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时间:2020-03-31
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1、3.4滚珠螺旋传动3.4.1工作原理及特点3.4.2结构形式3.4.3尺寸参数、型号及精度3.4.4滚珠丝杠副支承与联接3.4.5滚珠丝杠副的选择与计算本节课内容△1874年美国专利记载有滚珠螺旋传动的螺旋压力机;△1879年德国和1906年英国专利,都介绍过滚珠螺旋传动设计方法;△100年前,我国已有滚珠螺旋传动记载,其结构形式和现在的基本相似,但限于技术原因,未能造出实用的滚珠螺旋副;△1940年美国首先将滚珠螺旋副用于汽车转向机构上;△至1943年,精密滚珠螺旋传动用于航空机械;△滚珠螺旋传动是由滚动轴承演化而来的,在汽车航空工业中最先应用。例如日本的“NSK”、“TSUBAK
2、I”公司,意大利的“SKF”公司,都是有名的轴承制造厂,年产滚珠螺旋副均在万套以上;△英国“Botax”公司,Lucas”航空公司的分厂,美国的“Saglnaw”公司(GM)通用汽车分公司,年产滚珠螺旋副竞达数万之多。发展概况发展目标“高速、高效”成为各厂家追求的目标。●直线电动机用于加工中心,快进给速度达160m/min以上,加速度达4g以上,向滚珠丝杠副提出严峻的挑战。●但直线电动机价格昂贵、控制系统复杂、磁铁吸引金属切屑、强磁对人身危害以及发热等缺点,在近一段时间很难得到普及。●滚珠丝杠副仍是现在高速驱动的最优选择,国外大部分高速加工中心仍使用滚珠丝杠副。●为达到高速驱动目的,
3、提高电动机转速(转速达4000r/min)●使用大导程(导程32mm)滚珠丝杠副,如日本马扎克公司在FF660机床上使用滚珠丝杠副,机床快速移动速度达90m/min,加速度达1.5g。采用引进韩国生产技术由天津海特生产的滚珠丝杠螺母副。大导程滚珠丝杠副在高速驱动时主要问题:噪声、温升、精度。◇噪声产生的主要原因:滚珠在循环回路中的流畅性、滚珠之间的碰撞、滚道的粗糙度、丝杠的弯曲等。◇温升产生的主要原因:由滚珠与丝杠、螺母、反向器之间的摩擦及滚珠之间的摩擦产生的。采取的措施:◇通过合理的工艺流程,提高产品的内在质量;◇选取适当的滚珠丝杠副预紧转矩;◇减小滚珠丝杠副的预紧转矩的变动量,使
4、滚珠丝杠副适应高速驱动的要求。3.4滚珠螺旋传动在“数控加工技术”课程介绍了“滚珠丝杠的结构”,本节重点介绍滚珠螺旋传动的特点、预紧方式、型号和精度等级、滚珠丝杠的支承与联接、丝杠副的选择等。3.4.1特点滚珠丝杠副可以获得精确、高效、灵敏、可靠、耐用的效果,在高温、低温、高压、真空、强磁场、无润滑等工作条件下可实现可逆运动,在机床工业、航空航天、军工产品等各个领域得到广泛应用。特点:(1)传动效率高,达85%~98%;(2)运动平稳,低速时无爬行;(3)传动可逆和不自锁性;(4)预紧后可消除滚珠丝杠副的间隙,提高轴向接触刚度;(5)定位精度和重复定位精度高;(6)同步性好;(7)寿
5、命长,使用可靠、润滑简单、维修方便,但成本高。3.4.2结构形式滚珠螺旋传动的结构形式很多,主要区别在于滚道截面形状,滚珠的循环方式和消除轴向间隙和调整预紧力方法等三方面分类。1、按滚道法向截面形状分螺纹滚道法向截面形状:矩形、单圆弧型面和双圆弧型。矩形型面:易于制造,接触应力高,承载能力低,只用在轴向载荷小、要求不高的传动;单圆弧滚道型面:成形比较简单,而且易于得到较高的加工精度。但接触角α不易控制,它随初始间隙和轴向力大小而变化,因而其传动效率、承载能力和轴向刚度均不稳定;双圆弧滚道型面:接触角α能保持一定,传动效率、承载能力和轴向刚度较稳定,但成形较复杂,难获得较高的精度。单圆
6、弧型要有一定的径向间隙,实际接触角α≈45。双圆弧型的理论接触角α≈38°~45°,实际接触角随径向间隙和载荷而变。2、按滚珠循环方式分按滚珠循环过程中与丝杆表面的接触情况,可分内循环与外循环两种。1)内循环滚珠在循环过程中始终与丝杆表面保持接触。按反向器结构不同,内循环可分为固定式和浮动式。固定式:螺母1上开有侧孔,孔内镶有接通相邻滚道的反向器3,滚珠2从螺纹滚道进入反向器,反向器引导滚珠,越过丝杠4的螺纹外径进入相邻滚道,形成一个循环回路。特点:为圆形带凸键,不能浮动,一个螺母上装有2~4个均匀分布的反向器(2~4列),反向器沿螺母圆周方向均匀分布。浮动式:即反向器为浮动式,槽内
7、拱形片簧,外有弹簧片,弹簧的弹力始终给反向器一个径向推力,使回珠槽内的滚珠始终与丝杆表面保持一定的压力,使槽内滚珠对反向器起到自定心的作用,浮动式反向器可以做到无间隙有预紧,刚度较高,通道流畅,摩擦特性好,制造成本较高。(1)回路短,滚珠的数量少,摩擦损失小,传动效率和传动灵敏度高;(2)螺母径向和轴向尺寸较小,反向器刚性高;(3)工作可靠;(4)精度要求高;(5)反向器加工、装配、调试较困难,吸振性能差,适用于高精度的精密进给和轻载系统。内循环的特点:2
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