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1、直线运动机构直线运动机构第四章第四章一、丝杠螺母机构一、丝杠螺母机构丝杠螺母机构又称丝杠螺母机构又称螺旋传动机构螺旋传动机构，它主要用来将旋转运动变，它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递力传递力为为主的（千斤顶），有以主的（千斤顶），有以传递运动传递运动为主的（进给丝杠），还有为主的（进给丝杠），还有调整零件之间相对位置调整零件之间相对位置的（螺旋测微器）。的（螺旋测微器）。分分类类传力螺旋 （传递动力 ）传导螺旋 （传递运动 ）调整螺旋 （调整位置 ）1)1)传力单螺旋传动机构：螺传力单螺旋传动机构：螺母与机架固联
2、，螺杆回转母与机架固联，螺杆回转并作直线运动并作直线运动. .l要求：要求： 高的强度和自锁性；高的强度和自锁性；2)2)传导单螺旋传动机构：螺杆相对于机架转动，螺传导单螺旋传动机构：螺杆相对于机架转动，螺母相对机架作移动母相对机架作移动l用于传递运动；l要求：要求：高的精度和效率；l实例：实例：l车床中的丝杠杆l 虎钳等。车床丝杆 调整螺旋用于调整并固定零件或部件之间的相对位置，一般不经常转动，要求自锁，有时也要求很高精度 收音机的调整螺旋收音机的调整螺旋二、滚珠丝杠副传动部件二、滚珠丝杠副传动部件1、滚珠丝杠副的组成及特点、滚珠丝杠副的组成及特点 （1）组成）组成u摩擦性质为滚动摩擦。摩擦
3、性质为滚动摩擦。u滚动螺旋传动是在具滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用填若干滚动体（多用钢球），当传动工作钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。道滚动并形成循环。螺母螺母滚珠滚珠丝杠丝杠螺旋槽螺旋槽螺旋槽螺旋槽回路管道回路管道滚珠丝杠螺母副的组成：滚珠丝杠螺母副的组成： 带螺纹槽的丝杠带螺纹槽的丝杠 带螺纹槽的螺母带螺纹槽的螺母 滚珠滚珠 反向器反向器（2）特点）特点优点：优点：1）传动效率高（）传动效率高（ 0.9)2）轴向刚度高）轴向刚度高3）运动平稳，传动精度高）运动平稳，传动精度
4、高4）磨损小，寿命长）磨损小，寿命长缺点：缺点：不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造不自锁，需附加自锁装置，抗振性差，结构复杂，制造工艺要求高，成本较高。工艺要求高，成本较高。 v应用应用: :汽车转向机构、数控机床等要求高效率、高汽车转向机构、数控机床等要求高效率、高精度的机械传动中。精度的机械传动中。2、滚珠丝杠副的典型结构类型、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）螺纹滚道型面的形状及主要尺寸 双圆弧型双圆弧型单圆弧型单圆弧型主要尺寸：主要尺寸：理想接触角理想接触角 =450R=1.04rbe=sin (R-rb)单圆弧型单圆弧型特点：接触角随轴向载荷的
5、变化而变化特点：接触角随轴向载荷的变化而变化双圆弧型双圆弧型特点：特点： 角基本保持不变，加工成本高角基本保持不变，加工成本高 （2）滚珠的循环方式）滚珠的循环方式v内循环内循环v外循环外循环1）内循环）内循环滚珠在循环的过程中始终没有脱离丝杠。滚珠在循环的过程中始终没有脱离丝杠。丝杠丝杠螺母螺母滚珠滚珠反向器反向器这种结构是在螺母体上轴这种结构是在螺母体上轴向相隔向相隔25圈或圈或35圈螺纹圈螺纹处钻两个孔与螺旋槽相切，处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。再作为滚珠的进口与出口。再用弧形铜管插入进口和出口用弧形铜管插入进口和出口内，形成滚珠返回通道，由内，形成滚珠返回通道，由弯管的
6、端部来引导滚珠；这弯管的端部来引导滚珠；这种弯管由两半合成，采用冲种弯管由两半合成，采用冲压件，工艺性好。外循环方压件，工艺性好。外循环方式制造工艺简单、应用广泛，式制造工艺简单、应用广泛，但螺母径向尺寸较大，因用但螺母径向尺寸较大，因用弯管端部作挡珠器，故刚性弯管端部作挡珠器，故刚性差、易磨损，噪音较大。差、易磨损，噪音较大。浮动式反向器的循环浮动式反向器的循环丝杠丝杠螺母螺母滚珠滚珠反向器反向器特点：特点：滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；螺母的径向尺寸小，螺母的径向尺寸小， 加工困难，装配调整加工困难，装配调整不易；不易；适用于高速、高灵敏度、高刚度的精
7、密进适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。给系统。2）外循环）外循环滚珠在循环过程中脱离过丝杠滚珠在循环过程中脱离过丝杠螺母螺母滚珠滚珠丝杠丝杠螺旋槽螺旋槽螺旋槽螺旋槽回路管道回路管道特点：特点：滚珠循环回路长，流畅性差，效率低；滚珠循环回路长，流畅性差，效率低；l工艺简单，工艺简单，螺母的径向尺寸大，螺母的径向尺寸大，易于制造；易于制造；l挡珠器刚性差，易磨损。挡珠器刚性差，易磨损。 螺旋槽式螺旋槽式 插管式插管式插管插管 端盖式端盖式特点：特点： 应用较少，常以单螺母形式用作升应用较少，常以单螺母形式用作升降传动机构。降传动机构。盖板盖板螺母螺母3、滚珠丝杠副的主要尺寸参数、滚珠丝杠
