滚珠丝杆升降机的介绍

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1、概概述述丝杆升降机， SWL 系列蜗轮丝杠升降机是一种基础起重部件，符合 JB/T88091998（原 JB/ZQ439186）标准。承载能力 2.5120T。具有结 构紧凑、体积小、重量轻、动力源广泛、噪音小、安装方便、使用灵活、功 能多、配套形式多、可靠性高、使用寿命长等优点。本设计是一种新式支撑杆的创造，利用电机来带动丝杠的转动从而实现支撑机构的升降。其中利用正 反螺旋的叠加使用的加大行程的效果，以及螺旋机构的诸多特性来尝试性的设 计创新。当然这其中也多有用到连杆机构，包括四杆及多杆机构的使用。连杆 的作用是相当必要的，连杆的正确使用使升降支撑机构实现了阶梯性的升降。 另外，此次建模是运

2、用 MATLAB 和 Solidworks 联合，此次设计是一个新的尝试， 相信实验成功后能够广泛的应用于工业建筑，医疗科学，航天航空等各个领域， 以得到更好的利用。 第一章第一章 绪论绪论现今社会，支撑系统的应用已是日益广泛。在我们的日常生活领域，支撑 系统已普遍应用。医疗领域，人工假肢以及工业领域的大型机械臂等都是支撑 杆的广泛应用场所。而在航空、航天等领域，支撑机构性能的优劣更是直接关 系到仿真和测试试验的可靠性和置信度,是保证航空、航天型号产品,以及武器系统精度和性能的基础。 因此，创造更好更优秀的支撑机构便是我们的新的目标。为了能在较短的 周期内推出性能更好、更符合客户需求的机械产品

3、,可通过建立仿真软件所支持 的产品模型,实现机械产品方案确立后的快速仿真分析及反馈,及时对设计方案 进行改进和优化。创造更好更优秀的支撑机构便是我们的新的目标。 第二章第二章 螺旋传动的设计螺旋传动的设计2 2. .1 1 螺螺旋旋传传动动的的类类型型、应应用用和和特特点点 2.1.1 螺旋传动的类型和应用 1）传力螺旋：在传动链中用于传递动力的螺旋传动称为传力螺旋。其特点 是承受较大的载荷，传动精度要求较低，有的甚至对相对位移无精度要求， 主要要求是具有足够的强度。如一起底座的调节螺旋或起重螺旋等。 2）示数测量螺旋传动：在传动链中用以精确地传递相对运动或相对位移的 螺旋传动。其特点是传动式

4、只需克服摩擦力矩和较小的附加阻力矩，其传动 误差直接影响仪器的工作精度，因此对示数测量螺旋传动的主要要求是传动 精度高、回差下、运动灵活。常用于机床进给、分度机构和测量仪表中的螺 旋测微机构，如千分尺中的螺旋等。 3）一般螺旋传动：用于精密机械中某些构件的传动或精确定位，对强度、 刚度和精度均有较高的要求。当用于定位时，在定位后则要求螺纹不松动， 故其螺纹升角必须很小，以保证自锁。螺旋传动按其接触面的摩擦性质可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动、静压 螺旋传动，本设计采用的是滑动螺旋传动。 2.1.2 滑动螺旋的特点1）降速传动比大。或，D 为轮直径，即螺杆（或螺母）转lli2lDi动一圈，螺母（

5、或螺杆）移动一个螺距（单头）。一般的螺距都比较小，故 而降速传动比大。例如 t=0.5，D=160，则 i=1005.由于螺旋传动的结构简 单、紧凑，传动比大，实现同样的传动比，与其他传动形式相比较，传动环 节少，故可以大大缩小传动链，因而具有较高的传动精度，且运动灵活、平 稳。 2）具有增力作用。由于传动比大，根据在功率一定的条件下降速增矩的原 则，给主动件一个较小的转矩，从动件便可得到较大的轴向力。 3）能自锁。当螺纹升角小于当量摩擦角时，螺旋传动具有自锁能力。 4）效率低、易磨损、低速存在爬行。由于螺旋工作表面为滑动摩擦，致使 其传动效率低，一般为 30%40%，磨损快，因此不适于告诉大

