滚珠丝杠运动原理

滚珠丝杠的结构和原理

文章来源：济宁欧特精密机械有限公司 访问商铺 添加人：ljwgdmy 添加时间：2009-7-6

滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。 滚珠丝杠的结构：

滚珠丝杠副的结构传统分为内循环结构(以圆形反向器和椭圆形反向器为代表)和外循环结构(以插管为代表)两种。这两种结构也是最常用的结构。这两种结构性能没有本质区别，只是内循环结构安装连接尺寸小；外循环结构安装连接尺寸大。目前，滚珠丝杠副的结构已有10多种，但比较常用的主要有：内循环结构；外循环结构；端盖结构；盖板结构。 滚珠丝杠原理：

1、按照国标GB/T17587.3-1998及应用实例，滚珠丝杠（目前已基本取代梯形丝杆，已俗称丝杆）是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确等

2、当滚珠丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。 滚珠丝杠的特点：

1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3

滚珠丝杆的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效

滚珠丝杠的结构和原理

文章来源：济宁欧特精密机械有限公司 访问商铺 添加人：ljwgdmy 添加时间：2009-7-6

滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。 滚珠丝杠的结构：

滚珠丝杠副的结构传统分为内循环结构(以圆形反向器和椭圆形反向器为代表)和外循环结构(以插管为代表)两种。这两种结构也是最常用的结构。这两种结构性能没有本质区别，只是内循环结构安装连接尺寸小；外循环结构安装连接尺寸大。目前，滚珠丝杠副的结构已有10多种，但比较常用的主要有：内循环结构；外循环结构；端盖结构；盖板结构。 滚珠丝杠原理：

1、按照国标GB/T17587.3-1998及应用实例，滚珠丝杠（目前已基本取代梯形丝杆，已俗称丝杆）是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确等

2、当滚珠丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。 滚珠丝杠的特点：

1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3

滚珠丝杆的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效

1 丝杠许用轴向负载计算

P α E d L I n 取决于丝杠安装方法的系数 支撑-支撑 固定-支撑 固定-固定 固定-自由 公式(1.2)带入(1.1)得

n??3E4P?d 264Ln?2EI P??L2(1.1)

N N/mm2 (MPa) mm mm mm4 (1.2)

丝杠许用轴向负载 安全系数 杨氏模量 丝杠轴底径 安装距离 丝杠轴截面最小惯性矩 0.5 2.08*105 I??64d4

n=1 n=2 n=4 n=1/4 (1.3)

2 丝杠许用转速

N β g γ A λ 取决于丝杠安装方法的系数 支撑-支撑 固定-支撑 固定-固定

60?2N??2?L2丝杠许用转速 安全系数 重力加速度 丝杠材料比重(单位体积材料产生重力) EIg ?A 0.8 9.8*103 r/min mm/s2 N/mm3 (2.1)

???·g?7800*10?9kg/mm3*9.8N/kg

丝杠最小截面积 mm2 (2.2)

λ=π λ=3.927 λ=4.730 A??2d 4

固定-自由 公式推导如下： λ=1.875 2E*1000?20.8*602.08*105*103?27?d?d?102d 2?

滚珠丝杠和螺纹丝杠的区别：

1、从作用上，两者相同。2、从效果上，滚珠丝杠用于精密传动，效率高，传动灵活，精度保持性好；滑动丝杠精度差，效率低，发热大（长时间用时需冷却），寿命短。3、从应用上，滚珠丝杠多用于数控机床、定位工作台等需要精密定位传动的场合，多配合伺服马达或步进马达使用；滑动丝杠一般仅用于传递力、无较高定位要求且不长时间连续使用的场合。

滚珠丝杠副的选型和计算涉及刚度、定位精度、压杆稳定性等多项指标。滚珠丝杠设计计算是一个较复杂的过程，具体计算可以参照南京传动技术研究所网站查询，里面有个“滚珠丝杠副选型计算”模块，可以根据输入的初始条件计算选型典型规格，并校核包括滚珠丝杠精度，压杆稳定性，Dn值、精度等所有校验指标。（南京传动技术研究所网站：

