∀ ( 端头
,
丝杠 姗母 进脏 物 和 研 伤等
。
检测 和 分 析处 理过 程 用 三 点检侧法的 半闭 环 测 量 反 向间 隙方 法 进 行 检测
故 障点在
仍
姗母 支座 松动 由此得出 加工 尺 寸不稳 定的 主要原因是螺母座 松 动 紧固后 故障排除 另外检 查分析各传 动部件没有过紧现象 丝 杠润滑 良好 表 面没 有损伤 判断嗓声可能是丝 杠轴承失效 拆 开检查 发现 轴承 滚
,
,
。
,
#
。
,
,
道研伤 更换轴承 ≅
,
#
调整 各处 间隙
,
供大家参考
。
滚 珠 丝杠 刚 间 隙的危容性
滚珠 丝 杠 副间 隙的危 害性 如 下 % 数控机 床 的经 济精度 降低
,
。
滚珠丝 杠传动的运 动部件爬行
,
,
加工 的
零件表 面有 波纹 或半 闭环 的传 动 传动副 的刚性
,
。
对 于 闭环 传动 的 系统
。
工 作 台会 出 现
,
“
震荡
”
使机 床报 警无 法 正 常 工 作
%
,
/ 0
报警
,
3 故 障现 象 一 台瑞 士产 高精密数控幢铣 床 − 1 / 2 /
4 轴 经 常 出现 跟 随 误 差 大报 警
,
每 日数 次
滚珠丝杠螺母副构简图
滚珠丝杠螺母副构简图————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：滚珠丝杠螺母副结构图及其工作原理本次观察了实训车间的数控车床、数控铣床、加工中心，作为它们进给伺服系统机械传动结构中的滚珠丝杠螺母副的结构都是一样的。
滚珠丝杠螺母副的结构原理图·组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。
·工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。
而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。
回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。
特点：·传动效率高：机械效率可高达92%~98%。
·摩擦力小：主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。
·轴向间隙可消除：也是由于滚珠的作用，提高了系统的刚性。
经预紧后可消除间隙。
·使用寿命长、制造成本高：主要采用优质合金材料，表面经热处理后获得高的硬度。
滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的成为外循环（如图b），始终与丝杠保持接触的成为内循环（如图a）。
(a) 内循环（b）外循环(1)外循环外循环是常用的一种外循环方式。
这种结构是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。
再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔。
另外，在螺母内进出口处各装一挡珠器，并在螺母外表面装一套筒，这样构成封闭的循环滚道。
外循环结构制造工艺简单，使用较广泛。
其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。
(2)内循环内循环均采用反向器实现滚珠循环，数控机床反向器有两种型式。
圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽。
反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键定位，以保证对准螺纹滚道方问。
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滚珠丝杠副传动系统
滚珠丝杠螺母副的特点
滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦、高精度、高效率的机构。
滚珠丝杠螺母副其它特点如下:
1.运动极灵敏，低速时不会出现爬行；
2.可以完全消除间隙并可预紧，故有较高的轴向刚度，反向定位精度高；
3.滚珠丝杠螺母副摩擦系数小，无自锁，能实现可逆传动；
4.滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式一般分外循环和内循环两种，如图7.3所示。
预紧是指它在过盈的条件下工作，把弹性变形量控制在最小限度。
滚珠丝杠多采用双螺母调隙结构。
用双螺母加预紧力消除轴向间隙时，必须注意：预紧力不宜过大或过小，要特别减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙。
双螺母调隙结构分为螺纹式、垫片式和齿差式等，如图7.4所示。
內絹环方式
图7.3滚珠丝杠螺母副
（分别点击图片进入仿真页
a.螺纹式
b.垫片式
c.齿差式
图7.4双螺母调隙结构
滚珠丝杠的主要技术参数
滚珠丝杠的主要技术参数如图7.5所示。
1）名义直径DO
滚珠丝杠的名义直径DO是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。
它是滚珠丝杠螺母副的特征尺寸。
名义直径与承载能力有直接关系，DO越大，承载能力和刚度越大。
2）基本导程Ph
导程是丝杠相对于螺母旋转一圈时，螺母上基准点的轴向位移。
导程的大小是根据机床的加工精度要求确定的。
导程过小势必使滚珠直径变小，滚珠丝杠螺母副的承载能力亦随之减小。
3）滚珠直径dO
一般取d0=0.6Ph
4）滚珠的工作圈数j和工作滚珠总数N
工作圈数j 一般取2.5〜3.5圈，而工作滚珠总数N以不大于150个为宜。
5）列数K 要求工作圈数较多的场合，可采用双列或多列式螺母的结构形式
图7.5滚珠丝杠的主要技术参数
滚珠丝杠副的标注和精度选择
滚珠丝杠螺母副按其使用范围及要求分为7个精度等级。
1级精度最高，其余依次逐级递减。
数控机床和精密机械可选用2、3级精度。
滚珠丝杠螺母副的设计计算
1）额定动载荷和额定静载荷
额定动载荷是指一批相同参数的滚珠丝杠螺母副，在n>=10r/min的相同工作条件下运转1000000转后，90%勺螺旋副（指螺纹滚道和滚动体）不发生疲劳点蚀损伤所能承受的最大轴向载荷，定义为额定动载荷Ca
额定静载荷是指把滚珠丝杠副在静态或低转速（n<=10r/min）条件下，受接触应力最大
的
滚珠和滚道接触面间产生的塑性变形量之和达到滚珠直径0.0001倍时的最大轴向载荷，定义为额定静载荷Ca0
2）滚珠丝杠副疲劳强度计算
滚珠丝杠应根据其额定动载荷选用。
滚珠丝杠的当量动载荷为：
Cm = Fm 3V L （N）
式中
Fm---轴向工作载荷（N），当载荷按单调式规律变化，各种转速使用机会相同时
Fm=（2Fmax+Fmi n）/3 ；
Fmax,Fmin---丝杠最大，最小轴向载荷（N）;
L---工作寿命，以106转为1单位，L = 60nT/106 ;
n---丝杠转速（r/min ）；
T---使用寿命（H ），对数控机床可取 T = 15000h
滚珠丝杠的支承
滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷， 而径向载荷主要是卧式丝杠的自重。
其两端支承的配
置情况分为一端固定一端自由、两端固定和一端固定一端浮动，如图
7.6所示。
a ） 一端固定一端自由
b ）两端固定
c ） 一端固定一端浮动
a ） 所示是一端固定一端自由的支承形式。
其特点是结构简单，轴向刚度低，适用于短丝 杠
及垂直布置丝杠，一般用于数控机床的调整环节和升降台式数控铳床的垂直坐标轴。
b ）
所示是一端固定一端浮动的支
承形式，丝杠轴向刚度与
a ）形式相同，丝杠受热后有
膨胀伸长的余地，需保证螺母与两支承同轴。
这种形式的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于
较长丝杠或卧式丝杠。
c ）
所示是两端固定的
支承形式，丝杠的轴向刚度约为一端固定形式的
4倍，可预拉伸,
这样既可对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺
LJ
(c)
图7.6滚珠丝杠的支承配置
都较复杂，适用于长丝杠。
滚珠丝杠所用轴承为接触角为60 度的角接触球轴承和滚针- 推力圆柱滚子组合轴承
滚珠丝杠螺母副的选择步骤
1.计算最大的工作载荷；
2.计算最大动载荷，对于静态或低速运转的滚珠丝杠，还需考虑最大静载荷是否充分地
超过了滚珠丝杠的工作载荷；
3.验算刚度；
4.压杆稳定性核算。