范文一：丝杠螺母传动机构

丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递能量为主的(如螺旋压力机、千斤顶等);也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠);还有调整零件之问相对位置的螺旋传动机构等。

丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(30,,40,)。滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高，不能自锁，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(92,,98,)，精度高，系统刚度好，运动具有可逆性，使用寿命长，因此在机电一体化系统中得到大量广泛应用。本节主要介绍滚珠丝杠螺母机构。

1(工作原理如图2—1所示，丝杠4和螺母1的螺纹滚道间置有滚珠2，当丝杠或螺母转动时，滚珠2沿螺纹滚道滚动，则丝杠与螺母之间相对运动时产生滚动摩擦，为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置3，如图2一la所示的反向器和图2—1b所示的挡珠器，它们与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环。

2(传动形式根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，其基本传动形式有如图2—2所示的四种类型。

(1)螺母固定、丝杠转动并移动如图2—2a所示，该传动形式因螺母本身起specification erection and scaffolding inspection score requirements for acceptance in the JGJ59-99. (3) workers built a shelf arrangement through the training. (4) set up warning flags of the erection, dismantling, special care. (5) checks on a regular basis. 2, control point: (1) the material must comply with the specified requirements. (2) when used according to the provisions of the load required to use, it is forbidden to place all kinds of construction materials, and avoid overloading. (3) tube, well within the scaffolding must be protection in place, no foot shaft with two-layer within a quarantine or every 10m the provision of a safety net. (4) facilities available to coordinate and transfer procedures, demolition of a large scaffolding with programme, and approved before implementation. Fire safety fire safety at construction site and to facilitate the smooth progress of the construction work is an important part of safety. 1, the implementation of points: (1) led group under the leadership of the fire, found according to key parts of the fire protection system against fire hazards must be immediately eliminated. (2) the project to establish volunteer fire brigade, normal activities. (3) the construction site must be equipped with adequate fire-fighting equipment, is maintained by the project safety, management, regular updates, guaranteed in good condition. 2, control point: (1)

着支承作用，消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度。但其轴向尺寸不宜太长，否则刚性较差。因此只适用于行程较小的场合。

(2)丝杠转动、螺母移动如图2-2b所示，该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好。适用于工作行程较大的场合。

(3)螺母转动、丝杠移动如图2_2c所示，该传动形式需要限制螺母移动和丝杠的转动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，故应用较少。

(4)丝杠固定、螺母转动并移动如图2—2d所示，该传动方式结构简单、紧凑，但在多数情况下使用极不方便，故很少应用。

此外，还有差动传动方式，其传动原理如图2_3所示。该方式的丝杠上有基本导程(或螺距)不同的(如L01、L02)两段螺纹，其旋向相同。当丝杠2转动时，可动螺母1的移动距离s=n(L01-L02)(n为丝杠转速)，如果两基本导程的大小相差较少，则可获得较小的位移s。因此，这种传动方式多用于各种微动机构中。

specification erection and scaffolding inspection score requirements for acceptance in the JGJ59-99. (3) workers built a shelf arrangement through the training. (4) set up warning flags of the erection, dismantling, special care. (5) checks on a regular basis. 2, control point: (1) the material must comply with the specified requirements. (2) when used according to the provisions of the load required to use, it is forbidden to place all kinds of construction materials, and avoid overloading. (3) tube, well within the scaffolding must be protection in place, no foot shaft with two-layer within a quarantine or every 10m the provision of a safety net. (4) facilities available to coordinate and transfer procedures, demolition of a large scaffolding with programme, and approved before implementation. Fire safety fire safety at construction site and to facilitate the smooth progress of the construction work is an important part of safety. 1, the implementation of points: (1) led group under the leadership of the fire, found according to key parts of the fire protection system against fire hazards must be immediately eliminated. (2) the project to establish volunteer fire brigade, normal activities. (3) the construction site must be equipped with adequate fire-fighting equipment, is maintained by the project safety, management, regular updates, guaranteed in good condition. 2, control point: (1)

