滾珠絲桿介紹

1、第一章、認(rèn)識滾珠絲杠第一節(jié)、滾珠絲杠的分類3第二節(jié)、滾珠絲杠的組成5第三節(jié)、滾珠絲杠鋼球的循環(huán)方式8第四節(jié)、滾珠絲杠的安裝方式10第五節(jié)、滾珠絲杠的特點(diǎn)13第二章、滾珠絲杠的基本參數(shù)第一節(jié)、滾珠絲杠的主要尺寸參數(shù)14第二節(jié)、滾珠絲杠計(jì)算中的基本參數(shù)15第三章、滾珠絲杠的精度第一節(jié)、滾珠絲杠的導(dǎo)程精度16第二節(jié)、影響滾珠絲杠精度的因素16第四章、滾珠絲杠的選型第一節(jié)、滾珠絲杠的選型流程17第二節(jié)、高速水平搬送裝置的選型例子19第五章滾珠絲杠的維護(hù)1、按鋼球的循環(huán)方式分：彎管式、循環(huán)器式、端蓋式大導(dǎo)程螺母；2、按預(yù)壓方法分類：（1）：定位預(yù)壓方式 a：雙螺母方式 b：變位預(yù)壓方式 （2）：定壓預(yù)壓

2、方式第一節(jié)、滾珠絲杠的分類彎管式循環(huán)器式彎管式端蓋式第一節(jié)、滾珠絲杠的分類循環(huán)器式滾珠絲：迷宮式密封圈、循環(huán)器、絲杠軸、螺母、鋼球等。第二節(jié)、滾珠絲杠的組成端蓋式：端蓋、螺母、絲杠軸、鋼球等；第二節(jié)、滾珠絲杠的組成彎管式：迷宮式密封圈、彎管、壓板、絲杠軸、螺母、鋼球等；第二節(jié)、滾珠絲杠的組成第三節(jié)、滾珠絲杠鋼球的循環(huán)方式第三節(jié)、滾珠絲杠鋼球的循環(huán)方式1、絲杠軸安裝方式：a)固定自由；b)固定支撐；c)固定固定；2、螺母旋轉(zhuǎn)式滾珠絲杠 絲杠軸安裝方式：固定固定； 第四節(jié)、滾珠絲杠的安裝方式固定自由固定支撐固定固定旋轉(zhuǎn)螺母式：固定自由1.摩擦系數(shù)小，驅(qū)動扭矩小，效率高；2.能保證高精度；3.能微量

3、進(jìn)給；4.沒有無效行程、高剛性；5.能高速進(jìn)給，6.發(fā)熱量小。第五節(jié)、滾珠絲杠的特點(diǎn)1.公稱直徑(do)：指滾珠絲杠與螺紋滾道在理論角接觸狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑2.基本導(dǎo)程（ph）：指滾珠螺母相對于滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)一周時(shí)的行程。3.行程：轉(zhuǎn)動滾珠絲杠或螺母時(shí)，滾珠絲杠或滾珠螺母的軸向位移。第一節(jié)、滾珠絲杠的主要尺寸參數(shù)滾珠絲杠的額定壽命是指，一批相同的滾珠絲杠在相同的條件下分別運(yùn)行時(shí)，其中90%不產(chǎn)生表面剝落（金屬表面的鱗狀片剝落）所能達(dá)到的總轉(zhuǎn)數(shù)。滾珠絲杠的工作壽命是指，從開始運(yùn)轉(zhuǎn)到在滾動面和鋼球的任何一方，由于材料的滾動疲勞而產(chǎn)生的最初的表面剝落出現(xiàn)時(shí)為止，滾珠絲杠所旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)；第二節(jié)、

4、滾珠絲杠計(jì)算中的基本參數(shù)1、容許軸向載荷a)絲杠軸的挫曲載荷（P1）；b)絲杠軸的容許拉伸壓縮負(fù)荷（P2）；2、容許轉(zhuǎn)速a)絲杠軸的危險(xiǎn)速度（N1）；b)DN值(N2)；3、靜態(tài)安全系數(shù)（fs）4、滾珠絲杠的壽命a)額定壽命（總轉(zhuǎn)數(shù)L）b)工作時(shí)間壽命（Lh）c)運(yùn)行距離壽命（Ls）第一節(jié)、滾珠絲杠的導(dǎo)程精度等級 根據(jù)JIS規(guī)格（JIS B 1192-1997）標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲導(dǎo)程精度分為C0、C1、C2、C3、C5、C7、C8、C10共8個等級，最高級為C0級，最低為C10級。(注:滾珠絲杠的導(dǎo)程精度等級C0 C5用直線性及方向性表示精度， C7 C10用螺紋長度300mm累積導(dǎo)程誤差表示其精度。

