机械系统设计-滚珠丝杠传动
第二章机械系统设计之滚珠丝杠
2、刚度（ K ）大 刚度是指弹性体抵抗变形的能力，或产生单位弹性变形量所 需要的作用力。 大的刚度对机械系统是有利的，可增大机构固有频率，不易 产生共振，增加伺服系统的稳定性。 K 3、阻尼（B ）合适
m
系统产生振动时，B 越大，振幅越小，衰减越快，但稳态误 差增大，精度降低。 阻尼比为：
（2）滚珠丝杠副结构尺寸的选择
1）公称直径d0
公称直径应根据轴向最大载 荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择；
d 0 滚珠直径d b 承载能力 效率
公称直径的大小与承载能力有关，一般推荐
丝杠工作长度 d0 30
2）基本导程Ph
Ph应按承载能力及传动精度、传动 速度选取； Ph大，承载能力大
第一章
机械系统设计
第一节 概述 机械系统部件的设计要求
第二节 机械传动部件的选择与设计
第三节 导向支承部件的选择与设计
数控机床：
传感器
工作台
执行元件
电机
驱动器 动力源
信息处理系统 （计算机）
第一章 机械系统设计
机电一体化系统中的机械设计要遵循机电结合、机电互补 的原则，满足高精度、快速响应速度和稳定性的要求。具体包
垂直安装时，当运动停止后，螺母在重力作用下下滑，故 需设置制动装置，如图示。
2、滚珠丝杠副的典型结构类型
（1）螺纹滚道型面的形状及主要尺寸
单圆弧型
双圆弧型
主要尺寸：
接触角
rb 滚珠半径 R 滚道圆弧半径 e 偏心距
理想接触角 =450 R=1.04rb e=sin(R-rb)
条件下，承受最大轴向负载时，应验算
其有没有产生纵向弯曲（失稳）的危险。
丝杠滚动螺旋传动设计和选用
丝杠滚动螺旋传动设计和选用下面以自制简易数控机床的移动机构为例： 设计X 方向的滚珠丝杠螺母机构： 1、X 方向丝杠受力分析：X 、Z 方向的工作台滑板及其组件重量（W 1、W 2）以及Z 方向的轴向工作载荷2a F 主要由导轨承担，而X 方向丝杠主要承受X 方向的轴向力F 。
X 方向丝杠所受的总轴向力F 由两部分组成：一是刀具所受的X 方向轴向工作载荷1a F ；二是工作台滑板及其组件重量（W 1、W 2）和Z 方向的轴向载荷在导轨上产生的合成摩擦力N F 两部分组成：F ＝1a F ＋N FN F =μ222)21(W W F a ++=0.12540040015001500⨯+⨯=194.05N式中 F ――丝杠所受的总轴向力 N ；N F ――导轨与工作台滑板之间的摩擦力 N ；1a F ――X 方向的轴向工作载荷 N ；2a F ――Y 方向轴向工作载荷 N ；μ――导轨与工作台滑板之间的摩擦系数，由于导轨与工作台滑板处于边界润滑状态（脂润滑或油润滑），可取μ＝0.05～0.2 ；W 1――X 方向工作台滑板及其组件重量 N ； W 2――y 方向工作台滑板及组件重量 N ；将有关参数代入上述公式可得X 方向丝杠所受的总轴向力F 为：F=F a1+F a2 =800+194.05N=994.05N设计Z 方向的滚珠丝杠螺母机构： 1、Z 方向丝杠受力分析：X 、Z 方向的工作台滑板及其组件重量（W 1、W 2）以及X 方向的轴向工作载荷1a F 主要由导轨承担，而Z 方向丝杠主要承受Z 方向的轴向力F 。
Z 方向丝杠所受的总轴向力F 由两部分组成：一是刀具所受的Z 方向轴向工作载荷2a F ；二是工作台滑板及其组件重量（W 1、W 2）和X 方向的轴向载荷在导轨上产生的合成摩擦力N F 两部分组成：F ＝2a F ＋N FN F =μ222)21(W W F a ++=0.125400400800800⨯+⨯=11.18N式中 F ――丝杠所受的总轴向力 N ；N F ――导轨与工作台滑板之间的摩擦力 N ； 1a F ――X 方向的轴向工作载荷 N ；2a F ――Y 方向轴向工作载荷 N ；μ――导轨与工作台滑板之间的摩擦系数，由于导轨与工作台滑板处于边界润滑状态（脂润滑或油润滑），可取μ＝0.05～0.2 ；W 1――X 方向工作台滑板及其组件重量 N ； W 2――y 方向工作台滑板及组件重量 N ；将有关参数代入上述公式可得X 方向丝杠所受的总轴向力F 为：F=2a F +N F =1200+11.18=1211.18N2、丝杠设计计算及选择当滚珠丝杠副承受轴向载荷时，滚珠和滚道型面间便会产生接触应力。
滚珠丝杠知识汇总
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。
滚珠丝杠传动原理
滚珠丝杠传动原理滚珠丝杠传动是一种常见的机械传动方式，主要用于将旋转运动转化为直线运动。
它由滚珠、螺杆和导轨组成。
滚珠丝杠传动的原理是利用螺纹副的螺旋转动将转速转换为直线运动，并通过滚珠的滚动运动实现高效、高精度的传递。