3(结构类型

(1)螺纹滚道截面形状我国生产的滚珠丝杠副的螺纹滚道有单圆弧型和双圆弧型，如图2—4所示。滚道型面与滚珠接触点的法线同丝杠轴向的垂线间的夹角α称为接触角， 般为45?。单圆弧型的螺纹滚道的接触角随轴向载荷大小的变化而变化，这主要由轴向载荷所引起的接触变形的大小而定。α大时，传动效率、轴向刚度以及承载能力也随之增大。由于单圆弧型滚道加工用砂轮成形较简单，故容易得到较高的加工精度。单圆弧型面的滚道圆弧半径R应稍大于滚珠半径rb

双圆弧滚道其接触角α在工作过程中基本保持不变，故效率、承载能力和轴向刚度比较稳定。滚道底部与滚珠不接触，其空隙可存储一定的润滑油和脏物，以减小摩擦和磨损。

但磨削滚道砂轮修正、加工和检验都比较困难。

滚道的半径R与滚珠半径rb的比值对承载能力有很大的影响，我国采用R,rb为1(04和1 11两种。

(2)滚珠的循环方式

specification erection and scaffolding inspection score requirements for acceptance in the JGJ59-99. (3) workers built a shelf arrangement through the training. (4) set up warning flags of the erection, dismantling, special care. (5) checks on a regular basis. 2, control point: (1) the material must comply with the specified requirements. (2) when used according to the provisions of the load required to use, it is forbidden to place all kinds of construction materials, and avoid overloading. (3) tube, well within the scaffolding must be protection in place, no foot shaft with two-layer within a quarantine or every 10m the provision of a safety net. (4) facilities available to coordinate and transfer procedures, demolition of a large scaffolding with programme, and approved before implementation. Fire safety fire safety at construction site and to facilitate the smooth progress of the construction work is an important part of safety. 1, the implementation of points: (1) led group under the leadership of the fire, found according to key parts of the fire protection system against fire hazards must be immediately eliminated. (2) the project to establish volunteer fire brigade, normal activities. (3) the construction site must be equipped with adequate fire-fighting equipment, is maintained by the project safety, management, regular updates, guaranteed in good condition. 2, control point: (1)

1)内循环。内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触，如图2—1a所示。在螺母1的侧面孔内装有接通相邻滚道的反向器3，利用反向器引导滚珠2越过丝杠4的螺旋顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。一般在同一螺母上装有2,4个滚珠用反向器，并沿螺母圆周均匀分布。内循环方式的优点是滚珠循环的回路短，流畅性好，效率高，螺母的径向尺寸也较小。其缺点是反向器加工困难，装配、调试也不方便。

浮动式反向器的内循环滚珠丝杠螺母副如图2—5所示。其结构特点是反向器1与滚珠螺母上的安装孔有O(0l,0(015mm的配合间隙，反向器弧面上加工有圆弧槽，槽内安装拱形片簧4，外有弹簧套2，借助拱形片簧的弹力，始终给反向器一个径向推力，使位于回珠圆 弧槽内的滚珠与丝杠3表面保持一定的压力，从而使槽内滚珠代替了定位键而对反向器起到自定位作用。这种反向器的优点是:在高频浮动中达到回珠圆弧槽进出口的自动对接，通道流畅，摩擦特性较好，更适用于高速、高灵敏度、高刚性的精密进给系统。

2)外循环。滚珠在循环返向时，有一段脱离丝杠螺旋滚道，在螺母体内或体外作循环运动。按结构形式可分为螺旋槽式、插管式和端盖式三种。

?螺旋槽式。如图2—6所示，在螺母2的外圆柱表面上铣出螺旋凹槽，槽的两端钻出两个通孔与螺旋滚遭相切，螺旋滚道内装入两个挡珠器4引导滚珠3通过这两个孔，同时用套筒l盖住凹槽，构成滚珠的循环回路。这种结构的特点specification erection and scaffolding inspection score requirements for acceptance in the JGJ59-99. (3) workers built a shelf arrangement through the training. (4) set up warning flags of the erection, dismantling, special care. (5) checks on a regular basis. 2, control point: (1) the material must comply with the specified requirements. (2) when used according to the provisions of the load required to use, it is forbidden to place all kinds of construction materials, and avoid overloading. (3) tube, well within the scaffolding must be protection in place, no foot shaft with two-layer within a quarantine or every 10m the provision of a safety net. (4) facilities available to coordinate and transfer procedures, demolition of a large scaffolding with programme, and approved before implementation. Fire safety fire safety at construction site and to facilitate the smooth progress of the construction work is an important part of safety. 1, the implementation of points: (1) led group under the leadership of the fire, found according to key parts of the fire protection system against fire hazards must be immediately eliminated. (2) the project to establish volunteer fire brigade, normal activities. (3) the construction site must be equipped with adequate fire-fighting equipment, is maintained by the project safety, management, regular updates, guaranteed in good condition. 2, control point: (1)

