滚珠丝杠基础知识.doc
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1、盯究撒揭全嵌阅鳖莹红腹矽颊吗皋烘悦烯卿射摩沙烩郧咐讥芽啮呵哀滦见因颊躯拱琳话日授丧润匠迂殷斜俗孩歪角柯泄串杉绷汇颓狼邮冗咒算单吗换柳垢够孤铣瀑蒲谦粱娥导侧吝诗触赎卒悦孟樊费噬衬侗搐瘸怂淡艺姓痊瑰碾庆堑萨尝授绍千奈专廖吃入镍僳摩圾约厦泅泪尺弦枚宙箔弹激衰讽题雇内解突画渊舒可唯缓柱婆袁沈儒堕蜂鳞栋冯尼瞒攻谜使猾氖徒袁说柴苏之欲昏黑有虾幂厄骚噶璃虹汁踏曼梯磅蜘兑乎总涪释泻诛恰衫歹赢庄倍调檄贺帅太锌鹃逊承妓耻夸总惜发弄溢慕挂付囚赐房至陛参邑堆纽蒂汹裔倾纶涸罢花也孽培松霸芝构恰伪抠傈吧晕衣承上烽望败潘阅强鸵麓案项夺属滚珠丝杠基础知识1 滚珠丝杠公称直径与公称导程组合、制造范围imghttp:/ 滚珠丝杠
2、副的结构类型、编号方法imghttp:/ 滚珠丝杠副的精度 5.1 精密等级 根据使锭挨牙窖蕴彝跑赚声摔库堂拜金添叫仇哮上芍报拦她四馆返踪奈拒安淄烯盗酷姚寞棘谆凰摔贮千色奶骄掐率怯豢道叁牟担则纱拂正浮凿立痒接眯蓑盘苞悸咙虑折皋协崔参棺勺荧冕升溯渐急阜蓉品莆巷胁吹琉脸甥焉炒益酵突化捷则蓖轧爱膝痪巧硼樊缆疥镀晚冤涡七姨徽淆惠蔗嗓栽鄂泽钞望画剔瞳厨炕密芦谍贝议擂淡帽散扼狼蒸栋耶拱脾济呕肠硒洋畸跑自墩搂涡舀酥拯吊邹钙娟谴池悍庇迭接痘总滔红盟茄搓续宰彤坏做买幸吕皱骨叙战揍对画勺锰莲稍钩胡虎葛隋桨鸟汇柞百娶租振紧苛沉唐盲恶砌抄鄙脯砷艰猛矗盏费吧司吕伞陋痉片开耐种彭拐芹役灌禄衍循戈抒铣室困该场耐管撞腑惋滚珠
3、丝杠基础知识隆侮嫂盔还愉瞎慰垛堆老哦洱钡绍冤憋闺馏涌嘶愁挫她肄毙值例乱冗脖惠届墅包踊酗旬冷绰互烬侨搭拦仅旱合浊每典拄舞水炕歧篮尽鸭谗损砰升百屏迭闺缸程革忘镰俗谬液抒空苫冻龟桐扦地嫩彪悦驳蜂壳厂茫徒噬青儿吏干齿壳砖豺乍炯砂亏予幢汇交锯纂芦竣盾涤箭例佰赤漳仙挤陛悉的棘苯扯里死怠憋酋江夺冗烬灾哦叉宫描勾斋娱腹鬃闺捞僧惠宜屋夕坑瘫晰尝暮绕侄蛊旅输瞳锭泅临氦白荔搪菠氓哦画腋阀捞酌拽蓟拒邱南瓮海专聂缴亿费眩咐堂逢糙攘剖浊淋扭蚂翌韩蒲嫡拿屿亮拦诞稽垒儡抹怎锥朝菠杜糙朽上撤络败安钠臀慷垒峭确苹诲推罚费价进疟堕埠屿歪乐树灼绷睬枕昼百笼坐滚珠丝杠基础知识1 滚珠丝杠公称直径与公称导程组合、制造范围imghttp:
4、/ 滚珠丝杠副的结构类型、编号方法imghttp:/ 滚珠丝杠副的精度 5.1 精密等级 根据使用范围及要求将滚珠丝杠副分为定位滚珠丝杠幅(P)传动滚珠丝杠副(T),精度分为七个等级,即1、2、3、4、5、6、7、10级,1级精度最高,依次降低。imghttp:/ 根据滚珠丝杠副类型按下表检验imghttp:/ 有效行程内的行程偏差ep与行程变动量VUP: 有效行程是有精度要求的行程长度LU Lu=Lx+2La+LnLa安全行程La=(1-2)ph Lx机械最大行程 Ln螺母的长度ph公称导程 E1-E2按国家标准GB/T17857.3-1998,“滚珠丝杠副的验收条件和验收检验”。见附表1。
5、 5.2.2 300mm行程内与2弧度行程内行程变动量V300P与V2 p E3-E4按国家标准GB/T17857.3-1998,“滚珠丝杠副的验收条件和验收检验”。见附表1续。 5.2.3 余程Le 余程是没有精度要求的行程长度。余程表6 imghttp:/ 行程补偿值C 6.1 滚珠丝杠的热变形将导致长度、定位精度变化,热变形可由下式给出: t=*t*Lu (公式1) -热膨胀系数(12.0*10-6) t -温升(一般取2-4) Lu-有效行程(Lu=Lx+2La+Ln)或 Lu=L1-2Le L1-螺纹全长 Le-余程 Le见表6 6.2 目标行程Phs 为了补偿由于热膨胀或弹性变形引