滚珠丝杠传动的主要部件包括螺杆、导轨、滚珠和法兰等。
螺杆的外径具有螺旋螺距的螺纹，在其外表面刻有导向溝槽。
滚珠则圆滚在螺距线的导向槽中，它们可以自由滚动，实现不带球螺纹转动。
滚珠丝杠传动的基本原理是螺旋转动与直线运动之间的转换。
当螺杆旋转时，滚珠也随之滚动，并通过滚动与导向槽壁的接触来实现直线运动。
通过控制螺旋转动的速度和方向，可以实现线性运动的控制，从而达到机械传动的目的。
滚珠丝杠传动具有许多优点。
第一，它具有高效率。
滚珠与导向槽壁之间的接触是点对线的，在高速转动时，滚珠可以减少与导向槽壁的摩擦，从而减小传递功率损失。
第二，滚珠丝杠传动具有高精度。
滚动接触可以减小齿隙和回程误差，提高传动精度。
第三，滚珠丝杠传动具有较大的负载能力。
滚珠的滚动接触面积大，可以承受较大的载荷，提高传动能力。
第四，滚珠丝杠传动具有较长的寿命。
滚动接触可以减小摩擦和磨损，延长使用寿命。
滚珠丝杠传动主要通过以下几个环节实现传递：第一，螺纹副传递。
当电机通过减速机带动螺杆转动时，螺纹副将旋转运动转化为滚动运动。
第二，滚珠滚动。
滚珠在螺纹副的导向槽中滚动，实现滚动接触的线性运动。
第三，导轨导向。
导轨作为滚动运动的导向槽，使滚珠保持在规定的运动轨道上。
第四，工作台运动。
通过螺纹副和导轨的协同作用，将滚珠的滚动运动转化为工作台的直线运动，实现物体的移动。
滚珠丝杠传动广泛应用于机床、自动化设备、航空航天等领域。
在机床方面，滚珠丝杠传动可以实现工作台的精确移动，提高加工精度和生产效率。
在自动化设备方面，滚珠丝杠传动可以实现工件的定位和位移，提高自动化程度。
在航空航天领域，滚珠丝杠传动可以实现飞机的起落装置、导弹制导系统等的运动控制，提高飞行安全性和导弹精度。
滚珠丝杠花键轴的传动原理
滚珠丝杠花键轴的传动原理小伙伴们！今天咱们来聊聊一个超酷的机械零件——滚珠丝杠花键轴。
这玩意儿听起来就很厉害的样子，其实它的传动原理就像一场超级有趣的机械小魔术呢！咱先来说说滚珠丝杠部分吧。
想象一下，有一根长长的丝杠，就像一根超级精致的大螺丝。
丝杠上有一圈一圈的螺纹，这些螺纹就像是为滚珠们准备的专属跑道。
然后呢，那些滚珠就像是一群超级活泼的小钢珠精灵。
它们住在这个螺纹跑道里，当丝杠开始转动的时候呀，就像是在给这些小钢珠精灵下命令。
丝杠按照一定的方向转，小钢珠们就会在螺纹跑道里欢快地滚动起来。
这一滚动可不得了，它们就带着一种神奇的力量开始推动跟丝杠配合的部件啦。
比如说，如果有个螺母跟丝杠配合着，那这个螺母就会在滚珠的推动下，沿着丝杠的轴向开始移动。
就好像小钢珠们在齐心协力地把螺母往前或者往后推呢。
这就像是一群小伙伴一起推一个大箱子，只不过这里是小钢珠在机械的世界里完成这个任务。
再来说说花键轴部分哦。
花键轴就像是一个有着特殊造型的轴，它的身上有好多像小牙齿一样的键槽。
这些键槽可不是为了好看的，它们是为了和其他部件完美配合的。
当有另一个部件，比如说一个带花键孔的零件要和花键轴连接的时候，那些键槽就像是一把把小钥匙，准确无误地插入到对应的孔里。
这样呢，花键轴在转动的时候，就能带着这个连接的部件一起转动啦。
而且因为键槽和孔的配合很紧密，所以在转动的时候就非常稳定，不会出现那种摇摇晃晃的情况。
这就好比两个人手拉手跳舞，他们紧紧地握着对方的手，然后随着音乐的节奏一起转动，既稳定又和谐。
那滚珠丝杠和花键轴组合在一起的时候呢，那可真是强强联合。
滚珠丝杠负责把转动转化为精确的轴向移动，而花键轴呢，在这个过程中又能保证整体结构的稳定性和良好的扭矩传递。
就像是一个团队里，有的成员负责精准的操作，有的成员负责稳定的支撑，大家各司其职，把整个传动工作完成得特别出色。
比如说在一些自动化设备里，像那种高精度的数控机床。
滚珠丝杠花键轴就发挥着至关重要的作用。
滚珠丝杠的设计
滚珠丝杠的设计计算与选用滚珠丝杠滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。
滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。
它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。
由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。
1)与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。
与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。
在省电方面很有帮助。
2)高精度的保证滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度·湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。