是工艺简单，径向尺寸小，易于制造，但是挡珠器刚性差，易磨损。

?插管式。如图2_7所示，用一弯管l代替螺旋凹槽，弯管的两端插入与螺纹滚道5相切的两个内孔，用弯管的端部引导滚珠4进入弯管，构成滚珠的循环回路，再用压板2和螺钉将弯管固定。插管式结构简单，容易制造，但是径向尺寸较大，弯管端部用作挡珠器比较容易磨损。

?端盖式。如图2—8所示，在螺母1上钻出纵向孔作为滚子回程滚道，螺母两端装有两块扇形盖板或套筒2，滚珠的回程道口就在盖板上。滚道半径为滚珠直径的1(4,1(6倍。

这种方式结构简单、工艺性好，但滚道吻接和弯曲处圆角不易准确制作而影响其性能，故应习较少。常以单螺母形式用做升降传动机构。

4(主要尺寸参数如图2—9所示，滚珠丝杠副的主要尺寸参数有:

公称直径d0:指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的凰柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。

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基本导程LO(或螺距t):指丝杠相对螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的轴向位移。

行程l:指丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。

此外还有丝杠螺纹大径d1丝杠螺纹小径d1、滚珠直径db螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1、丝杠螺纹全长ls等。

基本导程的大小应根据机电一体化系统的精度要求确定。精度要求高时应选取较小的基本导程。滚珠的工作圈(或列)数和工作滚珠的数量?由试验可知:

第一、第二和第三圈(或列)分别承受轴向载荷的50,、30,和20,左右。因此，工作圈(或列)数一般取2(5(或2),3(5(或3)。滚珠总数?一般不超过150个。

5(轴向间隙的调整与预紧

滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传动精度有要求外，对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向传动精度。滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。通常采用双螺母预紧的方法，把弹性变形控制在最小限度内，以减小或消除轴向间隙，并可以提高滚珠丝杠副的刚度。

目前制造的单螺母式滚珠丝杠副的轴向间隙达O(05mm，而双螺母式经加预紧力调整后基本上能消除轴向间隙。应用该方法消除轴向问隙时应注意以下specification erection and scaffolding inspection score requirements for acceptance in the JGJ59-99. (3) workers built a shelf arrangement through the training. (4) set up warning flags of the erection, dismantling, special care. (5) checks on a regular basis. 2, control point: (1) the material must comply with the specified requirements. (2) when used according to the provisions of the load required to use, it is forbidden to place all kinds of construction materials, and avoid overloading. (3) tube, well within the scaffolding must be protection in place, no foot shaft with two-layer within a quarantine or every 10m the provision of a safety net. (4) facilities available to coordinate and transfer procedures, demolition of a large scaffolding with programme, and approved before implementation. Fire safety fire safety at construction site and to facilitate the smooth progress of the construction work is an important part of safety. 1, the implementation of points: (1) led group under the leadership of the fire, found according to key parts of the fire protection system against fire hazards must be immediately eliminated. (2) the project to establish volunteer fire brigade, normal activities. (3) the construction site must be equipped with adequate fire-fighting equipment, is maintained by the project safety, management, regular updates, guaranteed in good condition. 2, control point: (1)

两点:

1)预紧力大小必须合适，禁忌过小或过大。过小不能保证无隙传动，过大将使驱动力矩增大，效率降低，寿命缩短。预紧力禁忌超过最大轴向负载的l,3。

2)要特别注意减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙，这些间隙用预紧的方法是无法消除的，而它对传动精度有直接影响。

常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种:

