第二章机械系统设计之滚珠丝杠课件

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
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
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
（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。
丝杠来自百度文库
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；
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、运动具有可逆性
回转运动变直线运动 直线运动变回转运动 3、传动精度高 正传动 逆传动
轴向定位精度 精度
进给精度
误差： 4m / 300 mm
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
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
螺母
滚珠 丝杠 螺旋槽
回路管道
螺旋槽
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 其中：


tg tg ( )
λ中径处的螺旋升角 当量摩擦角 （ 8 12）
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。
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)
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。
（3）行程λ
丝杠相对螺母旋转任意弧度时，螺母上基 准点的轴向位移。
x Ph 360
（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:
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：

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。
机械传动装置设计 机械设计技术 机械结构设计
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
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 动力机的动力传递给执 行机的驱动力(力矩）
（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； 一般传动可选用4、5级； 全闭环系统可选用2、3、4级。
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
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。
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
• 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。
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
回路管道 螺旋槽
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

B 2 mK
一般取 0.4
1 1 1
过阻尼系统 临界阻尼系统 欠阻尼系统
0.8
二、传动装置的类型 按工作原理分为：
机械传动
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 流体传动
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