3)微进给可能滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。
4)无侧隙、刚性高滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。
5)高速进给可能滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。
滚珠丝杠副特性•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。
滚珠丝杠传动
滚珠丝杠传动滚珠丝杠是机电一体化的系统中一种新型的螺旋传动机构，在其具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间传动原件——滚珠，滚珠丝杠机构虽然结构复杂，制造成本高，不能自锁，但其摩擦阻力矩小、传动效率高（92%-98%），精度高，系统刚度好，运动具有可逆性，使用寿命长，因此在机电一体化系统中得到大量广泛的应用。
滚珠丝杠的特点如下：（1）、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，耗费的能量仅为滑动丝杠的31。
（2）、传动精度高经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠本身具有很高的制造精度，又由于是滚动摩擦，摩擦力小，所以滚珠丝杠传动系统在运动中温升较小，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。
（3）、可微量进给滚珠丝杠传动系统是高副运动机构，在工作中摩擦力小，灵敏度高，启动平稳，低俗石无爬行现象，因此可以精密地控制微量进给。
（4）、同步性好由于运动平稳、反应灵敏、无阻碍、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动系统同时转动几个相同的部件或装，可以获得很好的同步效果。
（5）、高可靠性与其它传送机械相比，滚珠丝杠传动只需要一般的润滑与防空，有的特殊场合甚至都无需润滑便可工作，系统的故障率也很低，其一般的使用寿命要比滑动丝杠高5~6倍。
1、滚珠丝杠的结构及滚珠循环方式滚珠丝杠传动机构的工作原理如图1-1-1所示，丝杠4和螺母1的螺纹滚道内置有滚珠2，刚丝杠转动时，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。
1—螺母 2—滚珠 3—回程引导装置 4—丝杠图1-1-1 滚珠丝杠副结构滚珠丝杠副中滚珠的循环方式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接触。
滚珠丝杆原理
滚珠丝杆原理
滚珠丝杆是一种常见的传动装置，其原理是利用滚珠在螺纹轨
道上滚动，从而实现转动运动和线性运动的转换。
它由螺纹轴、螺
母和滚珠等部件组成，广泛应用于机床、自动化设备、航空航天等
领域。
下面我们将详细介绍滚珠丝杆的原理及其工作过程。
首先，让我们来了解一下滚珠丝杆的结构。
滚珠丝杆由螺纹轴、螺母和滚珠组成。
螺纹轴上有螺纹，螺母内部也有与螺纹轴相配的
螺纹，滚珠则位于螺纹轴和螺母之间。
当螺纹轴旋转时，滚珠会沿
着螺纹轴的螺纹轨道滚动，从而带动螺母产生线性运动。
其次，滚珠丝杆的工作原理是利用滚珠在螺纹轨道上滚动实现
传动。
当螺纹轴旋转时，滚珠受到轴承压力，沿着螺纹轨道滚动，
同时带动螺母产生线性运动。
由于滚珠的滚动摩擦小，因此滚珠丝
杆具有高效、高精度、高刚性的特点，适用于对传动精度要求较高
的场合。
在滚珠丝杆的工作过程中，需要注意一些关键问题。
首先是润滑。
滚珠丝杆需要定期进行润滑，以减小滚珠与螺纹轨道之间的摩擦，延长使用寿命。
其次是安装和使用时需要保持轴承的清洁，避
免灰尘和杂质进入轴承，影响传动效果。
另外，还需要定期检查滚
珠丝杆的使用情况，及时发现并解决问题，确保设备的正常运行。
总的来说，滚珠丝杆是一种高效、高精度、高刚性的传动装置，其原理是利用滚珠在螺纹轨道上滚动实现转动运动和线性运动的转换。
在实际应用中，我们需要注意滚珠丝杆的润滑和维护保养，以
确保其正常运行。
希望本文对您了解滚珠丝杆的原理有所帮助。
滚珠丝杠设计计算
滚珠丝杠设计计算引言：滚珠丝杠是一种重要的机械传动元件，广泛应用于各种机械设备中。
在设计滚珠丝杠时需要考虑其参数、选型、力学特性等诸多方面，本文将从这些方面详细介绍滚珠丝杠的设计计算。
一、参数设计滚珠丝杠的参数设计包括螺纹直径、导程、螺距等。
其中，螺距是滚珠丝杠最主要的参数之一，它决定了滚珠丝杠的速度和力矩传递能力。
在设计时，可根据所需的传动功率和转速来计算滚珠丝杠的螺距。