6、功率传动。 2 2. .2 2 螺螺旋旋机机构构的的主主要要参参数数选选择择与与计计算算 2.2.1 传动形式的选择 本设计采用正反螺旋形式，双螺母配螺杆的结构，即一螺母固定，螺杆 转动并移动，另一螺母移动但不转动来实现加大行程的移动效果。 2.2.2 普通螺纹的主要几何参数 1）大径 d(D):与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体的直径。 2）小径 d1(D1):与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径 3）中径 d2(D2):一假想的圆柱体，该圆柱体的母线通过牙型中线的直径，称 作用中经。这个假想的螺纹在规定旋和长度内，具有基本牙型的螺距、半角以及牙型高度，并在牙底和牙顶留有

7、间隙，以保证不与实际螺纹的大、小径 发生干涉。 4）底径：与内螺纹或外螺纹底相重合的假想圆柱体的直径，即外螺纹的小 径或内螺纹的大径。 5）螺距 t:响铃牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 6）导程 s:同一螺旋线上相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离， s=nt,n 为螺纹头数 7）牙形角 2:在螺纹牙形上，相邻两牙侧面间的家教。 8）螺纹升角 :在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角， 。22tandnt ds 9）螺纹旋和长度L :两个相互配合的螺纹沿轴向相互旋和部分的长度。c10）螺纹的公称直径 :代表螺纹尺寸的直径称公称直径，标准规定按螺纹大 径的基本尺寸记。 2.2

8、.3 螺旋传动的计算 在螺旋传动镇南关，螺杆所承受的载荷主要是转矩和轴向拉力（或压力） 。这些力邀引起螺杆螺母工作表面的磨损、螺杆的变形及螺母牙的断裂；同 时当螺杆长径比较大时，由于受压发生纵向弯曲以致造成失稳。因此，滑动 螺旋传动的设计计算通常包括耐磨性、刚度、稳定性及强度等4 个方面。 根据需要有时还要进行摩擦力矩、效率及自锁等其他方面的计算。 1）耐磨性计算 磨损是滑动螺旋传动的主要是小形式，因此螺杆的直径和螺母轴向长度 （或高度）通常是根据耐磨进行计算的。 影响螺纹磨损的因素很多，如载荷大小、表面粗糙度、螺杆牙面硬度、 润滑以及速度大小等。磨损的速度与螺纹工作表面的比压大小有直接关系。

9、 为保证螺纹的耐磨性和使用寿命，必须限制螺纹工作表面的比压，使其值小 于或等于许用比压，即 phHdtF hndFpaa22式中 p螺纹工作表面计算平均比压； p许用比压；轴向载荷；aF螺纹中径；2dh螺纹工作高度，对于梯形和矩形螺纹h=0.5t,对于三角螺纹h=0.5413t;n螺纹工作圈数，H 为螺母高度， t 为螺距。tHn 令，则有2dH phtFda 2式中， 值可根据罗怒形式确定，对于整体式螺母=1.22.5，对于部 分式螺母 =2.53.5.2）刚度计算螺杆在轴向载荷和转矩 T 的作用下将产生变形，引起螺aF距变化，从而影响螺旋传动精度。因此，设计时应进行刚度计算，以便把螺 距的

10、变化限制在允许的范围内。螺杆受轴向载荷时，1 个螺距的变化量。aF tFEAtFaFt式中，t螺距；E螺杆材料拉压弹性模量，对于钢 E=2.15MPa；A螺杆螺纹截面面积，对梯形螺纹按螺纹中径计算，即，42 2dA螺杆受拉时上式取 “+”号，受压时取 “”号。 螺杆受扭矩 T 时，螺杆在 1 个螺距长度上产生的扭转角为GJTt由此而引起的一个螺距的变化量为TGJTttT222 式中，G螺杆材料的剪切弹性模量对于钢MPa;4100 . 8G螺杆螺纹的极惯性矩，对于梯形螺纹按螺纹中径计算，即J2d。324 2dJ 当 T 逆螺旋方向作用时上式取 “+”号，顺螺旋方向作用时取 “”号。 螺杆在轴向载

