滾珠絲杠副的驗算課件

2023/8/131第四章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)

2023/8/11第四章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)2023/8/132第四章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)4.1概述4.2滾珠絲杠螺母副4.3導(dǎo)軌滑塊副4.4靜壓蝸桿—蝸輪條傳動4.5直線電動機傳動4.6進給傳動系統(tǒng)常見故障診斷及維修2023/8/12第四章數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)4.1概述

為確保數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性等，對機械傳動裝置提出如下要求：

(1)減少摩擦阻力；

(2)減少運動慣量；

(3)高的傳動精度與定位精度；

(4)寬的進給調(diào)速范圍；

(5)無間隙傳動；

(6)響應(yīng)速度要快;(7)穩(wěn)定性好、壽命長;(8)使用維護方便。4.1

概述為確保數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性等2023/8/1344.2滾珠絲杠螺母副

一、滾珠絲杠螺母副概述

滾珠絲杠螺母副（簡稱滾珠絲杠副）是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間傳動元件的絲杠副，是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母(或絲杠)軸向移動。與傳統(tǒng)絲杠相比，滾珠絲杠螺母副具有高傳動精度、高效率、高剛度、可預(yù)緊、運動平穩(wěn)、壽命長、低噪音等優(yōu)點。2023/8/144.2滾珠絲杠螺母副

一、滾珠絲杠螺母副2023/8/135二、滾珠絲杠副的循環(huán)方式

常用的循環(huán)方式有外循環(huán)與內(nèi)循環(huán)兩種。（1）外循環(huán)滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)。（2）內(nèi)循環(huán)滾珠在循環(huán)過程中，始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)

2023/8/15二、滾珠絲杠副的循環(huán)方式2023/8/136三、滾珠絲杠副的預(yù)緊

滾珠絲杠副預(yù)緊的目的是為了消除絲杠與螺母之間的間隙和施加預(yù)緊力，以保證滾珠絲杠反向傳動精度和軸向剛度。

在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中使用的滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊方法有修磨墊片厚度、鎖緊雙螺母消隙、齒差式調(diào)整方法等。廣泛采用的是雙螺母結(jié)構(gòu)消隙。2023/8/16三、滾珠絲杠副的預(yù)緊2023/8/137（1）修磨墊片消隙式通過調(diào)整墊片厚度使左右兩螺母產(chǎn)生軸向位移，即可消除絲杠螺母間的間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力。（2）鎖緊雙螺母消隙式用兩個鎖緊螺母調(diào)整絲杠螺母的預(yù)緊量。

2023/8/172023/8/138（3）齒差消隙式在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與緊固在螺母座兩端的內(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為和，并相差一個齒。調(diào)整時，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個螺母相對于螺母座同方向轉(zhuǎn)動一個齒（則螺母1沿軸向移動，螺母2移動），然后插上內(nèi)齒輪，再將內(nèi)齒輪緊固，則兩個螺母便產(chǎn)生相對軸向位移，位移量為（為絲杠導(dǎo)程）。

2023/8/18（3）齒差消隙式2023/8/139四、滾珠絲杠副的應(yīng)用

（一）滾珠絲杠副的支承

常見安裝方式有以下四種情況:(1)固定—自由適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，短軸向絲杠。(2)支承—支承適用于中等轉(zhuǎn)速，中精度。(3)固定—支承適用于中等轉(zhuǎn)速、高精度。(4)固定—固定適用于高轉(zhuǎn)速、高精度。

2023/8/19四、滾珠絲杠副的應(yīng)用2023/8/1310（二）滾珠絲杠副的選擇方法

選用要點：應(yīng)該根據(jù)機床的精度要求來選用滾珠絲杠副的精度，根據(jù)機床的載荷來選定絲杠的直徑，并且要驗算絲杠扭轉(zhuǎn)剛度、壓曲剛度、臨界轉(zhuǎn)速與工作壽命等。精度等級的選擇：滾珠絲杠副的精度將直接影響數(shù)控機床各坐標(biāo)軸的定位精度。普通精度的數(shù)控機床，一般可選用D級，精密級數(shù)控機床選用C級精度的滾珠絲杠副。