同时，导程也是一个需要考虑的参数，一般情况下，导程越小，精度越高，但速度和力矩传递能力相应减小。
二、选型设计滚珠丝杠的选型设计是根据所需传动力矩、转速、精度等参数来选择具体型号的滚珠丝杠。
在选型时，需要考虑实际传动力矩和极限承载力之间的关系，同时还需考虑松紧度、传动效率等参数。
此外，还需要考虑滚珠丝杠的耐用性、使用寿命等因素，从而选择合适的滚珠丝杠型号。
三、力学计算滚珠丝杠在使用过程中，需承受很大的轴向和径向负载，因此需要进行力学计算来确定其承受能力。
在计算中，需考虑传动力矩、负载方向和松紧度等因素。
此外，还需要对其扭转刚度进行计算，以确定滚珠丝杠的稳定性和蠕动问题。
四、材料选择滚珠丝杠的材料选择需要考虑其强度、硬度、耐磨性等因素。
目前常见的滚珠丝杠材料有铬钢、不锈钢、合金钢等。
在选择材料时，需根据实际使用环境、负载类型和工作条件等综合考虑。
总结：滚珠丝杠的设计计算是一个比较复杂的过程，需要全面考虑其参数、选型、力学特性和材料选择等因素。
在实际应用中，需根据不同的使用条件和要求来进行合理的设计和选型。
通过合理的设计计算，可使滚珠丝杠具有更好的性能和耐用性，从而提高机械设备的工作效率和生产效益。
滚珠丝杠工作原理
滚珠丝杠工作原理引言滚珠丝杠是一种常用于转换转动运动为直线运动的装置，在许多机械系统中得到广泛应用。
滚珠丝杠由丝杠和螺母组成，其中丝杠上嵌有滚珠，滚珠与螺母之间的接触，使得螺母沿丝杠轴线方向运动。
本文将介绍滚珠丝杠的工作原理和应用。
工作原理滚珠丝杠的工作原理基于滚珠与螺母之间的滚动运动。
滚珠的作用是减小接触面积，降低摩擦力，提高传递效率，并且减少磨损。
螺母的轮廓与丝杠螺纹相匹配，使得螺母在旋转时沿着丝杠轴线方向移动。
通过转动螺杆，滚珠会被带动进行滚动，从而推动螺母实现线性位移。
滚珠丝杠的主要组成部分包括丝杠、螺纹螺母和滚珠。
其中丝杠是起到传动和定位作用的部件，螺纹螺母是与丝杠配合的运动部件，而滚珠则位于丝杠和螺纹螺母之间，起到减小摩擦力的作用。
结构和工作方式滚珠丝杠的结构包括外圈、滚珠和内圈。
外圈固定，内圈与螺纹螺母配合。
滚珠被置于外圈和内圈之间，在螺纹螺母旋转时，滚珠会被从外圈上滚下，同时滚到内圈上。
这种滚动运动减少了接触面积，减少了滑动摩擦，提高了传动效率。
滚珠丝杠可分为两种类型：滚珠返回式和滚珠保持式。
滚珠返回式滚珠丝杠使用对称的滚珠往复滚动的方式，并通过螺纹结构实现前后运动。
而滚珠保持式滚珠丝杠则使用非对称的滚珠滚动方式，保持滚珠始终处于加载状态，因此具有较高的刚性和较小的回程误差。
应用滚珠丝杠广泛应用于各种机械系统中，特别是需要精准定位和传递大力矩的场合。
以下是几个滚珠丝杠的应用示例：1.机床：滚珠丝杠常用于数控机床的进给传动系统，能够精确控制工件的运动和位置。
2.机器人：滚珠丝杠也被广泛应用于各类机器人的关节传动系统，实现精确的运动控制。
3.包装机械：在包装机械中，滚珠丝杠可以提供高速、高精度的线性运动，用于包装盖的螺纹旋转和线性推动。
4.自动化设备：滚珠丝杠常用于各种自动化设备，例如输送机、装配线和升降台等。
5.电子设备：滚珠丝杠也可以在电子设备中作为精确定位和传动元件使用，特别是需要调焦和平移的应用。
简述滚珠丝杠传动装置的组成,结构和应用特点
简述滚珠丝杠传动装置的组成,结构和应用特点滚珠丝杠传动装置是一种常见的机械传动装置，它由滚珠丝杠、螺母、支撑轴承、封盖等部件组成。
在机械加工、自动化生产线和机器人等领域中得到广泛应用。
本文将简述滚珠丝杠传动装置的组成、结构和应用特点。
一、组成1. 滚珠丝杠滚珠丝杠是滚珠丝杠传动装置的核心部件，它是由螺纹杆和滚珠组成的。
螺纹杆上有一定的螺纹，滚珠在螺纹杆和螺母之间滚动，使螺纹杆转动。
滚珠丝杠传动装置的传动精度和承载能力与滚珠的数量和大小有关。
2. 螺母螺母是滚珠丝杠传动装置的配合件，它与滚珠一起完成传动功能。
螺母的内部有一定的螺纹，与螺纹杆配合使用。
在传动过程中，螺母在螺纹杆上滚动，带动机器运动。
3. 支撑轴承支撑轴承是滚珠丝杠传动装置的支撑部件，它支撑着螺纹杆和螺母，使其转动更加平稳。
支撑轴承的质量和精度对滚珠丝杠传动装置的性能有很大的影响。
4. 封盖封盖是滚珠丝杠传动装置的保护部件，它可以防止灰尘和其他杂物进入装置内部，保障滚珠丝杠传动装置的正常运行。
二、结构滚珠丝杠传动装置的结构相对简单，由滚珠丝杠、螺母、支撑轴承和封盖等部件组成。
其中，滚珠丝杠与螺母相互配合，支撑轴承支撑着滚珠丝杠和螺母，封盖则起到保护作用。
滚珠丝杠传动装置的结构紧凑，体积小，重量轻，传动效率高，精度高，承载能力强，适用于高速、高精度、高负荷的机械传动。
三、应用特点1. 高精度滚珠丝杠传动装置的传动精度高，可达到0.01mm以下，适用于高精度机械传动。
