第二章机械系统设计之滚珠丝杠

（2）标注方法
（3）尺寸系列
公称直径系列（mm） 6、8、10、12、16、20、25、32、40………
公称导程系列（mm） 1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12…..
注意：
尽可能优先选用公称导程为4、5、 6、8系列的滚珠丝杠螺母副
（4）推荐采用的精度等级
数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和 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；
j=2.5~3.5
4、滚珠丝杠副的精度等级及标注方法
（1）精度等级 根据GB/T17587.3-1998（与ISO 3408-3：1992
同）标准：将滚珠丝杠副的精度分成为七个等级
1、2、3、4、5、7、10，1级为最高
按实际使用要求，在每一精度等级内指定了导程精度的验收检验项目，未指 定的检验项目其导程误差不得低于下一级精度的规定值。
Fra Baidu bibliotek
一般取 0.4 0.8
二、传动装置的类型 按工作原理分为：
机械传动
流体传动
电力传动
啮合传动(齿轮传动、齿形带传动) 摩擦传动(带传动、钢丝绳传动) 推动传动(凸轮连杆机构) 液压传动 气压传动 液力传动
交流电力传动 直流电力传动 交、直流电力传动
磁力传动
按输出速度情况分为：
转速恒定传动 转速可调传动
动力机的动力传递给执 行机的驱动力(力矩）
机电一体化系统的传动装置是伺服系统的一部分，通过 控制装置，使机械传动部分与伺服电动机的动态特性相匹配， 并且满足传动精度、定位精度高，响应速度快，速度的稳定性 好。
性能要求满足以下几个方面：
1、转动惯量（ J ）小
转动惯量大对系统造成不良影响，使机械负载变大，系统响应 速度降低，灵敏度下降，但是 J 小不应影响机械系统的刚度。
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)
单圆弧型
特点：接触角随轴向载荷的变化而变化
，轴向刚度，承载能力
双圆弧型
特点：角基本保持不变，加工成本高
括两大部分的内容：一是机械传动装置的设计，一是机械
结构的设计。
机械设计技术
机械传动装置设计
滚珠丝杠传动 无侧隙齿轮传动 谐波齿轮传动 同步齿形带传动 膜片弹性联轴器
机械结构设计
导轨设计 支承装置 主轴组件设计
1 概述
一、传动装置功能及性能要求 功能：传递运动（速度、位移）和动力（力、力矩）
增速或减速；变速； 改变运动规律或形式
2）外循环
滚珠在循环过程中脱离过丝杠
螺母 滚珠 丝杠 螺旋槽
螺旋槽
回路管道
特点： • 滚珠循环回路长，流畅性差，效率低；
• 工艺简单，螺母的径向尺寸大，易 于制造；
• 挡珠器刚性差，易磨损。
① 螺旋槽式
② 插管式
插管
盖板
螺母
③ 端盖式
特点：
应用较少，常以单螺母形式用作升 降传动机构。
3、滚珠丝杠副的主要尺寸参数
准点的轴向位移。
x 360
Ph
（4）滚珠直径 db 滚珠直径大，则承载能力也大。应根据轴承厂
提供的尺寸选用
（5）滚珠个数N N过多，流通不畅，易产生阻塞； N过少，承载能力小，滚珠自载加距磨损和变形
一般取：N<150
（6）滚珠的工作圈（或列）数 j 由于第一、第二、第三圈（或列）
分别承受轴向载荷的50%、30%、15% 左右，因此工作圈（或列）数一般取:
第一章
机械系统设计
第一节 概机述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：
工作台
执行元件
电机
驱动器
信息处理系统 （计算机）
动力源
传感器
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
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。
3、阻尼（B ）合适
K 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：
B
2 mK
1 过阻尼系统 1 临界阻尼系统 1 欠阻尼系统
2、运动具有可逆性
回转运动变直线运动
正传动
直线运动变回转运动
逆传动
3、传动精度高
轴向定位精度
精度
误差： 4m / 300mm
进给精度
4、磨损小，使用寿命长 滚珠、滚道、丝杠、螺母都经过淬火、硬化处理HRC58-65。
5、不能自锁 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。
一般传动可选用4、5级； 全闭环系统可选用2、3、4级。
螺母
滚珠
丝杠 螺旋槽
螺旋槽
回路管道
滚珠丝杠螺母副的组成： ➢ 带螺纹槽的丝杠 ➢ 带螺纹槽的螺母 ➢ 滚珠 ➢ 反向器
滚珠丝杠的特点
1、传动效率高
tg tg ( )
其中： λ中径处的螺旋升角
当量摩擦角 （ 8 12 ） 一般而言，摩擦系数较小 tg 0.0025 0.0035
因此，效率很高，可达90%-95%。
2 滚珠丝杠（或滚动螺旋）传动
一、工作原理与结构形式
丝杠和螺母的螺纹滚道间置滚珠，当丝杠或螺母转动 时，滚珠沿螺纹滚道滚动，使丝杠和螺母作相对运动时为 滚动摩擦。
在螺母（或丝杠）上有滚珠返回的通道，与螺纹滚道 形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环。
二、滚珠丝杠副传动部件 1、滚珠丝杠副的组成及特点 （1）组成
（2）滚珠的循环方式 ❖内循环 ❖外循环
1）内循环
滚珠在循环的过程中始终没有脱离丝杠。
丝杠
螺母 滚珠
反向器
浮动式反向器的循环
滚珠
螺母
丝杠 反向器
特点： • 滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；
• 螺母的径向尺寸小， 加工困难，装配调 整不易；
• 适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密 进给系统。
滚珠直径
公称直径
丝杠大径 丝杠小径
螺母小径 螺母大径
（1）公称直径do
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，它是滚珠丝 杠副的特征尺寸。
（2）基本导程Ph 丝杠相对螺母旋转2π弧度时，螺母上基
准点的轴向位移;
导程小→精度高→承载能力小
（3）行程λ
丝杠相对螺母旋转任意弧度时，螺母上基