5、)第二節(jié)、影響定位精度的因素 影響定位精度的主要因素有：導(dǎo)程精度、軸向間隙、進(jìn)給系統(tǒng)的軸向剛度、因發(fā)熱引起的熱變形、因?qū)蛳到y(tǒng)引起的運(yùn)行姿勢的變化等。 其中進(jìn)給系統(tǒng)的軸向剛度包括絲杠軸的軸向剛度、螺母的軸向剛度以及支撐軸承的軸向剛度。第一節(jié)、滾珠絲杠的選型流程開始選擇使用條件滾珠絲杠精度的選擇軸向間隙的選擇精密滾珠絲杠的軸向間隙軋制滾珠絲桿的軸向間隙暫定軸的長度選擇導(dǎo)程選擇軸徑選擇絲杠的安裝方法容許軸向載荷的探討容許轉(zhuǎn)速的選擇選擇型號（螺母類型）容許軸向載荷的計(jì)算工作壽命的探討剛性的探討定位精度的探討旋轉(zhuǎn)扭矩的探討驅(qū)動馬達(dá)的探討安全設(shè)計(jì)、潤滑防塵結(jié)束計(jì)算絲杠軸的剛性計(jì)算螺母的剛性計(jì)算支撐軸的剛

6、性計(jì)算外部負(fù)荷引起的摩擦扭矩計(jì)算由滾珠絲杠的預(yù)壓產(chǎn)生的扭矩計(jì)算加速時(shí)所需要的扭矩例：高速搬送裝置（水平使用）1、選擇條件：工作臺質(zhì)量：m1=60kg 工件質(zhì)量：m2=20kg 行程長度：ls=1000mm 最大速度：Vmax=1m/s加速時(shí)間：t1=0.15s 減速時(shí)間：t2=0.15s每分鐘往返次數(shù)：n=8min-1 無效行程：0.15mm定位精度：0.3mm/1000mm(從單向進(jìn)行定位)反復(fù)定位精度：0.1mm 導(dǎo)向面上的摩擦系數(shù)：u=0.003 最小進(jìn)給量：s=0.02mm/脈沖 希望壽命時(shí)間：3000h 導(dǎo)向面的阻力：f=15N（無負(fù)荷時(shí)）驅(qū)動馬達(dá)：AC伺服馬達(dá)、額定轉(zhuǎn)速：3000m

7、in-1減速機(jī)：無（直接）A=1第二節(jié)、高速水平搬送裝置的選型例子2、選擇項(xiàng)目：a)絲杠軸直徑b)導(dǎo)程c)螺母型號d)精度e)軸向間隙f)絲杠軸支撐方式g)驅(qū)動馬達(dá)3、導(dǎo)程精度與軸向間隙的選擇：1)、導(dǎo)程精度的選擇： 為了得出定位精度0.3mm/1000mm:0 .30 .0 9=1 0 0 03 0 0導(dǎo)程精度必須選擇0.09mm/300mm以上參照B15-20表1，滾珠絲桿的精度等級選擇為：C7（運(yùn)行距離誤差： 0.05mm/300mm）因精度等級C7既有軋制滾珠絲桿，又有精密滾珠絲桿，因此選擇價(jià)格低廉的軋制滾珠絲桿。2)、軸向間隙的選擇：為了滿足0.15mm的無效行程的要求，必須選擇軸向

8、間隙在0.15mm以下的滾珠絲杠。因此，參照B15-27表12選擇軸徑32mm以下的滾珠杠。綜上所述，選擇絲杠直徑在32mm以下、精度等級C7的軋制滾珠絲杠。4、絲杠軸的選擇： 1）、假定絲杠軸的長度 假定螺母全長為100mm，絲杠軸末端長度為100mm。 所以根據(jù)行程長度1000mm決定的全長如下。 1000+200=1200mm 所以絲杠軸長度假定為1200mm。2）、導(dǎo)程的選擇驅(qū)動馬達(dá)的額定的轉(zhuǎn)速3000min-1最高速度1m/s時(shí)，絲杠導(dǎo)程如下。1 1000 60203000mm 因此，必須選擇20mm或以上的導(dǎo)程。 另外，滾珠絲杠和馬達(dá)之間不使用減速器而直接安裝。根據(jù)AC伺服馬達(dá)的標(biāo)