2023/8/110（二）滾珠絲杠副的選擇方法2023/8/1311（三）滾珠絲杠副的驗算（1）剛度驗算剛度驗算就是校驗絲杠在額定軸向(扭轉(zhuǎn))載荷作用下，執(zhí)行件的失動量。（2）臨界轉(zhuǎn)速驗算應(yīng)校核絲杠軸的轉(zhuǎn)速與絲杠自身的自振頻率是否接近，如果很接近，會導(dǎo)致強迫共振，影響機床正常工作。應(yīng)根據(jù)有關(guān)計算公式進行的校核。（3）壽命驗算滾珠絲杠副的壽命，主要是指疲勞壽命。

2023/8/111（三）滾珠絲杠副的驗算2023/8/1312（四）制動裝置目前常見的有機械式和電氣式兩種。電氣方式制動是采用電磁制動器，而且這種制動器就做在電機內(nèi)部。

FANUC公司伺服電機帶制動器的示意圖。機床工作時，在制動器線圈7電磁力的作用下，使齒輪8與內(nèi)齒輪9脫開，彈簧受壓縮，當(dāng)停機或停電時，電磁鐵失電，在彈簧恢復(fù)力作用下，齒輪8、9嚙合，齒輪9與電機端蓋為一體，故與電機軸聯(lián)接的絲杠得到制動，這種電磁制動器裝在電機殼內(nèi)，與電機形成一體化的結(jié)構(gòu)。2023/8/112（四）制動裝置2023/8/1313（五）滾珠絲杠副的潤滑及防護裝置

潤滑方式主要有以下兩種：潤滑脂、潤滑油。潤滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的1/3，某些生產(chǎn)廠家在裝配時螺母內(nèi)部已加注潤滑脂。而潤滑油的給油量隨行程、潤滑油的種類、使用條件等的不同而不同。

2023/8/113（五）滾珠絲杠副的潤滑及防護裝置2023/8/1314五、滾珠絲杠副的發(fā)展趨勢

高速加工用的進給滾珠絲杠要采取改進措施，如加大絲杠的導(dǎo)程和增加螺紋的頭數(shù)，前者為提高絲杠每轉(zhuǎn)的進給量(即進給速度)，后者則為彌補絲杠導(dǎo)程增大后所帶來的軸向剛度和承載能力的下降;將實心絲杠改為空心的;改進回珠器和滾道的設(shè)計制造質(zhì)量，使?jié)L珠的循環(huán)更流暢，摩擦損耗更少;采用滾珠絲杠固定等.

2023/8/114五、滾珠絲杠副的發(fā)展趨勢2023/8/1315一、數(shù)控機床對導(dǎo)軌滑塊副的要求(1)導(dǎo)向精度高(2)耐磨性好(3)剛度大(4)良好的磨擦特性

4.3導(dǎo)軌滑塊副2023/8/115一、數(shù)控機床對導(dǎo)軌滑塊副的要求4.32023/8/1316二、導(dǎo)軌副的分類

導(dǎo)軌副按接觸面的摩擦性質(zhì)可以分為滑動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。(1)滑動導(dǎo)軌特點:摩擦特性好、耐磨性好、運動平穩(wěn)、工藝性好、速度較低.