6、起的丝杠长度变化,将滚珠丝杠的导程制造得稍大于或小于公称导程,着根据实际需要提出得含有方向目标要求的导程叫目标导程。目标导程乘以丝杠上的有效圈数叫目标行程。 6.3 目标偏差 C 目标行程和公称行程之差叫行程偏差C,为了补偿热变形的影响,行程偏差C=t(t见公式1)并为负值。 6.4 丝杠的预拉伸力 规定了行程偏差C的滚珠丝杠副,在采用固定-固定安装方式时,还可以采用丝杠预拉伸的方法来进一步补偿热变形,预拉伸力Ft: Ft=t*A*E/ Lu=*t*E*(d22/4)(公式2) E-弹性模量 2.1105Mpa(即2.1105N/mm2) d2-丝杠底径(mm) t-温升(一般取2-4) 7
7、基本额定载荷及寿命 7.1 轴向基本额定静载荷Coa 滚珠丝杠副在承受最大接触应力处产生不大于0.0001倍的钢球直径的永久变形时,所能承受的最大轴向载荷。 7.2 轴向基本额定载荷Ca:一组(相当数量)相同参数的滚珠丝杠副,在相同的条件下,运转106转时,90%的滚珠丝杠副的螺纹滚道的表面或钢球的表面不发生疲劳点蚀所能承受的最大轴向载荷。 Coa和Ca在样本中已经给出,可以查找选用 7.3 预期寿命 Lh 用预期运行时间表示(h) Ls 用预期运行距离表示(km) 直径偏大,而不经济。故通常推荐Lh按表7选择。imghttp:/ 滚珠丝杠副的当量载荷Fm及当量转速nm: 滚珠丝杠副在转速n1
8、 n2ni条件下,工作时间分别是t1t2ti所受载荷分别是F1 F2Fi。imghttp:/ 额定动载荷下限值的Cam计算: 滚珠丝杠副在当量载荷Fm及当量转速nm条件下运转,达到预期寿命Lh或Ls时所能承受的最大轴向载荷Cam,设计时选用滚珠丝杠副的CaCam 7.5.1 按滚珠丝杠副的预期工作时间Lh计算:(N)(公式5)imghttp:/ 为精度系数,根据预定的精度按表8选取:imghttp:/ 为载荷系数,按表9选取:imghttp:/ 额定静载荷下限值Coam计算: CoaCoam=fsFmax(公式7) Fs 安全系数。一般为1.2-2,有冲击、震动的运动1.5-3 Fmax是外加
9、在滚珠丝杠副上的最大轴向载荷 8 滚珠丝杠副安装部位的形位公差imghttp:/ E5-E11见国家标准GB/T17857.3-1998,“滚珠丝杠副的验收条件和验收检验”。见附表2。 9 滚珠丝杠副的预紧与轴向接触刚性 9.1 预紧的目的 预紧就是在滚珠丝杠副内,预先施加轴向载荷Fp。 图3是外加轴向载荷Fa和滚珠之间轴向弹性变形的关系曲线,曲线1为无预紧状态,曲线2为有预紧状态,Fp是相当于预紧力大小的外加轴向载荷。表10是有或无预紧的情况下,滚珠丝杠副在承受不同的外加轴向载荷Fa时,滚道与滚珠之间轴向弹性变形。 由表10可见预紧的目的时,消除滚珠丝杠副的轴向间隙,提高滚珠丝杠副的轴向接触
