機械傳動部件的選擇與設計

1、第二節(jié)第二節(jié)常用的機械傳動部件包括：常用的機械傳動部件包括：n螺旋傳動螺旋傳動n 齒輪傳動齒輪傳動n 同步帶傳動同步帶傳動n 高速帶傳動高速帶傳動n 各種非線性傳動等各種非線性傳動等 基本功能基本功能傳動機構傳動機構運動的變換運動的變換動力的變換動力的變換形式形式行程行程方向方向 速度速度 大小大小形式形式絲杠螺母絲杠螺母齒輪齒輪齒輪齒條齒輪齒條鏈輪鏈條鏈輪鏈條帶、帶輪帶、帶輪杠桿機構杠桿機構凸輪機構凸輪機構蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿間歇機構間歇機構 應設計和選擇傳動間隙小、應設計和選擇傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運動精度高、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、傳遞轉矩大的傳動部件。平穩(wěn)、傳遞轉矩大的傳動

2、部件。1、精密化、精密化2、高速化、高速化3、小型化、輕量化、小型化、輕量化1、滾珠絲杠副的組成及特點、滾珠絲杠副的組成及特點 （1）組成）組成螺母螺母滾珠滾珠絲杠絲杠螺旋槽螺旋槽螺旋槽螺旋槽回路管道回路管道 帶螺紋槽的絲杠帶螺紋槽的絲杠 帶螺紋槽的螺母帶螺紋槽的螺母 滾珠滾珠 反向器反向器優(yōu)點：優(yōu)點：1）傳動效率高（）傳動效率高（ 0.9)2）軸向剛度高）軸向剛度高3）運動平穩(wěn)，傳動精度高）運動平穩(wěn)，傳動精度高4）磨損小，壽命長）磨損小，壽命長1）不能自鎖）不能自鎖2）結構復雜）結構復雜（1）螺紋滾道型面的形狀及主要尺寸）螺紋滾道型面的形狀及主要尺寸 雙圓弧型雙圓弧型單圓弧型單圓弧型理想接觸

3、角理想接觸角 =450R=1.04rbe=sin (R-rb)偏偏心心距距滾滾道道圓圓弧弧半半徑徑滾滾珠珠半半徑徑接接觸觸角角 eRrb ，承承載載能能力力，軸軸向向剛剛度度 特點：接觸角隨軸向載荷的變化而變化特點：接觸角隨軸向載荷的變化而變化特點：特點： 角基本保持不變，加工成本高角基本保持不變，加工成本高 v內循環(huán)內循環(huán)v外循環(huán)外循環(huán)滾珠在循環(huán)的過程中始終沒有脫離絲杠。滾珠在循環(huán)的過程中始終沒有脫離絲杠。絲杠絲杠螺母螺母滾珠滾珠反向器反向器浮動式反向器的循環(huán)浮動式反向器的循環(huán)絲杠絲杠螺母螺母滾珠滾珠反向器反向器l滾珠循環(huán)回路短，流暢性好，效率高；滾珠循環(huán)回路短，流暢性好，效率高；l螺母的徑

4、向尺寸小，螺母的徑向尺寸小， 加工困難，裝配調加工困難，裝配調整不易；整不易；l適用于高速、高靈敏度、高剛度的精密適用于高速、高靈敏度、高剛度的精密進給系統。進給系統。滾珠在循環(huán)過程中脫離過絲杠滾珠在循環(huán)過程中脫離過絲杠螺母螺母滾珠滾珠絲杠絲杠螺旋槽螺旋槽螺旋槽螺旋槽回路管道回路管道l滾珠循環(huán)回路長，流暢性差，效率低；滾珠循環(huán)回路長，流暢性差，效率低；l工藝簡單，工藝簡單，螺母的徑向尺寸大，螺母的徑向尺寸大，易于制造；易于制造；l擋珠器剛性差，易磨損。擋珠器剛性差，易磨損。插管插管特點：特點： 應用較少，常以單螺母形式用作升應用較少，常以單螺母形式用作升降傳動機構。降傳動機構。蓋板蓋板螺母螺母