滑動導(dǎo)軌分為金屬對金屬的一般類型的導(dǎo)軌和金屬對塑料的塑料導(dǎo)軌兩類。2023/8/116二、導(dǎo)軌副的分類2023/8/13172、靜壓導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌指壓力油通過節(jié)流器進入兩相對運動的導(dǎo)軌面，所形成的油膜使兩導(dǎo)軌面分開，保證導(dǎo)軌面在液體摩擦狀態(tài)下工作。3、滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小、運動輕便、位移精度和定位精度高、耐磨性好、抗震性較差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、防護要求較高。

2023/8/1172、靜壓導(dǎo)軌2023/8/1318三、滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)

(1)滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)滾動直線導(dǎo)軌副為四方向等載荷帶球保持器型滾動直線導(dǎo)軌，是較常見的一種導(dǎo)軌副。圖中1是支承導(dǎo)軌，上面裝有滑塊8，在滑塊8中裝有4組滾珠，在支承導(dǎo)軌和滑塊間的直線滾道內(nèi)滾動。當(dāng)滾珠3滾動到滑塊的端面時，經(jīng)擋板6由回珠孔返回另一端，從而循環(huán)工作。其中4為保持架，2為側(cè)面密封墊。密封墊5是用來防止灰塵進入導(dǎo)軌。9為潤滑油嘴，可從此注入潤滑油。滾珠3之間用保持器7分開，滾珠之間不發(fā)生碰撞，降低了導(dǎo)軌副中在運動中產(chǎn)生的噪音，稱之為低噪音型滾動直線導(dǎo)軌。2023/8/118三、滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)2023/8/1319四、滾動導(dǎo)軌的載荷、壽命計算（一）載荷計算滾動導(dǎo)軌所承受的載荷，受到很多因素的影響，如配置形式（水平、垂直或斜置等）、移動的重心和受力點的位置、移動導(dǎo)軌牽引力的作用點、起動及停止時的慣性力，以及切削阻力作用等。2023/8/119四、滾動導(dǎo)軌的載荷、壽命計算2023/8/1320（二）壽命計算滾動直線導(dǎo)軌副的壽命計算公式為：L—額定壽命（km）C—額定動載荷F—工作載荷—硬度系數(shù)

—溫度系數(shù)—接觸系數(shù)

—精度系數(shù)—載荷系數(shù)2023/8/120（二）壽命計算L—額定壽命（km）C2023/8/1321

滾動導(dǎo)軌塊壽命計算的公式為：如果壽命以h計算，式中——行程長度（m）

——每分鐘往復(fù)次數(shù)如已選定滾動導(dǎo)軌的型號，即已知C，可據(jù)此計算預(yù)期壽命；如給定預(yù)期壽命，可由Lh計算L，再計算額定動載荷C，據(jù)此選定導(dǎo)軌的型號。2023/8/121滾動導(dǎo)軌塊壽命計算的公式為：2023/8/1322五、滾動導(dǎo)軌的安裝、預(yù)緊滾動直線導(dǎo)軌副的安裝固定方式主要有螺栓固定、壓板固定、定位銷固定和斜楔塊固定。在實際使用中，通常是兩根導(dǎo)軌成隊使用，其中一條為基準(zhǔn)導(dǎo)軌，通過對基準(zhǔn)導(dǎo)軌的正確安裝，以保證運動部件相對于支承元件的正確導(dǎo)向。預(yù)緊是為了提高滾動導(dǎo)軌的剛度。預(yù)緊可提高接觸剛度和消除間隙；在立式導(dǎo)軌上，預(yù)緊可防止?jié)L動體脫落和歪斜。常見的預(yù)緊方式有采用過盈配合和調(diào)整法兩種。2023/8/122五、滾動導(dǎo)軌的安裝、預(yù)緊2023/8/1323一、傳動原理

靜壓蝸桿—蝸輪齒條是一種精密傳動副，用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€位移。4.4靜壓蝸桿—蝸輪條傳動2023/8/1234.4靜壓蝸桿—蝸輪條傳動2023/8/1324