2. 高速滚珠丝杠传动装置的传动效率高，可达到90%以上，适用于高速机械传动。
3. 高承载能力滚珠丝杠传动装置的承载能力强，可承受较大的负荷，适用于高负荷机械传动。
4. 寿命长滚珠丝杠传动装置的寿命长，可达到10000小时以上，适用于需要长时间运行的机械传动。
5. 维护简便滚珠丝杠传动装置的维护简便，只需定期清洗和润滑即可，维护成本低。
综上所述，滚珠丝杠传动装置是一种高精度、高速、高承载能力、寿命长、维护简便的机械传动装置，适用于各种机械加工、自动化生产线和机器人等领域中。
滚珠丝杠传动
滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动是在丝杠与螺母之间放入适量的滚珠，螺纹之间的摩擦为滚动摩擦。
滚珠丝杠副的组成：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。
1.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。
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.滚珠丝杆代号1）参数代号2）循环方式代号3）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.滚珠丝杠副的选择方法1）滚珠丝杠副结构形式确定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。
•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。
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。
21
§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
27
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。
滚珠丝杠课程设计
滚珠丝杠课程设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN本科生专业课程设计（届）学生姓名：学号：专业名称：班级：指导教师：年月日目录专业课程设计计算说明书............................................................................... 错误!未定义书签。
原始数据........................................................................................................... 错误!未定义书签。
一、系统总体方案设计................................................................................... 错误!未定义书签。
二、机械系统的设计计算............................................................................... 错误!未定义书签。
三、控制系统设计........................................................................................... 错误!未定义书签。
专业课程设计计算说明书原始数据设计一台微机控制XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制, 控制方式采用步进电机开环控制。
其他参数如下：一、系统总体方案设计（一）机械系统1、传动机构采用滚珠丝杠副与齿轮或带减速。
2、导向机构采用滚动直线导轨。
3、执行机构采用步进电机。
（二）接口设计1、人机接口（1）采用键盘或BCD 码盘作为输入。
（2）采用LED 作为电源等指示标志。
（3）采用蜂鸣器或扬声器作为警报装置。
滚珠丝杠的工作原理和机械结构解析(两篇)2024
引言：滚珠丝杠作为一种常见的传动装置，广泛应用于机械系统中。
本文将深入探讨滚珠丝杠的工作原理和机械结构，以增进读者对其的了解。
通过对滚珠丝杠的工作原理进行解析，有助于我们更好地理解其工作机制，并在实际应用中选择合适的滚珠丝杠。
概述：滚珠丝杠是一种具有高效、高精度和长寿命的传动装置，其特点在于利用滚珠滚动来传递力量和运动。
滚珠丝杠由丝杠和轴承组成，通过丝杠和滚珠的相互作用，将旋转运动转换为直线运动。
滚珠丝杠的机械结构由丝杠、螺帽、滚珠和导向装置组成，各部件的合理设计对其性能和使用寿命至关重要。