9、準(zhǔn)角度測試儀的分辨率（1000p/rve; 1500p/rve），AC伺服馬達(dá)每轉(zhuǎn)一周的最小分辨率如下：1000p/rev（無倍增）1500p/rev（無倍增）2000p/rev（無倍增）3000p/rev（無倍增）4000p/rev（無倍增）6000p/rev（無倍增） 為了滿足選擇條件中最小進(jìn)給量0.02mm/脈沖，應(yīng)符合如下：導(dǎo)程20mm1000p/rev30mm1500p/rev40mm1500p/rev60mm3000p/rev80mm4000p/rev3）、絲杠直徑的選擇 符合【導(dǎo)程精度與軸向間隙的選擇】部分中所規(guī)定的要求的滾珠絲杠型號：絲杠直徑為32mm以下的軋制滾珠絲杠；【絲杠

10、軸的選擇】部分中所規(guī)定的要求：導(dǎo)程20、30、40、60或80mm（參照B15-35上的表17）如下：絲杠軸直徑 導(dǎo)程15mm 20mm15mm 30mm20mm 20mm20mm 40mm30mm 60mm 根據(jù)【絲杠軸的選擇】，由于絲杠軸長度必須是1200mm，15mm的軸徑太細(xì)。因此應(yīng)選擇直徑在20mm以上的絲杠軸。4）、絲杠軸支撐方法的選擇 因行程是1000mm，最高速度是1m/s屬于高速使用，故絲杠軸的支撐方法可選擇固定支撐或固定固定的方式。 但是，固定固定的方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且部件精度和組裝精度要求很高。因此，在此例中滾珠絲杠的支撐方法選擇固定支撐的方式。5）、容許軸向載荷 (1）

11、最大軸向載荷的計(jì)算工作臺質(zhì)量：m1=60kg 工件質(zhì)量：m2=20kg導(dǎo)向面的阻力：f=15N（無負(fù)荷時(shí)）導(dǎo)向面上的摩擦系數(shù)：u=0.003最大速度：Vmax=1m/s 加速時(shí)間t1=0.15s重力加速度：g=9.807m/s2 由此可知，所需數(shù)值如下:加速度2max16.67/Vm st去路加速時(shí)11212*()()550aFumm gfmmN去路等速時(shí)212*()17aFumm gfN去路減速時(shí)31212*()()516aFumm gfmmN 返程加速時(shí)41212*()()550aFumm gfmmN返程等速時(shí)512*()17aFumm gfN 返程減速時(shí)61212*()()516aFum

12、m gfmmN 作用在滾珠絲杠軸上的最大軸向載荷為：Famax=Fa1=550N因此，使用20mm絲杠直徑，20mm導(dǎo)程（最小溝槽谷徑17.5mm）滿足要求。所以，對于絲杠軸的挫曲載荷和容許壓縮拉伸負(fù)荷的計(jì)算選用20mm的絲杠軸直徑和20mm的導(dǎo)程。(2）絲桿軸的挫曲載荷與安裝方法相關(guān)的系數(shù)考慮挫曲因素，螺母軸承間的安裝方法按固定固定方式。安裝間距 la=1100mm（推算）絲杠軸溝槽谷徑 d1=17.5mm22044441122217.5*102010155001100adPNl滾珠絲杠的容許拉伸壓縮負(fù)荷222111611617.535500PdN最大軸向載荷不得大于計(jì)算所得的挫曲載荷和容許

13、拉伸壓縮負(fù)荷。(6)、容許轉(zhuǎn)速的探討(1)最高轉(zhuǎn)速(a)、絲杠軸直徑：20mm； 導(dǎo)程：20mm 最大速度：Vmax=1m/s；31maxmax60 103000minVNPh(b)、絲杠軸直徑：20mm； 導(dǎo)程：40mm 最大速度：Vmax=1m/s ；31maxmax60 101500minVNPh(c)、絲杠軸直徑：30mm； 導(dǎo)程：60mm 最大速度：Vmax=1m/s；31maxmax60 101000minVNPh(2)由絲桿軸危險(xiǎn)速度所決定的容許轉(zhuǎn)速與安裝方法相關(guān)的系數(shù)（參照B15-40）215.1為考慮危險(xiǎn)速度，螺母軸承間的安裝方法按固定支撐。安裝間距 lb=1100mm（推算