流體靜壓蝸桿蝸輪齒條機構(gòu)是在蝸桿和蝸輪齒條的嚙合面間注入一層高剛度的吸振油膜使兩嚙合面間成為液體摩擦。這層油膜不但從根本上解決了傳動副的磨損問題，而且減小了傳動件的制造誤差對傳動精度的影響，從而起到平均誤差的作用。流體靜壓蝸桿蝸輪齒條的工作原理圖中油腔開在蝸輪上，用毛細管節(jié)流的定壓供油方式給該機構(gòu)提供壓力油。從液壓泵輸出的壓力油，經(jīng)過蝸桿螺紋內(nèi)的毛細管節(jié)流器，分別進入蝸桿—蝸輪齒條的兩側(cè)面油腔內(nèi)，然后經(jīng)過嚙合面之間的間隙，再進入齒頂與齒根的間隙，壓力降為零，流回油箱。

2023/8/124流體靜壓蝸桿蝸輪齒條機構(gòu)是在2023/8/1325二、傳動方案蝸桿—蝸輪齒條機構(gòu)常用的傳動方案有以下兩種：（1）蝸桿箱固定，蝸輪齒條固定在運動件上。這種傳動方案用于龍門式銑床的移動工作臺進給驅(qū)動機構(gòu)中。（2）蝸輪齒條固定，蝸桿箱固定在運動件上。這樣行程長度可大大超過運動部件的長度。這種方案常用于橋式鏜銑床橋架進給驅(qū)動機構(gòu)中。

2023/8/125二、傳動方案2023/8/1326

直線電動機可以分為步進直線電動機、直流直線電動機和交流直線電動機三大類。在機床上主要使用交流直線電動機。在勵磁方式上，交流直線電動機可以分為永磁(同步)式和感應(yīng)(異步)式兩種。

4.5直線電動機傳動2023/8/1264.5直線電動機傳動2023/8/1327一、直線電動機的工作原理

直線電動機的工作原理與旋轉(zhuǎn)電動機沒有本質(zhì)區(qū)別，可將其視為旋轉(zhuǎn)電動機沿圓周方向拉伸展平的產(chǎn)物，對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動機的定子部分，稱為直線電動機的初級；對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電動機的轉(zhuǎn)子部分，稱為直線電動機的次級。當(dāng)多相交變電流通過多相對稱繞組時，就會在直線電動機初級和次級之間的氣隙中產(chǎn)生一個行波磁場，從而使初級和次級之間相對移動。當(dāng)然，二者之間也存在下一個垂直力，可以是吸引力，也可以是推斥力。

2023/8/127一、直線電動機的工作原理2023/8/1328二、直線電動機的特點

1、優(yōu)點（1）高速響應(yīng)（2）精度（3）動剛度高（4）速度快、加減速過程短（5）行程長度不受限制（6）運動噪音低（7）效率高2023/8/128二、直線電動機的特點2023/8/13292、缺點(1)效率低、功耗大、結(jié)構(gòu)尺寸和自重相對較大;(2)無機械連接或嚙合，不具自鎖能力，設(shè)計和使用中應(yīng)注意考慮外加制動措施,特別是在垂直軸進給系統(tǒng)應(yīng)用中；(3)對運動載荷較敏感，所以當(dāng)負荷變化大時，需要重新整定系統(tǒng);(4)磁鐵(或線圈)對電動機部件的吸力很大，因此應(yīng)注意選擇導(dǎo)軌和設(shè)計滑架結(jié)構(gòu)，并注意解決磁鐵吸引金屬顆粒的問題；(5)工作過程溫升高，要求強冷卻。

2023/8/1292、缺點2023/8/1330

例舉了絲杠、導(dǎo)軌在使用過程中常見的的故障、故障原因及維修方法。4.6進給傳動系統(tǒng)常見故障診斷及維修2023/8/1304.6進給傳動系統(tǒng)常見故障診斷及維修2023/8/1331滾珠絲杠螺母副2023/8/131滾珠絲杠螺母副2023/8/1332