滚珠丝杠用于精密机床，如加工中心。滑动丝杆用于传递力，如虎钳。

选型：滚珠丝杠的选型要注重的主要参数如下:

1---公称直径。即丝杠的外径，常见规格有8、12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120，不过请留意，这些规格中，各厂家一般只备12~50的货，也就是说，其他直径大部分都是期货（见单生产，货期大约在30~60天之间，日系产品大约是2~2.5

（四）滚珠丝杠选择 1、滚珠丝杠工作长度计算

l?l工作台?l行程?l余量

丝杠工作长度：lX?100?320?20?440mm 丝杠工作载荷：FX?500N

丝杠的工况均为：刷鞋机每天开机6小时；每年300个工作日；工作8年以上。 丝杠材料：CrWMn钢；滚道硬度为58~62HRC；丝杠传动精度为?0.04mm。

平均转速n=125r/min（n?v工作台?10000.5?1000??125r/min）

p42、计算载荷FC求解

FC?KFKHKAFm?1.1?1.0?1.0?500N?550N

查《机电一体化设计基础》表2-6；2-7；2-8的KF?1.1；KH?1.0；KA?1.0，查表2-4取C级精度。

表2-6 载荷系数

载荷性质 无冲击平稳运转 一般运转 有冲击和振动运转 KF 1~1.2 1.2~1.5 1.5~2.5 表2-7 硬度系数

滚道实际硬度 ≥58 55 50 45 40 KH 1.0 1.11 1.56 2.4 3.85 表2-8 精度系数

精度等级 C、D E、F G H

KA

1.0 1.1 1.25 1.43 ?计算 3、额定动载荷计算Ca??6?300?8?14400寿命

滚珠丝杠加工工艺的改进 （作者单位：华菱超硬刀具研发部）

滚珠丝杠从工艺角度认为冷轧滚珠丝杠和磨削滚珠丝杠两大类。冷轧滚珠丝杠因其工艺自动化程度高等特征，非常适合批量生产，而且从技术角度讲，产品的一致性比磨削滚珠丝杠要高，目前P4级以下滚珠丝杠多采用冷轧工艺，而且从环保角度来讲，冷轧滚珠丝杠更有优势。

国外冷轧滚珠丝杠（欧美常称作“滚压丝杠”）的加工工艺比较简单，大多采用批量转制滚压而成，然后根据需要做成不too那个长度的滚珠丝杠。滚珠丝杠螺纹的压制工艺国内外大多相同，后期的单个冷轧滚珠丝杠的加工工艺略有差别。欧美大多采用轴端硬车加工工艺，工艺简单，效率高；国内目前仍多为轴端退火后再车削轴承座的传统工艺，两种加工工艺的优劣无论从使用效果还是生产制造成本来讲，均不言而喻。大余量加工淬火钢滚珠丝杠加工工艺更有柔性，便于生产统筹安排，取代了退火工序和二次淬火加工工艺；加工出来的产品除了外观精致之外，轴端部位也减少了因多次热处理导致的滚珠丝杠性能不稳定缺陷。

众所周知，早期，硬切削加工工艺一般是指对淬火钢硬料的精加工，对于滚珠丝杠轴承座部位加工余量大时，因为没有可大余量切削淬硬料的刀具而受限制，随着切削技术的进步，非金属粘合剂HLCBN刀具 BN-S

滚珠丝杠副参数计算与选用

1、计算步骤

2、确定滚珠丝杠导程Ph

根据工作台最高移动速度Vmax , 电机最高转速nmax, 传动比等确定Ph。按下式计算，取较大圆整值。

Ph=(电机与滚珠丝杠副直联时，i=1)

3、滚珠丝杠副载荷及转速计算

这里的载荷及转速，是指滚珠丝杠的当量载荷Fm与当量转速nm。滚珠丝杠副在n1、n2、n3······nn转速下，各转速工作时间占总时间的百分比t1%、t2%、t3%······tn%，所受载荷分别是F1、F2、F3······Fn。