5、公稱直徑公稱直徑絲杠大徑絲杠大徑絲杠小徑絲杠小徑滾珠直徑滾珠直徑螺母小徑螺母小徑螺母大徑螺母大徑 指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡滾珠球心的圓柱直徑，它是滾珠絲時包絡滾珠球心的圓柱直徑，它是滾珠絲杠副的特征尺寸。杠副的特征尺寸。定義：定義： 絲杠相對螺母旋轉絲杠相對螺母旋轉2弧度弧度時，螺母上基準點的軸向位移時，螺母上基準點的軸向位移; 導程小導程小精度高精度高承載能力小承載能力小 絲杠相對螺母旋轉任意弧度絲杠相對螺母旋轉任意弧度時，螺母上基準點的軸向位移。時，螺母上基準點的軸向位移。 hPx360 滾珠直徑大，則承載能力也大。滾珠直徑大，則承載能力也大。

6、應根據軸承廠提供的尺寸選用應根據軸承廠提供的尺寸選用 N過多，流通不暢，易產生過多，流通不暢，易產生阻塞；阻塞； N過少，承載能力小，滾珠過少，承載能力小，滾珠自載加距磨損和變形自載加距磨損和變形一般?。阂话闳。篘150 由于第一、第二、第三由于第一、第二、第三圈（或列）分別承受軸向載荷圈（或列）分別承受軸向載荷的的50%、30%、15%左右，因左右，因此工作圈（或列）數一般取此工作圈（或列）數一般取:j=2.53.5（1）精度等級）精度等級 根據根據GB/T17587.3-1998GB/T17587.3-1998（與（與ISO 3408-3ISO 3408-3：19921992同）標準同）標

7、準：將滾珠絲杠副的精度分成為七個等級：將滾珠絲杠副的精度分成為七個等級1、2、3、4、5、7、10，1級為最高級為最高 按實際使用要求，在每一精度等級內指定了導程精度的按實際使用要求，在每一精度等級內指定了導程精度的驗收檢驗項目，未指定的檢驗項目其導程誤差不得低于下一驗收檢驗項目，未指定的檢驗項目其導程誤差不得低于下一級精度的規(guī)定值。級精度的規(guī)定值。公稱直徑系列（公稱直徑系列（mm） 6、8、10、12、16、20、25、32、40公稱導程系列（公稱導程系列（mm） 1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12.注意：注意： 盡可能優(yōu)先選用公稱導程為盡可能優(yōu)先選用公稱導程為4、5、6、8系列

8、的滾珠絲杠螺母副系列的滾珠絲杠螺母副u數控機床、精密機床和精密儀器等用于開環(huán)和數控機床、精密機床和精密儀器等用于開環(huán)和半閉環(huán)進給系統，根據定位精度和重復定位精半閉環(huán)進給系統，根據定位精度和重復定位精度的要求可選用度的要求可選用1、2、3級；級；u一般傳動可選用一般傳動可選用4、5級；級；u全閉環(huán)系統可選用全閉環(huán)系統可選用2、3、4級。級。預緊目的：預緊目的：提高剛度提高剛度保證反向傳動精度保證反向傳動精度軸向間隙調整的目的：軸向間隙調整的目的：（1）雙螺母螺紋預緊調整）雙螺母螺紋預緊調整法法鎖緊螺母鎖緊螺母 調整螺母調整螺母左螺母左螺母右螺母右螺母特點：特點： 結構簡單，剛性好，預緊可靠，使用

9、中結構簡單，剛性好，預緊可靠，使用中調整方便，但不能精確定量調整調整方便，但不能精確定量調整套筒套筒絲杠絲杠內齒輪內齒輪外齒輪外齒輪可實現定量調整，使用中調整方便；可實現定量調整，使用中調整方便；oLzzzzL2121| 兩邊齒輪同向旋轉一個齒時，螺兩邊齒輪同向旋轉一個齒時，螺母的軸向位移量為：母的軸向位移量為： 結構簡單，剛性高，預緊可靠，結構簡單，剛性高，預緊可靠，但使用中調整不方便但使用中調整不方便 1-1-墊片；墊片； 2-2-螺母螺母 能消除在使用過程中由于磨損或彈性變形產能消除在使用過程中由于磨損或彈性變形產生的間隙，但結構復雜，軸向剛度低生的間隙，但結構復雜，軸向剛度低 ；適用于