8、副的主要尺寸参数公称直径公称直径丝杠大径丝杠大径丝杠小径丝杠小径滚珠直径滚珠直径螺母小径螺母小径螺母大径螺母大径（1）公称直径）公称直径do 指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包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络滚珠球心的圆柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。它与承载能力直接有关，常用范围为征尺寸。它与承载能力直接有关，常用范围为3080 mm，一般大于丝杠长度的，一般大于丝杠长度的1/35/30。（2）基本导程）基本导程Ph 定义：定义： 丝杠相对螺母旋转丝杠相对螺母旋转2弧度弧度时，螺母上基准点的轴向位移时，螺母上基准点的轴向位移; 导程小导程小精
9、度高精度高承载能力小承载能力小导程的大小要根据机床加工精度的要求确定，精度高时，导程小一导程的大小要根据机床加工精度的要求确定，精度高时，导程小一些；精度低时，导程大些。但导程取小后，滚珠直径将取小，使滚些；精度低时，导程大些。但导程取小后，滚珠直径将取小，使滚珠丝杠副的承载能力下降；若滚珠直径不变，导程取小后，螺旋升珠丝杠副的承载能力下降；若滚珠直径不变，导程取小后，螺旋升角也小，传动效率将下降。因此，一般地，导程数值的确定原则是：角也小，传动效率将下降。因此，一般地，导程数值的确定原则是：在满足加工精度的条件下尽可能取得大一些。在满足加工精度的条件下尽可能取得大一些。（3）行程）行程 丝杠
10、相对螺母旋转任意弧度时，螺母上基丝杠相对螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。准点的轴向位移。 （4）滚珠直径）滚珠直径 db滚珠直径大，则承载能力也大。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应根据轴承厂提供的尺寸选用（5）滚珠个数）滚珠个数N N过多，流通不畅，易产生阻过多，流通不畅，易产生阻塞；塞； N过少，承载能力小，滚珠自过少，承载能力小，滚珠自载加距磨损和变形载加距磨损和变形一般取：一般取：NQ 注意：注意： 当丝杠转速当丝杠转速n10r/min时，时，以最大静载荷以最大静载荷Q0为设计依据。为设计依据。2）传动效率的验算）传动效率的验算3）刚度验算）刚度验算刚
11、度的验算主要是确定丝杠的变形量刚度的验算主要是确定丝杠的变形量丝杠的变形量包括：丝杠的变形量包括： 丝杠的拉伸或压缩变形量丝杠的拉伸或压缩变形量 1 滚珠与螺纹滚道间接触变形滚珠与螺纹滚道间接触变形 2 支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形 3 滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变化量化量 4 螺母座及轴承支座的变形螺母座及轴承支座的变形 5因此因此: 滚珠丝杠副刚度的验算，主滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算要是验算 1 、 2 、 3之和不应大之和不应大于机床精度要求允许变形量的一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
12、半，否则，应考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。的滚珠丝杠副。 在实际设计中，由于预紧的作用，可在实际设计中，由于预紧的作用，可将原机床的刚度提高将原机床的刚度提高4倍。因此只要倍。因此只要 1 + 2 + 3=机床精度要求机床精度要求即可认为该丝杠刚度合格。即可认为该丝杠刚度合格。4）稳定性验算）稳定性验算 对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条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。有没有产生纵向弯曲（失稳）的危险。产生失稳的临界负载产生失稳的临界负载PK可用下式计算：可用下式计算：式中：式中：丝杠的支承方式
13、丝杠的支承方式支承方式支承方式fz双推双推-双推双推4单推单推-单推单推1双推双推-简支简支2双推双推-自由式自由式0.25临界负载临界负载PK与最大工作负载与最大工作负载Pm之比称为稳之比称为稳定性安全系数定性安全系数nk。 nK-许用稳定性安全系数许用稳定性安全系数 一般取：一般取：nk=2.54已知一数控机床上丝杠螺母副上的最大工作载荷为已知一数控机床上丝杠螺母副上的最大工作载荷为2670N，丝杠的转速为丝杠的转速为1500rpm,丝杠硬度丝杠硬度HRC=60，传动系统的定位，传动系统的定位精度为精度为0.015mm。试确定适合该机床的滚珠丝杠螺母副型号。试确定适合该机床的滚珠丝杠螺母副型号。作用于作用于丝丝杠上的最大杠上的最大动载动载荷荷为为： 假设：各型号的滚珠丝杆副的公称直径相同假设：各型号的滚珠丝杆副的公称直径相同170.010. 63.5130.91310046G200.021.63.5 100.93295105F3000.010. 97 90.94374788E450. 0213 80.89300004D240. 0713.5 80.95310004C560. 072.43.5 80.93280564B300. 0713.5 80.92310006A4321稳定性稳定性刚度刚度(um)效率效率检验检验最大动载荷最大动载荷(N.m)基本导程基本导程(mm)型号型号
