絲杠螺母傳動機構(gòu)

1、絲杠螺母機構(gòu)乂稱螺旋傳動機構(gòu)。它主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動或?qū)⒅?線運動變換為旋轉(zhuǎn)運動。有以傳遞能量為主的(如螺旋壓力機、千斤頂?shù)?；也有 以傳遞運動為主的如機床工作臺的進給絲杠)；還有調(diào)整零件之問相對位置的螺 旋傳動機構(gòu)等。絲杠螺母機構(gòu)有滑動摩擦機構(gòu)和滾動摩擦機構(gòu)之分。滑動絲杠螺母機構(gòu)結(jié)構(gòu) 簡單，加工方便，制造成本低，具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動效率低 (30(30 % %4040 %)。滾珠絲杠螺母機構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高，不能自鎖，但 其最大優(yōu)點是摩擦阻力矩小、傳動效率高(92(92 % %9898 %),%),精度高，系統(tǒng)剛度好， 運動具有可逆性，使用壽命長，因此在機

2、電一體化系統(tǒng)中得到大量廣泛應用。 本 節(jié)主要介紹滾珠絲杠螺母機構(gòu)。1 1 .工作原理如圖 2 2 1 1 所示，絲杠 4 4 和螺母 1 1 的螺紋滾道問置有滾珠 2,2, 當絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠 2 2 沿螺紋滾道滾動，則絲杠與螺母之間相對運動時 產(chǎn)生滾動摩擦，為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺母的螺旋槽兩端設有回程引導裝 置 3 3 , ,如圖 2 2 lala 所示的反向器和圖 2 2 1b1b 所示的擋珠器，它們與螺紋滾道形 成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)。 24浪殊絲tr副in母3圓程引辱轅直此向器)4一攻ti2 2 .傳動形式根據(jù)絲杠和螺母相對運動的組合情況，其基本傳動形式有如圖2

3、 22 2 所示的四種類型。(1)(1) 螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動并移動如圖 2 2 2a2a 所示，該傳動形式因螺母本身起 著支承作用，消除了絲杠軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動， 結(jié)構(gòu)較簡單，可獲得較 高的傳動精度。但其軸向尺寸不宜太長，否則剛性較差。因此只適用丁行程較小 的場合。(2)(2) 絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動如圖 2-2b2-2b 所示，該傳動形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動， 故需導向裝置。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，絲杠剛性較好。適用丁工作行程較大的場合。e)d基本作動影式(3)(3) 螺母轉(zhuǎn)動、絲杠移動如圖 2_2c2_2c 所示，該傳動形式需要限制螺母移動和 絲杠的轉(zhuǎn)動，由丁結(jié)構(gòu)較復雜且占用軸向空間較大，故應

4、用較少。(4)(4)絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動如圖 2 2 2d2d 所示，該傳動方式結(jié)構(gòu)簡單、緊 湊，但在多數(shù)情況下使用極不方便，故很少應用。此外，還有差動傳動方式，其傳動原理如圖2_32_3 所示。該方式的絲杠上有基本導程(或螺距)不同的(如 L01L01、L02)L02)兩段螺紋，其旋向相同。當絲杠 2 2 轉(zhuǎn)動 時，可動螺母 1 1 的移動距離 s=n(L01-L02)(ns=n(L01-L02)(n為絲杠轉(zhuǎn)速)，如果兩基本導程的大小相差較少，則可獲得較小的位移 soso 因此，這種傳動方式多用丁各種微動 機構(gòu)中。圖7 3菱動傳劫寐理2sn3.3.結(jié)構(gòu)類型(1)(1)螺紋滾道截面形狀我國