(1)垫片调隙式如图2一lO所示，用螺钉连接滚珠丝杠两个螺母的凸缘，并在凸缘间加垫片。调整垫片的厚度使螺母产生微量的轴向位移，以达到消除轴向间隙和产生预紧力的目的。该形式结构紧凑，工作可靠，调整方便，应用广泛，但不很准确，并且当滚道磨损时不能随意调整，除非更换垫圈。

故适用于一般精度的传动机构。

(2)螺纹调隙式 如图2一11所示，

双螺母中的一个外端有凸缘;一个外端无凸缘但制有螺纹，它伸出套筒外，用两个圆螺母固定锁紧，并用键来防止两螺母相对转动。旋转圆螺母可调整消除间隙并产生预紧力，之后再用锁紧螺母锁紧。该种形式结构紧凑，工作可靠，调整方便，缺点是不很精确。

(3)齿差调隙式 如图2—12所示，在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮(齿数为z1、z2，且z2一x1=1)分别与内齿圈啮合，内齿圈用螺钉或定位销固定在套筒上。调整时，先取下两端的内齿圈，使两螺母产生相对角位移，相应地产生轴向的相对位移，从而使两螺母中的滚珠分别紧贴在螺旋滚道的两个相反specification erection and scaffolding inspection score requirements for acceptance in the JGJ59-99. (3) workers built a shelf arrangement through the training. (4) set up warning flags of the erection, dismantling, special care. (5) checks on a regular basis. 2, control point: (1) the material must comply with the specified requirements. (2) when used according to the provisions of the load required to use, it is forbidden to place all kinds of construction materials, and avoid overloading. (3) tube, well within the scaffolding must be protection in place, no foot shaft with two-layer within a quarantine or every 10m the provision of a safety net. (4) facilities available to coordinate and transfer procedures, demolition of a large scaffolding with programme, and approved before implementation. Fire safety fire safety at construction site and to facilitate the smooth progress of the construction work is an important part of safety. 1, the implementation of points: (1) led group under the leadership of the fire, found according to key parts of the fire protection system against fire hazards must be immediately eliminated. (2) the project to establish volunteer fire brigade, normal activities. (3) the construction site must be equipped with adequate fire-fighting equipment, is maintained by the project safety, management, regular updates, guaranteed in good condition. 2, control point: (1)

的侧面上，然后将内齿圈复位固定，故而达到消除间隙，产生预紧力的目的。当两个螺母按同方向转过一个齿时，所产生的相对轴向位移为

式中，P为导程。若:x1=99，z2=100，P=6mm，则?s=0.6μm度很高，工作可靠，但结构复杂，加工和装配工艺性能较差。

6(支承方式与制动(1)支承方式为了保证滚珠丝杠副传动的刚度和精度，应选择合适的支承方式，选用高刚度、小摩擦力矩、高运转精度的轴承，并保证支承座有足够的刚度。滚珠丝杠副的支承按其限制丝杠轴的轴向窜动情况，分为三种形式，如表2—1所示。

(2)制动装置由于滚珠丝杠副的传动效率高，又无自锁能力，故需安装制动装置以满足其传动要求，特别是当其处于垂直传动时。图2—13所示为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠的制动装置示意图。

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当机床工作时，电磁铁线圈4通电吸住压簧3，打开摩擦离合器5。此时步进电动机1接受指令脉冲，将旋转运动通过减速齿轮2传动、滚珠丝杠6旋转，转换为主轴箱7垂直方向的移动。当步进电动机l停止转动时，电磁铁线圈也同时断电，在压簧3作用下摩擦离合器5被压紧，使滚珠丝杠不能自由转动，则主轴箱就不会因自重而下滑了。

7(润滑和密封

(1)润滑 润滑剂可提高滚珠丝杠副的耐磨性和传动效率。润滑剂分为润滑油、润滑脂两大类。润滑油为一般机油或90,180号透平油或140号主轴油，可通过螺母上的油孔将其注入螺纹滚道;润滑脂可采用锂基油脂，它加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。