外循環(huán)回流方式內(nèi)循環(huán)回流方式

2023/8/132外循環(huán)回流方式2023/8/1333螺母墊片絲杠FmFm伸張預(yù)緊墊片結(jié)構(gòu)消隙

2023/8/133螺母墊片絲杠FmFm伸張預(yù)緊墊片結(jié)構(gòu)消隙2023/8緊雙螺母消隙式1、7-螺母2-返向器3-滾珠4-絲杠5-墊圈6-圓螺母2023/8/1341234567鎖緊雙螺母消隙式2023/8/1335螺母1螺母2螺母座內(nèi)齒圈齒差調(diào)隙式2023/8/135螺母1螺母2螺母座內(nèi)齒圈齒差調(diào)隙式2023/8/1336危險轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）固定危險軸向載荷（容許軸向載荷）自由2023/8/136危險轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）固定危險軸向載荷（容2023/8/1337支承危險轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）危險軸向載荷（容許軸向載荷）支承2023/8/137支承危險轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）危險軸向載荷（容2023/8/1338

支承危險轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）危險軸向載荷（容許軸向載荷）固定2023/8/138支承危險轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）危險軸向載荷（容2023/8/1339危險轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）危險軸向載荷（容許軸向載荷）固定（d）固定2023/8/139危險轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）危險軸向載荷（容許軸2023/8/1340滾珠絲杠的電氣制動圖1-旋轉(zhuǎn)變壓器2-測速發(fā)電機轉(zhuǎn)子3-測速發(fā)電機定子4-電刷5-永久磁鐵6-伺服電機轉(zhuǎn)子7-電磁線圈8-外齒輪9-內(nèi)齒輪2023/8/140滾珠絲杠的電氣制動圖2023/8/1341滑動導(dǎo)軌2023/8/141滑動導(dǎo)軌2023/8/1342滾動導(dǎo)軌2023/8/142滾動導(dǎo)軌2023/8/134312578945°45°45°45°6直線滾動導(dǎo)軌保持器2023/845°45°45°6直2023/8/1344滾動直線導(dǎo)軌副的安裝固定方式螺釘固定定位銷固定工作臺工作臺工作臺工作臺床體床體床體床體壓板固定楔形塊定位2023/8/144滾動直線導(dǎo)軌副的安裝固定方式螺釘固定定2023/8/1345蝸桿-蝸輪齒條傳動機構(gòu)1-蝸輪2-蝸桿齒條2023/8/145蝸桿-蝸輪齒條傳動機構(gòu)2023/8/1346蝸桿-渦輪齒條工作原理1-油箱2-濾油器3-液壓泵4-電動機5-溢流閥6-粗濾油器7-精濾油器8-壓力表9-壓力繼電器10-節(jié)流器2023/8/146蝸桿-渦輪齒條工作原理2023/8/1347進給運動蝸桿箱固定式1-蝸輪齒條2-聯(lián)軸器3-進給箱4-電動機5-蝸桿2023/8/147進給運動蝸桿箱固定式2023/8/1348進給運動蝸桿箱移動式1-蝸桿2-渦輪齒條3-進給箱4-電動機5-蝸桿箱6-變速齒輪2023/8/148進給運動蝸桿箱移動式2023/8/1349次級初級

旋轉(zhuǎn)電機展平為直線電機的過程（a）旋轉(zhuǎn)電機（b）直線電機2023/8/149次級初級旋轉(zhuǎn)電機展平為直線電機2023/8/1350故障現(xiàn)象故

障

原

因維

修

方

法滾珠絲杠副噪聲絲杠支承軸承的壓蓋壓合情況不好調(diào)整軸承壓蓋，使其壓緊軸承端面絲杠支承軸承可能破裂如軸承破損，更換新軸承電動機與絲杠聯(lián)軸器松動擰緊聯(lián)軸器，鎖緊螺釘絲杠潤滑不良改善潤滑條件，使?jié)櫥土砍渥銤L珠絲杠副滾珠有破損更換新滾珠滾珠絲杠運動不靈活軸向預(yù)加載荷過大調(diào)整軸向間隙和預(yù)加載荷絲杠與導(dǎo)軌不平行調(diào)整絲杠支座位置，使絲杠與導(dǎo)軌平行螺母軸線