精密機械滾珠絲杠結(jié)構(gòu).ppt

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1.螺紋傳動基礎(chǔ)知識●螺紋類型●參數(shù)●傳動特性2.滑動絲杠螺母結(jié)構(gòu)設(shè)計●絲杠精度：減少誤差措施、除隙機構(gòu)●絲杠傳動副主要參數(shù)設(shè)計：牙形（角）、螺距、直徑、螺母長度、螺紋長度、公差等級●絲杠工藝：材料、工藝、熱處理,上次課程主要內(nèi)容,,26/01,,,26/02,5.2滾珠絲杠螺母機構(gòu),滑動螺旋傳動中，各類螺紋牙型加工困難,存在的誤差難以通過調(diào)整機構(gòu)修正；且動力傳動中存在較大的摩擦，應(yīng)用中傳動精度受限。物場分析原理：兩個相互作用的物體之間加入中間介質(zhì)（作用場），改變胡提高原功能。設(shè)想：絲杠機構(gòu)中滾動副取代滑動副●改變絲杠牙形，使之與球面吻合●螺母、絲杠接觸面充滿滾珠作中間傳動●滾珠在螺母內(nèi)閉合的回路中循環(huán),,26/03,1.滾珠絲杠的組成,如圖所示，滾珠絲杠傳動副由螺杠、螺母、滾珠、循環(huán)裝置組成。,,26/04,2.滾珠絲杠機構(gòu)的特點,除滑動絲杠傳動的一般特點外，滾珠絲杠副還具有如下特點：（1）傳動效率高（0.96），啟動力矩?。?）傳動精度高（微米級）（3）具有傳動的可逆性，不能自鎖（4）壽命長，維護簡單（5）制造工藝復(fù)雜，成本高,3.滾珠絲杠副結(jié)構(gòu),,滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)特點：●螺紋滾道型面的形狀●滾珠的循環(huán)方式●軸向間隙和調(diào)整預(yù)緊機構(gòu)根據(jù)絲杠傳動不同的使用條件，其結(jié)構(gòu)特點存在一定差異，設(shè)計與選用時應(yīng)予以注意。關(guān)鍵問題：滾道形狀、滾珠循環(huán)方式、調(diào)整機構(gòu),26/05,（1）螺紋滾道法向截型,,綜合考慮精度、結(jié)構(gòu)、工藝等問題，目前滾珠絲杠副常用兩種滾道型面：,26/06,,單圓弧滾道,雙圓弧滾道,1）單圓弧型滾道,,工藝簡單，單螺母結(jié)構(gòu)運行特性不夠穩(wěn)定；采用的雙螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試相對困難。2）雙圓弧型滾道制造工藝復(fù)雜。接觸剛性好，摩擦小，承載能力較大，預(yù)緊或承載后接觸角基本保持不變。采用雙圓弧截面滾道傳動效率高，系統(tǒng)軸向剛度穩(wěn)定，可實現(xiàn)較?。o）的間隙傳動，能獲得更高的傳動精度。,26/07,,,,3）滾道形狀參數(shù),,①接觸角β與徑向間隙在螺紋滾道法向剖面內(nèi)，滾珠球心與滾道接觸點連線與螺紋軸線的鉛垂線之間的夾角。標(biāo)準(zhǔn)接觸角：β=45絲杠副的徑向間隙Δd直接影響功能，無負荷時，滾珠直徑db、滾道半徑R、接觸角β的關(guān)系：承載后上述關(guān)系將發(fā)生變化。,26/08,接觸角β,,法向剖面,過軸線鉛垂線,②滾道與滾珠尺寸差,,滾道半徑理論上應(yīng)略大于滾子半徑，控制滾道半徑有利于提高絲杠承載能力。推薦設(shè)計參數(shù)：該參數(shù)取值過大，導(dǎo)致滾道、滾子截面形狀接觸（面?。﹦傂圆?，承載能力小，傳動精度低；反之滾珠與滾道幾乎完全接觸，存在較大摩擦，且對制造精度要求很高。單圓弧型兩種取值標(biāo)準(zhǔn)：,26/09,,③偏心距e,,承載傳動狀態(tài)下，滾道圓弧中心與滾珠中心的偏移距離，如圖所示。偏心距與直徑比、接觸角相關(guān)。理論計算公式：,26/10,,,單圓弧滾道e,雙圓弧滾道e,（2）滾珠循環(huán)方式,,1）內(nèi)循環(huán)式內(nèi)循環(huán)采用單圈循環(huán)，為保證承載剛性一套滾動絲杠副應(yīng)采用多圈結(jié)構(gòu)。內(nèi)循環(huán)方式滾珠流暢性好，絲杠副總體徑向尺寸相對較小。,26/11,內(nèi)循環(huán)式,借助反向器使?jié)L珠越過滾道槽頂進入下一圈循環(huán)。反向器設(shè)計、加工困難。,2）外循環(huán)式,,螺母上設(shè)計滾珠回流通道，有插管式和端蓋式兩種。外循環(huán)式滾珠絲桿傳動工藝性好，但循環(huán)路徑長，整體徑向尺寸大。,26/12,外循環(huán)式,外循環(huán)傳動示意圖：,,26/13,,,螺母運動方向,外循環(huán)通道,,螺桿旋轉(zhuǎn)方向,（3）消除軸向間隙與預(yù)緊機構(gòu),,目的：提高滾珠絲杠承載、精度和工作可靠性。