10、；適用于輕載場合。輕載場合。結構簡單緊湊，但使用中不能調整，制造困難結構簡單緊湊，但使用中不能調整，制造困難 采用采用推力軸承推力軸承為主的軸承組為主的軸承組合來提高軸向剛度合來提高軸向剛度。 特點：特點： 軸向剛度和承載能力低，多用于輕載、低軸向剛度和承載能力低，多用于輕載、低速的垂直安裝絲杠傳動系統；當絲杠垂直安裝速的垂直安裝絲杠傳動系統；當絲杠垂直安裝時，必須采用制動裝置。時，必須采用制動裝置。（1 1）支承方式）支承方式特點：特點： 預緊力小，軸承壽命較高，預緊力小，軸承壽命較高， 適用于中速、精度較高的長絲杠傳動系統適用于中速、精度較高的長絲杠傳動系統 特點：特點： 軸向剛度較高，預

11、緊力大，壽命低軸向剛度較高，預緊力大，壽命低特點：特點： 適合于高剛度，高速度，高精度的精密絲杠適合于高剛度，高速度，高精度的精密絲杠傳動系統。傳動系統。 簡易單推簡易單推- -單推式支承單推式支承雙推雙推-簡支支承方式簡支支承方式 雙推雙推-自由式支承自由式支承雙推雙推-雙推雙推無無單推單推-單推單推雙推雙推-簡支簡支有有低低高高低低高高雙推雙推-自由自由失穩(wěn)失穩(wěn)承載能力承載能力剛度剛度支承方式支承方式 因滾珠絲杠傳動效率高，無自鎖作用，故在垂直安裝狀因滾珠絲杠傳動效率高，無自鎖作用，故在垂直安裝狀態(tài)，必須設置防止因驅動力中斷而發(fā)生逆?zhèn)鲃拥淖枣i、制動態(tài)，必須設置防止因驅動力中斷而發(fā)生逆?zhèn)鲃拥?/p>

12、自鎖、制動或重力平衡裝置。常用的制動裝置有體積小、重量輕、易于或重力平衡裝置。常用的制動裝置有體積小、重量輕、易于安裝的超越離合器。安裝的超越離合器。超越離合器超越離合器 1-外圈外圈 ； 2-星輪星輪 ； 3-滾柱：滾柱：4-活銷活銷 ； 5-彈簧彈簧電機電機絲杠絲杠主軸主軸摩擦離合器摩擦離合器彈簧彈簧電磁線圈電磁線圈鐵心鐵心（1）密封）密封 1）絲杠的密封）絲杠的密封 折疊套管折疊套管伸縮套管伸縮套管剛帶套管剛帶套管 非非接接觸觸式式：迷迷宮宮式式接接觸觸式式：毛毛粘粘 一般采用脂潤滑或滴油潤一般采用脂潤滑或滴油潤滑，絲杠高速運轉時采用噴霧滑，絲杠高速運轉時采用噴霧潤滑。潤滑。（1）滾珠絲

13、杠副結構的選擇）滾珠絲杠副結構的選擇 根據防塵防護條件以及對調隙及根據防塵防護條件以及對調隙及預緊的要求，選擇適當的結構型式。預緊的要求，選擇適當的結構型式。1）公稱直徑）公稱直徑d0 公稱直徑應根據軸向最大載公稱直徑應根據軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇；荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇； 效效率率承承載載能能力力滾滾珠珠直直徑徑bdd0300絲絲杠杠工工作作長長度度 d 應按承載能力及傳動精度、傳動應按承載能力及傳動精度、傳動速度選??；速度選??； 要求傳動速度快時，可選用較大要求傳動速度快時，可選用較大導程的滾珠絲杠副。導程的滾珠絲杠副。大，大，承載能力大承載能力大小，小，傳動精度高傳動精度