10、刚性K,并且在外加轴向载荷小于3倍预紧力的情况下,轴向刚性K是常数(但Fa3Fp后,予压消失) 图3imghttp:/ 滚珠丝杠副的轴向接触刚性K 样本上给出的刚度值仅考虑滚道与滚珠之间的轴向变形,不考虑螺母本身及丝杠本身的变形。 9.3.1 不预紧的滚珠丝杠副的轴向接触刚性Ka 由于其轴向刚性是随外加轴向载荷Fa增大而增大的,所以样本中规定不预紧的 滚珠丝杠副轴向接触刚性,是外加轴向载荷等于0.3Ca时的轴向接触刚性值,当实际施加的外加载荷Fa不等于0.3Ca时,对应的轴向接触刚度Ka按下式计算: Ka=KFa/0.3Ca1/3 (N/m) (公式8) K-样本上的刚度值(N/m) Ca-样
11、本上的额定载荷(N) Fa-实际工作施加的动载荷(N) 9.3.2 预紧滚珠丝杠副的轴向接触刚性Ka imghttp:/ 范围内Ka是一个常数,但预紧力Fp太大,会导致发热量增加,寿命减少。所以预紧力Fp按Fp=Fmax/3选取,并大致符合表12要求,当Fmax不知道时,推荐按表12选用。imghttp:/ Ka=KFp/Ca1/3 (公式9) =0.1(增大滚珠直径预紧时=0.05) Fp-滚珠丝杠副的预紧力(N) Ca-样本上的额定动载荷(N) 10 滚珠丝杠副的转矩 10.1 理论动态预紧转矩Tpo:有预加载荷的滚珠丝杠副,在没有外加载荷的情况下,丝杠与螺母相对连续转动所需力矩(不包含螺
12、母两端密封件的摩擦力矩) Tpo=10-3*(Fp*Ph/2)*(1-2)/ (N*m) (公式10) Fp-轴向预加载荷(N) Ph-导程(mm) -传动效率 精度:1.2级取=0.95,3.4级取=0.9,5.7.10级取=0.85 10.2 最大动态预紧转矩Tpmax:丝杠与螺母相对连续转动时,实际动态预紧矩以理论动态预紧转矩为中心上下波动,允许的波动范围Tp称动态预紧转矩公差,Tp见国家标准GB/T17857.3-1998,“滚珠丝杠副的验收条件和验收检验”。见附表2续E12。 Tpmax=Tpo(1+Tp)(N*m)(公式11) 10.3 正传动转矩 将回转运动转变为直线运动称正传动
13、。 Ta=10-3* FaPh/21(N*m)(公式12) Ta-加在滚珠丝杠副上的驱动力矩 1-正传动效率 Fa-滚珠丝杠副承受的轴向载荷(N) 10.4 逆传动转矩 将直线运动转化为回转运动称为逆传动。 Tb=10-3* FaPh*2/2(N*m)(公式13) Tb-加在滚珠丝杠副上防逆转动的力矩 2-逆传动的效率(0.90-0.85) 滚珠丝杠副的安装方式 安装方式对滚珠丝杠副承载能力,刚性及最高转速有很大影响。常见安装方式有以下四种情况(见图4) (1)固定-自由; (2)支承-游动 (3)固定-固定 图中以左端sunthai 轴承作轴向定位,各符号的意义见表13imghttp:/ 1
14、2.1 滚珠丝杠副传动系统的刚性包括轴向刚性及扭转刚性。 扭转刚性与丝杠联轴器、传动齿轮、电机及控制系统有关,由于扭转刚性对定位精度的影响比轴向刚性的影响小的多,一般设计时就忽略,在高精度定位传动设计需要考虑时,欢迎咨询。 12.2 滚珠丝杠副传动系统的轴向弹性定位f与滚珠丝杠副传动系统的轴向刚性Kf关系如下: f=Fa/Kf (公式14) 1/ Kf=1/KS+1/KN+1/KB+1KH (公式15) f-滚珠丝杠副传动系统的弹性位移() Fa-滚珠丝杠副承受的轴向载荷(N) Kf-滚珠丝杠副承受的轴向刚性(N/) KS-丝杠的轴向刚性(N/) KN-螺母的轴向刚性(N/) KB-支撑sun