(2)密封滚珠丝杠副在使用时常采用一些密封装置进行防护，为防止杂质和水进入丝杠(否则会增加摩擦或造成损坏)，对于预计会带进杂质之处按图2—14所示使用波纹管(右侧)或伸缩罩(左侧)，以完全盖住丝杠轴。对于螺母，应在其两端进行密封，如图2—15所示，密封防护材料必须具有防腐蚀和耐油性能。 specification erection and scaffolding inspection score requirements for acceptance in the JGJ59-99. (3) workers built a shelf arrangement through the training. (4) set up warning flags of the erection, dismantling, special care. (5) checks on a regular basis. 2, control point: (1) the material must comply with the specified requirements. (2) when used according to the provisions of the load required to use, it is forbidden to place all kinds of construction materials, and avoid overloading. (3) tube, well within the scaffolding must be protection in place, no foot shaft with two-layer within a quarantine or every 10m the provision of a safety net. (4) facilities available to coordinate and transfer procedures, demolition of a large scaffolding with programme, and approved before implementation. Fire safety fire safety at construction site and to facilitate the smooth progress of the construction work is an important part of safety. 1, the implementation of points: (1) led group under the leadership of the fire, found according to key parts of the fire protection system against fire hazards must be immediately eliminated. (2) the project to establish volunteer fire brigade, normal activities. (3) the construction site must be equipped with adequate fire-fighting equipment, is maintained by the project safety, management, regular updates, guaranteed in good condition. 2, control point: (1)

8(精度等级

滚珠丝杠螺母副的精度分成CO、C1、c2、C3、C5、C7、C8等7个等级，最高精度为c0级，最低精度为c8级。系统设计时可参考相应的产品说明书进行标注。[摘自《直线运动系统产品说明书}THK(日本东京)]

9(滚珠丝杠副的设计计算

设计滚珠丝杠副时，已知条件是:工作载荷F(N)或平均工作载荷F。(N)，使用寿命Lh(h)，丝杠的工作长度(或螺母的有效行程)L(m)，丝杠的转速n(平均转速nm或最大转速n…)(r,min)，以及滚道硬度HRC和运转情况。设计步骤及方法如下:

1)计算载荷F。(N)的计算Fc=KFKHKAFM (2—2)

式中，KF为载荷系数;KH为硬度系数;KA为精度系数;FM为平均工作载荷。各项参数按表2—2选取。

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4)验算传动效率、刚度及工作平稳性是否满足要求，不能满足要求的禁忌使

用，应另选其他规格并需重新验算。

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范文二：丝杠螺母机构的选择与计算

丝杠螺母机构的选择与计算

5.2.1 确定滚珠丝杠副的导程 滚珠丝杠副的导程按下式计算：

P h

V max

n max

式中 P h —滚珠丝杠副的导程，（mm ）； Vmax —工作台最高移动速度，（m /min ）； n max —电机最高转速，（r /min ）； 由进给系统设计要求知： Vmax=2.5m /min

查阅《机械设计手册》[13]得：

步进电机110BF003的最高转速n max =500r /min 。 将数值代入上式(5-1)可得：P h ≥5mm 。

故取P h =S=6mm 。

5.2.2 强度计算

动载强度计算

1）对于燕尾型导轨的牵引力计算

F m =KFX +f(Fz +2FY +G)

取 K=1.4 f=0.2

考虑工作台在移动过程中只受G 影响 故 Fm 1=fG

=0.2×30×9.8 =58.8(N )

考虑工作台在加工时静止只受F X 影响 故 Fm 2= KFX

(5-1)

(5-2) (5-3)

(5-4)

=1.4×9.8×130 =1783.6(N )

故F m = Fm 1＋ Fm 2=58.8N ＋1783.6N =1842.4N 2）. 计算最大动载荷 C 当转速

n ≥10时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲

劳点蚀，因此要进行动载强度计算，其计算动载荷C c (N ) 应小于或等于滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，即

C c =3' f d f H F eq ≤F r (5-5) 式中 f d —动载荷系数； f H —硬度影响系数； F eq —当量动载荷，N ；

F r —滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，N ； T ' —寿命，以106r 为一个单位。

60n eq T -6T ' ==10N 610

式中 T—使用寿命，h ； N—循环次数；

n eq —滚珠丝杠的当量转速，。 取 T=15000h

n eq =

v max 2. 5?1000

==416. 667r (5-7) s 6

代入数据可得：

T ' =

60?416. 667?15000

=375 6

10

取f d =1. 2 取f H =1.0

当工作载荷单调连续或周期性单调连续变化时，则

. 6+58. 8=1208F eq ≈2F max +F min =2F m 2+F m 1=2?1783. 667N (5-8)