14、高基本導程的選擇原則：基本導程的選擇原則： 在滿足數控機床加工精在滿足數控機床加工精度的條件下，導程應盡可能度的條件下，導程應盡可能取大些取大些. 已知條件：已知條件：最大工作載荷最大工作載荷F（N）或平均工作載荷）或平均工作載荷Fm；使用壽命使用壽命T；絲杠的工作長度（或螺母的有效行程）絲杠的工作長度（或螺母的有效行程）L（m）；）；絲杠的轉速絲杠的轉速n（平均轉速（平均轉速nm或最大轉速或最大轉速nmax）（r/min）；）；滾道硬度滾道硬度HRC和運轉情況。和運轉情況。 計算作用于絲杠軸向最大動計算作用于絲杠軸向最大動載荷載荷Q，然后根據，然后根據Q值選擇絲杠副值選擇絲杠副的型號。的型號

15、。 T-使用壽命時間使用壽命時間（h）p普通機械為普通機械為500010000，p數控機床及其它機電一體化設備及儀器裝置為數控機床及其它機電一體化設備及儀器裝置為15000p航空機械為航空機械為1000)(max3NPffLQWH 61060nTL )(max3NPffLQWH 較較大大沖沖擊擊或或振振動動時時中中等等沖沖擊擊時時平平穩(wěn)穩(wěn)或或輕輕度度沖沖擊擊時時5 . 25 . 15 . 12 . 12 . 10 . 1Wf 454 .25056.15 .5235.15511.1580 .1HRCHRCHRCHRCHRCfH 當絲杠轉速當絲杠轉速n10r/min時，時，以最大靜載荷以最大靜載荷

16、Q0為設計依據。為設計依據。)( tgtg其其摩摩擦擦角角約約等等于于滾滾動動摩摩擦擦系系數數摩摩擦擦角角，滾滾珠珠絲絲杠杠副副的的絲絲杠杠螺螺旋旋長長升升角角10,004. 0003. 0 ftg 時時滿滿足足要要求求當當9 . 0 剛度的驗算主要是確定絲杠的變形量剛度的驗算主要是確定絲杠的變形量 絲杠的拉伸或壓縮變形量絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 滾珠與螺紋滾道間接觸變形滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2 支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 3 滾珠絲杠的扭轉變形引起的導程的變化滾珠絲杠的扭轉變形引起的導程的變化量量 4 螺母座及軸承支座的變形螺母座及軸承支座的變形

17、5 滾珠絲杠副剛度的驗算，主滾珠絲杠副剛度的驗算，主要是驗算要是驗算 1 、 2 、 3之和不應大之和不應大于機床精度要求允許變形量的一于機床精度要求允許變形量的一半，否則，應考慮選用較大直徑半，否則，應考慮選用較大直徑的滾珠絲杠副。的滾珠絲杠副。 1 + 2 + 3=機床精度要求機床精度要求即可認為該絲杠剛度合格。即可認為該絲杠剛度合格。 對已選定尺寸的絲杠在給定的支承對已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負載時，應驗算條件下，承受最大軸向負載時，應驗算其有沒有產生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險。其有沒有產生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險。22lEIfpZK 絲絲杠杠的的支支承承方方式式系系數數

18、）絲絲杠杠兩兩端端支支承承距距離離（絲絲杠杠小小徑徑）截截面面慣慣性性矩矩（）（鋼鋼絲絲杠杠材材料料彈彈性性模模量量，對對 ZfcmlddIcmIcmNEE141426(64/106 .20 式中：式中：絲杠的支承方式絲杠的支承方式支承方式支承方式fz雙推雙推-雙推雙推4單推單推-單推單推1雙推雙推-簡支簡支2雙推雙推-自由式自由式0.25nK-許用穩(wěn)定性安全系數許用穩(wěn)定性安全系數 一般取：一般取：nk=2.54求求時，絲杠滿足穩(wěn)定性要時，絲杠滿足穩(wěn)定性要當當nFFnkmkk 已知一數控機床上絲杠螺母副上的最大工作載荷為已知一數控機床上絲杠螺母副上的最大工作載荷為2670N，絲杠的轉速為絲杠的轉速為1500rpm,絲杠硬度絲杠硬度HRC=60，傳動系統的定位，傳動系統的定位精度為精度為0.015mm。試確定適合該機床的滾珠絲杠螺母副型號。試確定適合該機床的滾珠絲杠螺母副型號。61060nTL 135010150001500606 maxFffLQWH3 ).(mN2950926701113503 作用于絲杠上的最大動載荷為：作用