当负荷与转速接近正比变化时，各种转速使用机会均等，可按下列公式计算：

(nmax: 最大转速，nmin: 最小转速，Fmax: 最大载荷（切削时），Fmin: 最小载荷（空载时） 4、确定预期额定动载荷

①按滚珠丝杠副预期工作时间Ln（小时）计算：

②按滚珠丝杠副预期运行距离Ls（千米）计算：

③有预加负荷的滚珠丝杠副还需按最大轴向负荷Fmax计算：Cam=feFmax(N) 式中：

Ln-预期工作时间（小时，见表5) Ls-预期运行距离(km),一般取250km。

fa-精度系数。根据初定的精度等级（见表6)选。

fc-可靠性系数。一般情况fc=1。在重要场合，要求一组同

Δ3

一、进给传动部件的计算和选型

进给传动部件的计算和选型主要包括:确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、计算减速器、选择步进电机等。

1、脉冲当量的确定

根据设计任务的要求，X方向的脉冲当量为δx=0.005mm/脉冲，Z方向为δz=0.01mm/脉冲。

2、切削力的计算

切削力的分析和计算过程如下：

设工件材料为碳素结构钢，σb=650Mpa；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角κr=60°，前角γo=10°，刃倾角λs=-5°；切削用量为：背吃刀量ap=3mm，进给量f=0.6mm/r，切削速度vc=105m/min。

查表得：CFc=2795，xFc=1.0，yFc=0.75，nFc=-0.15。 查表得：主偏角κ

r

的修正系数kκrFc=0.94；刃倾角、前角和刀尖圆

弧半径的修正系数均为1.0。

由经验公式（3—2）,算得主切削力Fc=2673.4N。由经验公式Fc：Ff：Fp=1：0.35：0.4，算得进给切削力Ff=935.69N，背向力Fp=1069.36N。

3、滚珠丝杠螺母副的计算和选型 （1） 工作载荷Fm的计算

已知移动部件总重G=1300N；车削力Fc=2673.4N，Fp=1069.36

开题报告

两坐标移动运动平台的设计及其滚珠丝杠副的CAPP

开题报告

班级：机械1006班 学号：2010010175

姓名：聂荣 指导教师： 王科社

一、综述

随着虚拟现实技术发展,多自由度运动平台越来越多地应用于各种运动仿真系统中,并且从军事领域逐渐浸透到民用娱乐领域。常用多自由度运动平台分为并联机构和串联机构,并联机构以其结构简单、刚度大、承载能力和运行精度高等特点,受到了众多研究人员的青睐,广泛应用于虚拟仿真系统中,而对串联机构的研究则较少。

两坐标移动运动平台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控机床的加工系统，纵横向进给，立体仓库中堆垛机的平面移动系统，平面绘图仪的绘图系统等，尽管结构和功能各不相同，但基本原理相同。机电一体化系统是将机械与微电子系统结合而形成的一个有机整体。通过对X-Y工作台即能沿着X向，Y向移动的工作台的机械系统，控制系统及接口电路的设计，阐述了机电一体化系统设计对专业教学的意义及技术关键。

使物体运动时,一般来讲需要将动力产生的运动直接或通过其他机构间接地传达到

滚珠丝杠螺母副的计算和选型分析

Δ3

一、进给传动部件的计算和选型

进给传动部件的计算和选型主要包括:确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、计算减速器、选择步进电机等。

1、脉冲当量的确定

根据设计任务的要求，X方向的脉冲当量为δx=0.005mm/脉冲，Z 方向为δz=0.01mm/脉冲。

2、切削力的计算

切削力的分析和计算过程如下：

设工件材料为碳素结构钢，σb=650Mpa；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角κr=45°，前角γo=10°，刃倾角λs=-0°；切削用量为：背吃刀量a p=1mm，进给量f=0.18mm/r，切削速度vc=90m/min。

查表得：C Fc=270，x Fc=1.0，y Fc=0.75，n Fc=-0.15。

=1.0；刃倾角、前角和刀尖圆弧查表得：主偏角κr的修正系数k

κrFc

半径的修正系数均为1.0。

由经验公式（3—2）,算得主切削力F c=2673.4N。由经验公式F c：F f：

F p=1：0.35：0.4，算得进给切削力F f=935.69N，背向力F p=1069.36N。

3、滚珠丝杠螺母副的计算和选型

（1）工作载荷F m的计算

已知移动部件总重G=1300