广东滚珠丝杠副传动系统.doc

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广动滚珠丝杠副传动系统介绍
    滚珠丝杠螺母副的特点
    滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦、高精度、高效率的机构。滚珠丝杠螺母副其它特点如下：
1. 运动极灵敏，低速时不会出现爬行；
2. 可以完全消除间隙并可预紧，故有较高的轴向刚度，反向定位精度高；
3. 滚珠丝杠螺母副摩擦系数小，无自锁，能实现可逆传动；
4. 滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式一般分外循环和内循环两种，如图7.3所示。

图7.3 滚珠丝杠螺母副

    预紧是指它在过盈的条件下工作，把弹性变形量控制在最小限度。滚珠丝杠多采用双螺母调隙结构。用双螺母加预紧力消除轴向间隙时，必须注意：预紧力不宜过大或过小，要特别减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙。
    双螺母调隙结构分为螺纹式、垫片式和齿差式等，如图7.4所示。

a.螺纹式
b.垫片式

c.齿差式
图7.4 双螺母调隙结构
    滚珠丝杠的主要技术参数
    滚珠丝杠的主要技术参数如图7.5所示。
    1) 名义直径D0
    滚珠丝杠的名义直径D0是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。它是滚珠丝杠螺母副的特征尺寸。名义直径与承载能力有直接关系，D0越大，承载能力和刚度越大。
    2) 基本导程Ph
    导程是丝杠相对于螺母旋转一圈时，螺母上基准点的轴向位移。导程的大小是根据机床的加工精度要求确定的。导程过小势必使滚珠直径变小，滚珠丝杠螺母副的承载能力亦随之减小。
    3) 滚珠直径d0
    一般取d0=0.6Ph
    4) 滚珠的工作圈数j和工作滚珠总数N
    工作圈数j一般取2.5~3.5圈，而工作滚珠总数N以不大于150个为宜。
    5) 列数K
    要求工作圈数较多的场合，可采用双列或多列式螺母的结构形式。

图7.5 滚珠丝杠的主要技术参数
    滚珠丝杠副的标注和精度选择
    滚珠丝杠螺母副按其使用范围及要求分为7个精度等级。1级精度最高，其余依次逐级递减。数控机床和精密机械可选用2、3级精度。
    滚珠丝杠螺母副的设计计算
    1) 额定动载荷和额定静载荷
    额定动载荷是指一批相同参数的滚珠丝杠螺母副，在n>=10r/min的相同工作条件下运转1000000转后，90%的螺旋副(指螺纹滚道和滚动体)不发生疲劳点蚀损伤所能承受的最大轴向载荷，定义为额定动载荷Ca。
    额定静载荷是指把滚珠丝杠副在静态或低转速(n<=10r/min)条件下，受接触应力最大的滚珠和滚道接触面间产生的塑性变形量之和达到滚珠直径0.0001倍时的最大轴向载荷，定义为额定静载荷Ca0。
    2) 滚珠丝杠副疲劳强度计算
    滚珠丝杠应根据其额定动载荷选用。滚珠丝杠的当量动载荷为：
Cm = Fm 3√L (N)
    式中
    Fm---轴向工作载荷(N)，当载荷按单调式规律变化，各种转速使用机会相同时Fm=(2Fmax+Fmin)/3；
    Fmax,Fmin---丝杠最大，最小轴向载荷(N)；
    L---工作寿命，以106转为1单位，L = 60nT/106；
    n---丝杠转速(r/min)；
    T---使用寿命(H)，对数控机床可取 T = 15000h。
    滚珠丝杠的支承
    滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，而径向载荷主要是卧式丝杠的自重。其两端支承的配置情况分为一端固定一端自由、两端固定和一端固定一端浮动，如图7.6所示。

图7.6 滚珠丝杠的支承配置

a)一端固定一端自由 b)两端固定 c)一端固定一端浮动
    a)所示是一端固定一端自由的支承形式。其特点是结构简单，轴向刚度低，适用于短丝杠及垂直布置丝杠，一般用于数控机床的调整环节和升降台式数控铣床的垂直坐标轴。
    b)所示是一端固定一端浮动的支承形式，丝杠轴向刚度与a)形式相同，丝杠受热后有膨胀伸长的余地，需保证螺母与两支承同轴。这种形式的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝杠或卧式丝杠。
    c)所示是两端固定的支承形式，丝杠的轴向刚度约为一端固定形式的4倍，可预拉伸，这样既可对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺都较复杂，适用于长丝杠。
    滚珠丝杠所用轴承为接触角为60度的角接触球轴承和滚针-推力圆柱滚子组合轴承。
    滚珠丝杠螺母副的选择步骤
1. 计算最大的工作载荷；
2. 计算最大动载荷，对于静态或低速运转的滚珠丝杠，还需考虑最大静载荷是否充分地超过了滚珠丝杠的工作载荷；
3. 验算刚度；
4. 压杆稳定性核算。
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