5、生產(chǎn)的滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧型和雙圓弧型，如圖 2 24 4 所示。滾道型面與滾珠接觸點的法線同絲杠軸向的垂線間的火角 a a 稱為接觸角， 股為 4545。單圓弧型的螺紋滾道的接觸角隨軸向載荷大小的變化而變化，這主要由軸向載荷所引起的接觸變形的大小而定。a a 大時，傳動效率、軸向剛度以及承載能力也隨之增大。由丁單圓弧型滾道加工用砂輪成形較簡單，故容易得到較高的加工精度。單圓弧型面的滾道圓弧半徑R R 應稍大丁滾珠1)b.2 4螺帷通道型面半徑 rbrb弱皿塞迎：睥踞雙圓弧滾道其接觸角 a a 在工作過程中基本保持不變，故效率、承載能力和軸向剛度比較穩(wěn)定。滾道底部與滾珠不接觸，其空隙可

6、存儲一定的潤滑油和臟物， 以減小摩擦和磨損。但磨削滾道砂輪修正、加工和檢驗都比較困難。滾道的半徑 R R 與滾珠半徑 rbrb 的比值對承載能力有很大的影響，我國采用 R R/rb/rb 為 1 1 . . 0404 和 1 1 1111 兩種。(2)(2) 滾珠的循環(huán)方式1 1）內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸，如圖 2 2 1a1a 所示。在螺母 1 1 的側(cè)面孔內(nèi)裝有接通相鄰滾道的反向器 3,3,利用反向器 引導滾珠 2 2越過絲杠 4 4 的螺旋頂部進入相鄰滾道，形成一個循環(huán)回路。一般在 同一螺母上裝有 2 24 4 個滾珠用反向器，并沿螺母圓周均勻分布。內(nèi)循

7、環(huán)方式的 優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短，流暢性好，效率高，螺母的徑向尺寸也較小。其缺點 是反向器加工困難，裝配、調(diào)試也不方便。浮動式反向器的內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副如圖 2 25 5 所示。其結(jié)構(gòu)特點是反向 器 1 1與滾珠螺母上的安裝孔有 O.O. 01010.0. 015mm015mm 的配合間隙，反向器弧面上 加工有圓弧槽，槽內(nèi)安裝拱形片簧 4,4,外有彈簧套 2,2,借助拱形片簧的彈力，始 終給反向器一個徑向推力，使位丁回珠圓弧槽內(nèi)的滾珠與絲杠 3 3 表面保持一定的壓力，從而使槽內(nèi)滾珠代替了定位鍵而對反向器起到自定位作用。這種反向器的優(yōu)點是：在高頻浮動中達到回珠圓弧槽進出口的自動對接，通道流暢

8、，摩擦特性較好，更適用丁高速、高靈敏度、高剛性的精密進給系統(tǒng)。2 2）外循環(huán)。滾珠在循環(huán)返向時，有一段脫離絲杠螺旋滾道，在螺母體內(nèi)或體 外作循環(huán)運動。按結(jié)構(gòu)形式可分為螺旋槽式、插管式和端蓋式三種。29if幼式反血器的內(nèi)博瑋諾珠地杠螺的副1-反侗雄一禪黃套 4 一割搟片,1螺旋槽式。如圖 2 2 6 6 所示，在螺母 2 2 的外圓柱表面上銖出螺旋凹槽，槽 的兩端鉆出兩個通孔與螺旋滾遭相切，螺旋滾道內(nèi)裝入兩個擋珠器 4 4 引導滾珠 3 3 通過這兩個孔，同時用套筒 1 1 蓋住凹槽，構(gòu)成滾珠的循環(huán)回路。這種結(jié)構(gòu)的特點是工藝簡單，徑向尺寸小，易丁制造，但是擋珠器剛性差，易磨損。2插管式。如圖 2

9、_72_7 所示，用一彎管 l l 代替螺旋凹槽，彎管的兩端插入與螺紋滾道 5 5 相切的兩個內(nèi)孔，用彎管的端部引導滾珠 4 4 進入彎管，構(gòu)成滾珠的 循環(huán)回路，再用壓板 2 2 和螺釘將彎管固定。插管式結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，但是 徑向尺寸較大，彎管端部用作擋珠器比較容易磨損。3端蓋式。如圖 2 2 8 8 所示，在螺母 1 1 上鉆出縱向孔作為滾子回程滾道，螺母兩端裝有兩塊扇形蓋板或套筒 2 2 , ,滾珠的回程道口就在蓋板上。滾道半徑為滾 珠直徑的 1 1 . . 4 41 1 . . 6 6 倍。這種方式結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易準確制作而影 響其性能，故應習較少。常以