正文内容：1.滚珠丝杠的工作原理解析1.1丝杠作为传动机构的基础1.1.1丝杠的结构和工作原理1.1.2丝杠的传动特性和优势1.2滚珠滚动轴承的运动原理1.2.1滚珠滚动轴承的结构组成1.2.2滚珠滚动轴承的工作原理1.2.3滚珠滚动轴承的摩擦和损耗1.3滚珠丝杠的工作过程1.3.1动力传递的实现1.3.2运动的平稳性和精度1.3.3装配和使用注意事项2.滚珠丝杠的机械结构解析2.1丝杠的材料与加工工艺2.1.1丝杠的材料选择和特性2.1.2丝杠的加工工艺和检测方法2.2螺帽的设计与制造2.2.1螺帽的结构和功能2.2.2螺帽的制造工艺和材料选择2.3滚珠的选型和布置2.3.1滚珠的材料和尺寸选择2.3.2滚珠的布置和装配要求2.4导向装置的设计和调整2.4.1导向装置的结构和作用2.4.2导向装置的调整方法和注意事项2.5丝杠预紧力的控制2.5.1丝杠预紧力的重要性2.5.2丝杠预紧力的控制方法和调整步骤总结：滚珠丝杠作为一种重要的传动装置，其工作原理和机械结构的解析对于我们更好地了解其工作机制具有重要意义。
通过本文的介绍，我们了解到滚珠丝杠的工作原理是基于滚珠滚动实现动力传递和旋转转换为直线运动；滚珠丝杠的机械结构则由丝杠、螺帽、滚珠和导向装置等要素组成，各部件的合理设计对其性能和使用寿命至关重要。
在实际应用中，我们应根据具体情况选择合适的滚珠丝杠，并注意其设计和使用的要点，以确保其性能和可靠性。
机电一体化第2章-机械系统设计(2滚珠丝杠)(ppt文档)
2 机械系统设计--机械传动装置滚珠丝杠副
（4）丝杠螺母传动的类型
a) 螺母固定、丝杆转动并移动
特点：结构简单、传动精度较高、 螺母支承丝杆可消除附加轴向窜动，刚性较差
b) 丝杆转动，螺母移动
两端都装止推轴承和向心球轴轴承，承受 轴向、径向载荷
2 机械系统设计--机械传动装置滚珠丝杠副
3）双推—简支 1．轴向刚度不高，与螺母位置有关； 2．双推端可预拉伸安装； 3．适宜中速、精度较高的长丝杠。
固定端装深沟球轴承和双向推力轴承，承受径 向、轴向载荷； 简支端用深沟球轴承径向约束
少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量， 尽可能提高加速能力。 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、减少 振动、降低噪声。
2 机械系统设计--机械传动装置滚珠丝杠副
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
常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同 步带传动、高速带传动、各种非线性传动部件等。 其主要功能是传递转矩和转速，因此，它实质上是 一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载 之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。 应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重 量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。
(5)单螺母变位导程自顶紧式和单螺母滚珠过盈预紧式
2 机械系统设计--机械传动装置滚珠丝杠副
6. 滚珠丝杠副支承方式的选择
(1)支承方式
丝杠的轴承组合及轴承座、螺母座以及其它零件的 连接刚性，对滚珠丝杠副传动系统的刚度和精度都有很 大影响，需在设计、安装时认真考虑。
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a) 双螺母垫片式预紧原理
预拉方向
调整垫片
预拉方向
螺母A
螺母B
预紧方向 垫片 预紧方向
丝杠侧
根据垫片厚度不同分成两种形式，当垫片厚度较厚时即产生“预拉 应力”，而当垫片厚度较薄时即产生“预压应力”以消除轴向间隙。
螺母侧
承载滚珠
螺母侧
间隔钢球
丝杠侧
丝杠侧
为了补偿滚道的间隙，设计时将滚珠的尺寸适当增大， 使其4点接触，产生预紧力，为了提高工作性能，可以在承 载滚珠之间加入间隔钢球。
d) 单螺母预紧原理（偏置导程法）
预拉方向 导程
导程+Δ 螺母侧
预拉方向 导程
丝杠侧
偏置导程法原理如上图所示，仅仅是在螺母中部将其导 程增加一个预压量Δ，以达到预紧的目的。
3
Q L fH fW Pmax (N )
fw---运转系数 fH----硬度系数 Pmax----最大工作载荷
1.0 ~ 1.2 fW 1.2 ~ 1.5
1.5 ~ 2.5
平稳或轻度冲击时 中等冲击时 较大冲击或振动时
1.0 HRC 58
fH 11..3151
HRC 55 HRC 52.5
➢工艺简单，螺母