14、）絲杠軸直徑：20mm；導(dǎo)程：20mm和40mm絲杠軸溝槽谷徑：d1=17.5mm7711122217.51015.1102180min1100ddNl絲杠軸直徑：30mm； 導(dǎo)程：60mm；絲杠軸溝槽谷徑：d1=26.4mm7711122226.41015.1103294min1100ddNl(3)由DN值所決定的容許轉(zhuǎn)速絲杠軸直徑：20mm；導(dǎo)程：20mm和40mm（大導(dǎo)程滾珠絲杠）鋼球中心直徑：D=20.75mm1270000700003370 min20.75ND絲杠軸直徑：30mm； 導(dǎo)程：60mm（大導(dǎo)程滾珠絲杠）鋼球中心直徑：D=31.25mm1270000700002240 m

15、in31.25ND綜上所述，當(dāng)滾珠絲杠的絲杠軸直徑為20mm、導(dǎo)程為20mm時(shí)，絲杠軸的最高轉(zhuǎn)速超過了危險(xiǎn)速度。當(dāng)滾珠絲杠的絲杠軸直徑為20mm、導(dǎo)程為40mm或?yàn)?0mm、導(dǎo)程為60mm時(shí)， 能滿足危險(xiǎn)速度和DN值。因此，選擇絲杠軸直徑為20mm、導(dǎo)程為40mm或?yàn)?0mm、導(dǎo)程為60mm的絲杠5、螺母的選擇1）、螺母型號的選擇 使用軋制滾珠絲杠，絲杠直徑20mm、導(dǎo)程40mm及絲杠軸直徑30mm、導(dǎo)程為60mm的絲杠的螺母為大導(dǎo)程軋制滾珠絲杠WTF型，因此可以選擇：WTF2040-2 (Ca=5.4KN、Coa=13.6KN)WTF2040-3 (Ca=6.6KN、Coa=17.2KN)W

16、TF2060-2 (Ca=11.8KN、Coa=30.6KN)WTF2060-3 (Ca=14.5KN、Coa=38.9KN)2）、容許軸向載荷的探討 對基本額定靜載荷（Coa）最小的WTF2040-2型進(jìn)行容許軸向載荷進(jìn)行探討。 假定此型號用于高速搬送裝置以及加速、減速時(shí)作用的沖擊負(fù)荷，參照B15-47表1，靜態(tài)安全系數(shù)（fs）為2.5。13.654402.5oasCK NNf與最大載荷550N相比，得出容許軸向載荷大，因此此型號滿足要求（1）運(yùn)行距離的計(jì)算：最大速度 ：Vmax=1m/s 加速時(shí)間 ： t1=0.15s減速時(shí)間 ： t2=0.15s加速時(shí)的運(yùn)行距離3max11 4*1075

17、2Vtlmm、綜上所述，軸向載荷和運(yùn)行距離的關(guān)系如下表等速時(shí)的運(yùn)行距離3m ax13* ()108502sVttllm m2、 5減速時(shí)的運(yùn)行距離3m ax33*10752Vtlm m、 6動作軸向方向負(fù)荷Fan（N）運(yùn)行距離Ls（mm）去路加速時(shí)55075去路等速時(shí)17850去路減速時(shí)-51675返程加速時(shí)-55075返程等速時(shí)-17850返程減速時(shí)51675（2）軸向平均負(fù)荷正符號方向的軸向平均負(fù)荷因?yàn)樨?fù)荷方向不同，按F345=0N來計(jì)算軸向平均負(fù)荷。333112266311234562 2 5aaamFlFlFlFNllllll負(fù)符號方向的軸向平均負(fù)荷因?yàn)樨?fù)荷方向不同，按F126=0N來

18、計(jì)算軸向平均負(fù)荷。33333445532123456|225aaamFlFlFlFNllllll因Fm1=Fm2,所以軸向平均負(fù)荷為225N。（4）額定壽命負(fù)荷系數(shù) ： fw=1.5(參照B15-48表2)平均負(fù)荷 ：Fm=225N 額定壽命 ：L(rev)36()1 0*wmC aLfF探討的型號動額定載荷Ca(N)額定壽命L(rev)WTE2040-254004.1109WTF2040-366007.47109WTF3060-2118004.271010WTF3060-3145007.931010（5）每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)每分鐘往返次數(shù) n=8min-1行程：ls=1000mm 導(dǎo)程：Ph=40