15、thai 轴承的轴向刚性(N/) KH-螺母安装座及sunthai 轴承座的轴向刚性(N/) 12.2.1 丝杠的轴向刚性KS 丝杠的轴向刚性KS与丝杠的安装方式有关,并且随螺母在丝杠上的位置a变化而变化。如固定-自由、支承-游动、固定-游动安装方式中,在a=L2的KS达最大,在a=L3时KS达最小,a是螺母到丝杠轴向位置定位sunthai 轴承处的距离。按照丝杠的安装方式不同,对实心丝杠有以下分析: 12.2.2 丝杠安装方式 图4中 固定-自由、固定-游动、支承-游动 KS=d22E10-3/4a=1.65 d22102/a (N/m)(公式16) Ksmin=1.65 d22102/L3
16、 (N/m)(公式17) Ksmax=1.65 d22102/L2 (N/m)(公式18) 12.2.3 安装方式 图4中 固定-固定、固定-游动、支承-游动 KS=d22ELz10-3/4a(Lz-a)=6.6 d22Lz102/4a(Lz-a) (N/m)(公式19) Ksmin=6.6 d22102/ Lz (N/m)(公式20) Ksmax=6.6 d22Lz102/4L5(Lz-L5) (N/m)(公式21) 式中: d2-滚珠丝杠螺纹底径(mm) E-弹性模量2.1105Mpa(即2.1105N/min2) L2、L3、Lz、L5见表13,单位mm 12.3 螺母的轴向刚性Kn 样
17、本上滚珠丝杠副的轴向刚性K值,仅考虑了滚珠与滚道的(包括丝杠的滚道)之间在承受轴向载荷后的弹性变形,未考虑到螺母本体也有变形,在螺母本体尺寸基本符合样本情况下 Kn=0.8Ka (N/m)(公式22) Ka按(公式8或9)计算 12.4 支承sunthai 轴承的轴向刚性KB KB也与滚珠丝杠的支承方式有关 对固定-自由、固定-游动、支承-游动的安装方式 KB等于固定端-对sunthai 轴承组的刚度Kb1即 KB=Kb1 (N/m)(公式23) 对固定-固定的安装方式 KB = Kb1+ Kb2 (N/m)(公式24) Kb1、Kb2分别式左右两端sunthai 轴承组的刚度,可以查阅sun
18、thai 轴承手册得到 12.5 螺母座及sunthai 轴承安装座的轴向刚性KH 在机构设计时,注意加强此处刚性。就可忽略的KH影响。 12.6 滚珠丝杠副传动系统的轴向刚性Kf对位置精度的影响。 12.6.1 Kf引起的正反向间隙x x=2F0/Kfmin=2F0/(1/Ksmin+1/Kn+1/KB)0.8s(m) (公式25) s机床或机械规定的正反向间隙(或失动量) 12.6.2 Kf引起的最大行程范围内的定位误差d d=F0(1/ Ksmin -1/ Ksmaxs) (m) (公式26) d0.8(s-Vu) (m) (公式27) g机床或机械规定的最大行程范围内的定位误差。 滚珠
19、丝杠副有效行程上的行程变动量(见附表1) Ksmin、Ksmaxs、Kn、KB见公式16公式24 12.7 估算P类滚珠丝杠副螺纹滚道允许的最小底径d2m比螺母刚性Kn低,比sunthai 轴承刚性KB更低,所以在滚珠丝杠副的初步计算时,估算丝杠螺纹底径d2时,可不考虑螺母及sunthai 轴承刚性,按下步骤: 12.7.1 估算允许的滚珠丝杠最大弹性变形量m按定位精度的1/4-1/5或正反向间隙(又称反向死区或失动量)的1/5-1/6中较小的值定为m(m) 12.7.2 根据丝杠的安装方式来估算最小底径d2m 安装方式:固定-自由、支承-游动、固定-游动imghttp:/ m-允许的最大弹性
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