雙螺母預(yù)緊機構(gòu)：目前各類滾珠絲杠副普遍應(yīng)用的調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)原理與滑動絲杠雙螺母相同。,26/14,,墊片式螺紋式彈簧式齒差式,常用結(jié)構(gòu)：,,,雙螺母安裝示意圖：,,26/15,,兩側(cè)螺母,,,墊片,雙螺母調(diào)隙示意圖：,,26/16,,兩螺母側(cè)向緊逼,,,（4）滾珠數(shù)量、圈數(shù)和列數(shù),,螺母內(nèi)第1圈滾珠承擔(dān)軸向載荷約30-45％，第5圈以后分擔(dān)的荷載已很小，因此設(shè)計時多于5圈的結(jié)構(gòu)弊大于利。為提高滾珠的流暢性，經(jīng)驗表明，在同一列循環(huán)回路內(nèi)，滾珠數(shù)少于150，圈數(shù)小于3.5。滾珠數(shù)近似計算如下：,26/17,,,,工作臺運動,（5）滾珠絲杠精度、代號和標(biāo)記,,1）精度評價指標(biāo)滾珠螺旋副的傳動精度評價是對螺母的運動準(zhǔn)確性，主要包括兩項：●行程誤差絲杠轉(zhuǎn)角與螺母位移之間比值相對理論比值的偏差?！窨栈卣`差螺紋副間隙造成的反向誤差。,26/18,,2）代號和標(biāo)記方法,,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滾珠螺旋副的代號和標(biāo)記方法如下：,26/19,循環(huán)方式,5.滾珠絲杠副主要參數(shù)設(shè)計,,（1）方案（結(jié)構(gòu)）選擇影響結(jié)構(gòu)設(shè)計因素包括上述三個方面。1）螺紋滾道型面的形狀；2）滾珠的循環(huán)方式；3）軸向間隙和調(diào)整預(yù)緊機構(gòu)。主要考慮問題（依據(jù)）：●承載和精度需求●潤滑及防塵保護●預(yù)緊和調(diào)隙●加工工藝條件原理性問題：●防逆轉(zhuǎn)●防脫落限位,26/20,（2）主要結(jié)構(gòu)尺寸,,滾珠絲杠副主要尺寸的計算公式見P183表5-5。主要設(shè)計參數(shù)導(dǎo)軌（槽結(jié)構(gòu)）、絲杠、螺母,26/21,6.滾珠絲杠副的選用,,（1）按疲勞壽命1）滾動絲杠副損壞過程●滾珠與滾道型面間產(chǎn)生接觸應(yīng)力●應(yīng)力狀態(tài)為循環(huán)●循環(huán)應(yīng)力將造成滾珠或滾道疲勞點蝕●缺陷擴大導(dǎo)致振動和噪音，直到失效2）最大動載荷Ca軸向載荷Ca的作用下，回轉(zhuǎn)100萬(106)次，滾道、滾珠不出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象。,26/22,3）絲杠荷載的相關(guān)計算,,根據(jù)工作荷載F及壽命單位L（106轉(zhuǎn)），可計算最大動載荷Ca與壽命L的關(guān)系：,26/23,,,,,,,單位壽命L,最大動荷載Ca,最大動荷載的修正：,,滾珠絲杠副運轉(zhuǎn)條件：●荷載沖擊、振動●絲杠材料、硬度●環(huán)境條件影響絲杠副使用壽命，應(yīng)用上述計算公式時必須予以修正。式中：fW——運轉(zhuǎn)系數(shù)fH——硬度系數(shù),26/24,,,,,,,,裝配圖,平穩(wěn)、一般、沖擊,（2）按最大靜荷載C0a,,在極低轉(zhuǎn)速(小于10r／min)條件下工作的滾珠絲杠副，破壞主要形式是滾道面接觸點處的塑性變形量超出允許值。許用塑性變形標(biāo)準(zhǔn)[δ]：[δ]=d0／10000→C0a最大靜載荷：產(chǎn)生極限變形量的載荷低速運轉(zhuǎn)滾珠絲杠副是以最大靜載荷作為設(shè)計時的計算標(biāo)準(zhǔn)。（C0a≥Fmax）,26/25,,,,,,,,7.滾珠絲杠副的材料(P186:表5-9),,滾珠絲杠材料涉及絲杠、滾珠、螺母，由于理論上是滾動點接觸，因此三者材料綜合性能、熱處理等要求類似。特點：●材料多用合金工具鋼、特殊性能鋼GCr15、9Mn2V、38CrMoAlA等●熱處理突出表面硬度（表面硬化層）高頻淬火、氮化（磷化）,26/26,,,,,,,,考慮調(diào)節(jié)因素，螺母多用分體設(shè)計，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但螺母體可用結(jié)構(gòu)鋼，工藝相對簡單。,思考題：,,P187:7,思考題,