的径向尺寸大，
易于制造；
回路管道 ➢挡珠器刚性差，
易磨损
外循环的三种结构形式
螺旋槽式 插管式
盖板
螺母 端盖式
滚珠丝杠的钢球循环机构
① 循环弯管式也称“外循环式 ”为最普通的，钢球从丝杠 轴上，沿弯管的牙嘴部导入 ，通过弯管返回，形成无限 循环运动。
② 回球器式也称“内循环式” 是最紧凑的丝母，钢球通过 回球器改变进行方向，返回
因此:
滚珠丝杠副刚度的验算，主要是 验算1 、2 、3之和不应大于机床精 度要求允许变形量的一半，否则，应 考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。
在实际设计中，由于预紧的作用，可将刚度提 高4倍。因此只要
1 +2 +3=精度要求
即可认为该丝杠刚度合格。
4）稳定性验算
对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下， 承受最大轴向负载时，应验算其有没有产生纵 向弯曲（失稳）的危险。
一般传动可选用4、5级； 全闭环系统可选用2、3、4级。
4.5.4 滚珠丝杠副的安装
丝杠的轴承组合及轴承座、螺母座以及其它零件 的连接刚性，对滚珠丝杠副传动系统的刚度和精度都 有很大影响，需在设计、安装时认真考虑。
为了提高轴向刚度，丝杠支承常用推力轴承为主 的轴承组合，仅当轴向载荷很小时，才用向心推力轴 承。
丝杠轴的原先位置。
③ 端盖式适用于高速进给 的丝母，钢球从端盖部 导入，通过丝母上的贯 通孔，返回起始位置。
④ 钢板循环式是如同弯管式 的，将钢球导入后沿钢板 上的沟进行循环，钢板回 球式与回球器式相比，较 多应用于小型滚珠丝杠。
滚珠丝杠副的特点
1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副传动效率η＝ 0.92～0.96，比常规的丝杠螺母副提高3～4倍。因此，功率 消耗只相当于常规的丝杠螺母副的1/4～1/3。 2）传动精度、定位精度高，无爬行现象，运动平稳。 3）能够预紧。给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间 隙，反向时可消除空行程死区，提高接触刚度和传动精度。 4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也 可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作 为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。 6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求 高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用， 下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需添加制动 装置。
4.5.2 滚珠丝杠副轴向间隙的调整
滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传动精度有要求外， 对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向传动精度。滚 珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的 弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。
tg f 0.003 ~ 0.004,
其摩擦角约等于10‘
当 0.9时满足要求
3）刚度验算
刚度的验算主要是确定丝杠的变形量
丝杠的变形量包括：
① 丝杠的拉伸或压缩变形量1 ② 滚珠与螺纹滚道间接触变形2 ③ 支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形3 ④ 滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变化量4 ⑤ 螺母座及轴承支座的变形5
固定端装深沟球轴 承和双向止推轴承，
或圆锥滚子轴承
双推—自由
1．轴向刚度低，与螺母位置有关； 2．双推端可预拉伸安装； 3. 适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。
双推-自由式支承
简支端装深沟球轴 承，承受径向载荷
固定端装深沟球轴 承和双向止推轴承， 承受轴向、径向载
荷
双推—简支
1．轴向刚度不高，与螺母位置有关； 2．双推端可预拉伸安装，简支端保证在丝杠受热 变形时，可自由伸缩； 3. 适宜中速、精度较高的长丝杠。