10、單螺母形式用做升降傳動機構(gòu)。4 4 .主要尺寸參數(shù)如圖 2 29 9 所示，滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)有：公稱直徑 d0d0 : :指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡滾珠球心的凰柱 直徑，它是滾珠絲杠副的特征尺寸I-SRf2- 的JSit一攔驥卷 5拓圖7捆管式外，彝結(jié)構(gòu)1-W1 2BS4-Ma 3-Sil基本導程 LOLO（或螺距 t t）: :指絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn) 2 2 兀弧度時，螺母上基準點的軸向 位移。行程 1 1：指絲杠相對丁螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時，螺母上基準點的軸向位移。此外還有絲杠螺紋大徑 didi 絲杠螺紋小徑 didi、滾珠直徑 dbdb 螺母螺紋大徑 D D、 螺母螺紋小徑

11、D1D1、絲杠螺紋全長 1s1s 等?；緦С痰拇笮鶕?jù)機電一體化系統(tǒng)的精度要求確定。精度要求高時應選取較小的基本導程。滾珠的工作圈（或列）數(shù)和工作滾珠的數(shù)量 IVIV 由試驗可知：第一、第二和第三圈（或列）分別承受軸向載荷的 50%50%、30%30%和 20%20%左右。 因此，工作圈（或列）數(shù)一般取 2.2. 5 5（或 2 2）3.3. 5 5（或 3 3）。滾珠總數(shù) IVIV 一股不超 過 15150 0個。5 5.軸向間隙的調(diào)整與預緊滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴格要求，以保證其反向傳動精度。滾珠絲杠副的軸向間隙是承載時在滾珠與滾道型面接觸點的

12、彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。 通常采用雙 螺母預緊的方法，把彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以減小或消除軸向間隙，并可 以提高滾珠絲杠副的剛度。目前制造的單螺母式滾珠絲杠副的軸向間隙達 O.O. 05mm05mm ,而雙螺母式經(jīng)7S靖萱式外循環(huán)B92 9主要尺寸參數(shù)加預緊力調(diào)整后基本上能消除軸向間隙。 應用該方法消除軸向問隙時應注意以下兩點:1)1) 預緊力大小必須合適，禁忌過小或過大。過小不能保證無隙傳動，過大將使驅(qū)動力矩增大，效率降低，壽命縮短。預緊力禁忌超過最大軸向負載的l/3l/3。2)2) 要特別注意減小絲杠安裝部分和驅(qū)動部分的間隙， 這些間隙用預緊的方法 是無法消除的

13、，而它對傳動精度有直接影響。常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式有三種：(1)(1)墊片調(diào)隙式如圖 2 2 一 1O1O 所示，用螺釘連接滾珠絲杠兩個螺母的凸緣， 并在凸緣問加墊片。調(diào)整墊片的厚度使螺母產(chǎn)生微量的軸向位移，以達到消除軸 向間隙和產(chǎn)生預緊力的目的。該形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，應用廣泛，但不很準確，并且當滾道磨損時不能隨意調(diào)整，除非更換墊圈。故適用丁一般精度的傳動機構(gòu)。(2)(2)螺紋調(diào)隙式 如圖 2 2 1111 所示，圖A10畢片讖甄式濕球絲虹皿雙螺母中的一個外端有凸緣；一個外端無凸緣但制有螺紋，它伸出套筒外，用兩 個圓螺母固定鎖緊，并用鍵來防止兩螺母相對轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)圓螺母