11、荷和转矩同时作用下，一个螺距总的变化量为GJTt EAtFaTFtT22 2.2.4 稳定性计算 对于受压且具有较大柔度的螺杆（例如t/d810），在工作时螺杆可能 由于失稳而产生侧向挠曲，此时应对螺杆进行稳定性的校验，根据欧拉公式 有max22aackFLEJF式中，螺杆失稳时的临界轴向载荷；acF螺杆的最大轴向载荷；maxaFk安全系数，一般 k=2.54；E螺杆材料的拉压弹性模量，对钢；MPaE51015. 2J螺杆截面的惯性矩，对于梯形螺纹应按中径计算；2d螺杆的工作长度，一般取螺杆支承点间的距离；l长度系数，与螺杆支承情况有关。为了计算方便，将上式改写为max24 2 aackFld

12、mF式中，m螺杆支承系数，2264Em 如不满足上述天剑，应增大知道满足为止。2d必须指出：上述压杆稳定公式仅适用于螺杆的应力不超过其材料的许用应力 时，否则将是受压破换而不是失稳问题。 2.2.5 强度计算1）螺杆强度计算。螺杆在轴向载荷（拉伸或压缩）和转矩 T 的作用下aF产生正应力和切应力。螺杆的强度可按第四强度理论进行验算其计算公式为 23 122 12 . 034 dT dFa式中，螺杆上的应力；螺杆材料的许用应力； 螺杆螺纹内径；1d螺杆承受的轴向载荷；aFT螺杆传递的转矩，一般为摩擦力矩FT2）螺纹强度计算。螺纹强度包括螺杆螺纹强度和螺母螺纹强度，由于螺杆 的材料强度通常比螺母材

13、料强度高，故只需对螺母螺纹强度进行计算。设载荷作用在aF滚珠丝杠 类型 常用的循环方式有两种：外循环和内循环。滚珠在循环过程中有时与丝 杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称为内循环。滚珠每一个循环闭路称为列，每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝 杠副的每个螺母有 2 列、3 列、4 列、5 列等几种，每列只有一圈；外循环 每列有 1.5 圈、2.5 圈和 3.5 圈等几种。 1） 外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的螺旋槽 或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。如图2-3 所示，外循环滚珠丝杠螺 母副按滚珠循环时的返回方式主要有端盖式、插管式和螺旋槽式。 图

14、 2-3 常用外循环方式 (a)端盖式；（b）插管式；（ c）螺旋槽式如图 2-3（a） 所示是端盖式，在螺母上加工一纵向孔，作为滚珠的回程通道，螺母两端的 盖板上开有滚珠的回程口，滚珠由此进入回程管，形成循环。如图2- 3（b）所示为插管式，它用弯管作为返回管道，这种结构工艺性好，但是由 于管道突出螺母体外，径向尺寸较大。如图2-3（c）所示为螺旋槽式，它 是在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹滚道相切，形成返 回通道，这种结构比插管式结构径向尺寸小，但制造较复杂。外循环滚珠丝 杠外循环结构和制造工艺简单，使用广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平 滑，影响滚珠滚道的平稳性。 2）

15、内循环：如图 2-4 所示为内循环滚珠丝杠。内循环均采用反向 器实现滚珠循环，反向器有两种类型。如图2-4（a）所示为圆柱凸键反向 器，它的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽2。反向槽靠圆柱外圆面及 其上端的圆键 1 定位，以保证对准螺纹滚道方向。如图2-4（b）所示为扁 圆镶块反向器，反向器为一般圆头平键镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端 部开有反向槽 3，用镶块的外轮廓定位。两种反向器比较，后者尺寸较小， 从而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。但这种反向器的外轮廓和螺 母上的切槽尺寸精度要求较高。 图为端盖式循环，仅供参考。 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

16、丝杠轴与丝杠螺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