畅性好、效率高、螺母
的径向尺寸也较小。
反向器
➢其不足之处是反向器 加工困难、装配调整也 不方便。
内循环：适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。
滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环二种。
➢有时与丝杠脱离接触的称为外循环；
螺旋槽
螺母
滚珠
特点： ➢滚珠循环回路长，
丝杠
流畅性差，效率
螺旋槽 低；
1）承载能力选择
计算作用于丝杠轴向最大动 载荷Q，然后根据Q值选择丝杠副 的型号。
3
Q L f H fW Pmax
式中： L----滚珠丝杠寿命系数
60nT L 106
(N)
T---使用寿命时间（h） ➢ 普通机械为5000~10000， ➢ 数控机床及其它机电一体化设备及仪器装置为15000
d0
30
2）基本导程Ph
Ph应按承载能力及传动精度、传动速度选 取；
Ph大，承载能力大 Ph小，传动精度高
要求传动速度快时，可选用较大导程的滚 珠丝杠副。
3. 滚珠丝杠副的设计计算-I
已知条件： ➢最大工作载荷F（N）或平均工作载荷Fm； ➢使用寿命T； ➢丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）L（m）； ➢丝杠的转速n（平均转速nm或最大转速nmax） （r/min）； ➢滚道硬度HRC和运转情况。
1、2、3、4、5、7、10，1级为最高
任意300mm行程内行程变动量 V300p 6 8 12 16 23 52 210
丝杠分为：精密定位型（P型）和传动型（T型）。
（2）标注方法（各个厂家并不完全相同）
FFZD8010TR-6-P2/1294×1020 FFZD:内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杆； 6:负荷滚珠总圈数 TR:梯形螺纹 P2:精密定位型，2级；精密定位型（P型）和传动型（T型）。 1294:丝杠全长 1020:螺纹长度
双推-简支支承方式
两端都装止推轴承， 承受轴向载荷
单推—单推
1．轴向刚度较高； 2．预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命比双推-双推低； 3. 适宜中速、精度高，并可用双推—单推组合。
轴承的组合安装支承示例
简易单推-单推式支承
两端都装止推轴承 和向心球轴承，承 受轴向、径向载荷
双推—双推
1．轴向刚度最高； 2．预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高； 3. 适宜高速、高刚度、高精度。
四种支承方式的比较：
支承方式 双推-自由 双推-简支 单推-单推 双推-双推
刚度 低
高
承载能力 低
高
失稳 有 无
制动装置
由于滚珠丝杠副无自锁 作用，特别对垂直安装 的滚珠丝杠副，必须安 装制动装置。常用的有 利用电磁制动器对丝杠 进行制动和利用单向超 越离合防止丝杠逆转的 制动装置。
电磁铁线圈
摩擦 离合器
➢滚珠丝杠副的选择方法 1. 滚珠丝杠副结构的选择
根据防尘防护条件以及对调隙及预紧 的要求，选择适当的结构型式。
2. 滚珠丝杠副结构尺寸的选择
1）公称直径d0 公称直径应根据轴向最大载荷按
滚珠丝杠副尺寸系列选择；
d 0 滚珠直径d b 承载能力 效率
公称直径的大小与承载能力有关，一般推荐
丝杠工作长度
1
双推-简支
2
双推-自由式
0.25
临界负载PK与最大工作负载Pm之比称为稳定性安全系数nk。
当nk
Fk Fm
[nk ]时，丝杠满足稳定性要
求
[nK]---许用稳定性安全系数 一般取：[nk]=2.5~4
产生失稳的临界负载PK可用下式计算：
式中：
pK
fZ 2EI
l2
E 丝杠材料弹性模量，对钢E 20.6 10（6 N / cm 2）
I 截面惯性矩（cm 4）
I
64
d
4 1
l 丝杠两端支承距离（cm）
(d1 丝杠小径）
f Z 丝杠的支承方式系数
丝杠的支承方式
支承方式
fz
双推-双推
4
单推-单推
目前制造的单螺母式滚珠丝杠副的轴向间隙达0.05mm， 而双螺母式的经加预紧力调整后基本上能消除轴向间隙。应 用该方法消除轴向间隙时应注意以下两点：
（1）预紧力大小必须合适，过小不能保证无隙传动；过大将 使驱动力矩增大，效率降低，寿命缩短。预紧力应不超过最大轴 向负载的1/3。
（2）要特别注意减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙，这些 间隙用预紧的方法是无法消除的，而它对传动精度有直接影响。
4.5.3 主要尺寸、精度等级和标注方法
滚珠丝杠副的主要尺寸参数 滚珠直径
公称直径 (滚珠中心圆直径)