14、可調(diào)整消除間隙 并產(chǎn)生預緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。該種形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方 便，缺點是不很精確。(3)(3) 齒差調(diào)隙式 如圖 2 2 1212 所示，在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪(齒數(shù)為 z1z1、z2z2 , ,且 z2z2 一 x1=1)x1=1)分別與內(nèi)齒圈嚙合，內(nèi)齒圈用螺釘或定位銷 固定在套筒上。調(diào)整時，先取下兩端的內(nèi)齒圈，使兩螺母廣生相對角位移，相應 地產(chǎn)生軸向的相對位移，從而使兩螺母中的滾珠分別緊貼在螺旋滾道的兩個相反 的側(cè)面上，然后將內(nèi)齒圈復位固定，故而達到消除間隙，產(chǎn)生預緊力的目的。當 兩個螺母按同方向轉(zhuǎn)過一個齒時，所產(chǎn)生的相對軸向位移為式中，P P 為導程

15、。若：x1=99x1=99 , , z2=100z2=100 , , P=6mmP=6mm，則 zs=0.6zs=0.6 叩度很高， 工作可靠，但結(jié)構(gòu)復雜，加工和裝配工藝性能較差。6 6 .支承方式與制動（1 1）支承方式為了保證滾珠絲杠副傳動的剛度和精度， 應選擇合適的支承方式，選用高剛度、小摩擦力矩、高運轉(zhuǎn)精度的軸承，并保證 支承座有足夠的剛度。滾珠絲杠副的支承按其限制絲杠軸的軸向竄動情況，分為三種形式，如表 2 2 1 1 所小。表噩斑能宜期支承支承方式特 點一單后成仃心）F |一1靖費同單&酋杠的輅世辯廈比期靖尚隴低 E 蝮軋的界村譚林牧 flh 設計酎探最慢絲村受一靖固定-舉

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17、動要求，特別是當其處丁垂直傳動時。圖2 2 1313 所示為數(shù)控臥式鐵鯉床主軸箱進給絲杠的制動裝置示意圖。2J3制動蕓宜示意困1一步旗電劫扒13&萱*一聯(lián)1孰成5摩擦事告曷6噩珠就村7主推希當機床工作時，電磁鐵線圈 4 4 通電吸住壓簧 3,3,打開摩擦離合器 5 5。此時步 進電動機 1 1 接受指令脈沖，將旋轉(zhuǎn)運動通過減速齒輪 2 2 傳動、滾珠絲杠 6 6 旋轉(zhuǎn), 轉(zhuǎn)換為主軸箱 7 7 垂直方向的移動。當步進電動機 l l 停止轉(zhuǎn)動時，電磁鐵線圈也同 時斷電，在壓簧 3 3 作用下摩擦離合器 5 5 被壓緊，使?jié)L珠絲杠不能自由轉(zhuǎn)動，則 主軸箱就不會因自重而下滑了。7.7.潤滑和密

18、封（1 1）潤滑 潤滑劑可提高滾珠絲杠副的耐磨性和傳動效率。潤滑劑分為潤滑 油、潤滑脂兩大類。潤滑油為一般機油或 9090180180 號透平油或 140140 號主軸油， 可通過螺母上的油孔將其注入螺紋滾道； 潤滑脂可采用鋰基油脂，它加在螺紋滾 道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)。（2 2）密封滾珠絲杠副在使用時常采用一些密封裝置進行防護，為防止雜質(zhì)和 水進入絲杠（否則會增加摩擦或造成損壞），對丁預計會帶進雜質(zhì)之處按圖 2 2 1414 所示使用波紋管（右側(cè)）或伸縮罩（左側(cè)），以完全蓋住絲杠軸。對丁螺母，應在其 兩端進行密封，如圖 2 2 1515 所示，密封防護材料必須具有防腐蝕和耐油性能。滾珠絲杠螺母副的精度分成 COCO、C1C1、c2c2、C3C3、C5C5、C7C7、C8C8 等 7 7 個等 級，最高精度為 c0c0 級， 最低精度為 c8c8 級。 系統(tǒng)設計時可參考相應的產(chǎn)品說明 書進行標注。 摘自直線運動系統(tǒng)