19、mm12281000400 min40smnlNPh每分鐘往返次數(shù) n=8min-1行程：ls=1000mm 導(dǎo)程：Ph=60mm12281 0 0 02 6 7 m in6 0smnlNP h（6）根據(jù)額定壽命計(jì)算工作時(shí)間WTF2040-2額定壽命：L=4.1109rev 每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)：Nm=400min-11 7 1 0 0 06 0hmLLhNWTF2040-3額定壽命：L=7.47109rev 每分鐘平均轉(zhuǎn)：Nm=400min-13 1 1 0 0 06 0hmLLhNWTF2060-2額定壽命：L=4.271010rev 每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)：Nm=267min-12 6 7 0 0 0

20、 06 0hmLLhNWTF2060-3額定壽命：L=7.931010re 每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)：Nm=267min-14 9 5 0 0 0 06 0hmLLhN（7）根據(jù)額定壽命計(jì)算運(yùn)行距離壽命WTF2040-2額定壽命：L=4.1109rev 導(dǎo)程：Ph=40mm610164000sLLPhkmWTF2040-3額定壽命：L=7.47109rev 導(dǎo)程：Ph=40mm610298800sLLPhkmWTF2060-2額定壽命：L=4.271010rev 導(dǎo)程：Ph=60mm6102562000sLLPhkmWTF2060-3額定壽命：L=7.931010rev 導(dǎo)程：Ph=60mm610475

21、8000sLLPhkm由此可知，能滿足希望壽命時(shí)間3000h，可選擇以下型號：WTF2040-2 WTE2040-3WTF2060-2 WTF2060-36、剛性的探討 選擇條件不包括剛性規(guī)格，且對此沒有特殊要求，在此略。7、定位精度的探討1）、導(dǎo)程精度的探討：在【導(dǎo)程精度與軸向間隙的選擇】中，選擇了精度等級C7。C7（運(yùn)行距離誤差：0.05mm/300mm）2）、軸向間隙的探討：從一個方向定位時(shí)，軸向間隙不影響定位精度，不需探討。WTF2040：軸向間隙：0.1mmWTF3060：軸向間隙：0.14mm3）、軸向剛性的探討：因負(fù)荷方向不發(fā)生變化，所以不需要根據(jù)軸向剛性來探討定位精度。4）、因

22、發(fā)熱而引起的變形探討：假設(shè)在使用中溫度上身5。因溫度變化而引起的定位誤差如下：612105 10000.06ltlmm 5）、運(yùn)行中姿勢變化的探討因滾珠絲桿中心到需要精度的位置相距150mm，所以有必要對運(yùn)行中的姿勢進(jìn)行探討。根據(jù)構(gòu)造假設(shè)垂直公差在10秒以下，因垂直公差而引起的定位誤差為：asin150sin(10 )0.007lmm 由此可知定位精度(P)如下：0.0510000.0070.060.234300P根據(jù)上述在【導(dǎo)程精度與軸向間隙的選擇】和【定位精度的探討】知，能滿足條件的是WTF2040-2、WTE2040-3、WTF2060-2和WTF2060-3型，因此選擇最小型WTF20

23、40-2型。8、旋轉(zhuǎn)扭矩的探討1）、因外部負(fù)荷引起的摩擦扭矩摩擦扭矩如下1*1740*1120*2*20.9aFPhTANm2）、由滾珠絲杠預(yù)壓引起的扭矩對滾珠絲杠沒有施加預(yù)壓。3）、加速時(shí)所需的扭矩 慣性矩每單位長度的絲杠軸慣性扭矩為1.2310-3Kg*cm2/mm(參照尺寸表)，則絲杠軸全長1200mm的慣性力矩如下：321.23 1012001.48sJkg cm26222612423240()()10(6020)()110221.48 1013.39 10 kgsPhJmmAJAm 角加速度：,212215001050/6060 0.15Nmrad st根據(jù)上述，加速時(shí)所需的扭矩如下：,3332()(3.39 101 10 ) 10504.61=4.61 10mmmTJJN mN 因此需要扭矩如下：加速時(shí)：3k121204.