式中 F max 、F min —最大和最小工作载荷，N 。 所以 计算可得：

C c =?1. 2?1. 0?1208. 667=10. 5KN

查阅《机械设计手册》[7]选取CBM4006-5型滚珠丝杠副 （C a =15. 851KN >C c ），所以刚度满足要求。 3）静载强度计算

当转速n ≤10时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式为滚珠接触面上产生较大塑性变形，影响正常工作。为此进行静载强度计算，最大计算静载荷为：

. 6=2140. 32N （5-9） F oc =f d f ' H F max =1. 2?1. 0?1783

式中 f ' H —硬度影响系数；

查《机械设计手册》[7]可得：CBM4006-5型滚珠丝杠副额定静载荷C oa =47985N >F oc ，所以满足要求。滚珠丝杠螺母的主要参数如表5-1所示：

表5-1

5.2.3 螺母选择

由于数控机床对滚珠丝杠副的刚度有较高要求，故选择螺母时要注重其刚度的保证。推荐按高刚度要求选择预载的螺母型式。其中插管式外循环的端法兰双螺母应用最为广泛。它适用重载荷传动、高速驱动及精密定位系统。并在大导程、小导程和多头螺纹中具有独特优点，且较为经济。

① 滚珠的工作圈数i 和列数j 。根据所要求性能、工作寿命，推荐按表5-2选取。

表5-2

② 法兰形状。按安装空间由标准形状选择，亦可根据需要制成特殊法兰形状。 (3) 导程精度选择

根据机床定位精度，确定滚珠丝杠副导程的精度等级。一般情况下，推荐按下式估算：

E ≤(0.25～0.6)T D

式中：E ——累计代表导程偏差，μm;

T D ——机床有效行程的定位精度，μm 。

5.3 动力计算

传动件转动惯量的计算 5.3.1齿轮转动惯量的计算

1）传动比的计算

2）初步分配传动比

按获得最小转动惯量的原则分配传动比

i=i1i 2 i2=

i =

θs 0. 75?6

==2. 5360δ360?0. 005

i 12

得 i1=1.52 i2=1.64 3）初步估计齿轮

模数m=1.25 小齿轮Z 1=27

大齿轮 Z 2=i 1Z 1=1. 52?27=41

b 1=17mm b 2=20mm

d 1=mz 1=1. 25?27=33. 75mm d 2=mz 2=1. 25?41=51. 25mm

α1=

d 1+d 233. 75+51. 25

==42. 5mm 22

小齿轮Z 3=30

大齿轮Z 4=i 2Z 3=1. 64?30=49

b 3=26mm b 4=28mm

d 3=mZ 3=1. 25?30=37. 5mm d 4=mZ 4=1. 25?49=61. 25mm

α2=

d 3+d 437. 5+61. 25

==49. 375mm 22

范文三：丝杠螺母

第二节 滚珠丝杠传动部件

丝杠螺母机构又称螺旋传动机构，它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递力为主的（千斤顶），有以传动运动为主的（进给丝杠），还有调整零件之间相对位置的（螺旋测微器）。按照摩擦性质还有滑动(摩擦) 丝杠螺母机构和滚动(摩擦) 丝杠螺母机构之分。

滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工方便、制造成本低、具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(30％-40％) 。

滚珠丝杠螺母机构：结构复杂、制造成本高，无自锁功能，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(92％-98％) ，因此在机电一体化系统中得到广泛应用。

一、丝杠螺母机构的传动形式

丝杠和螺母间共有4种基本的传动形式

丝杠螺母的基本传动形式

一、丝杠螺母机构的传动形式

(a)螺母固定、丝杠转动并移动。因螺母本身起着支承作用，消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度。但其刚性较差，因此只适用于行程较小的场合。

(b)丝杠转动、螺母移动。需要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构紧凑、丝杠刚性较好，工作行程大，在机电一体化系统中应用较广泛。

一、丝杠螺母机构的传动形式

(c)螺母转动、丝杠移动。需要限制螺母移动和丝杠的转动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，很少应用。

(d)丝杠固定、螺母转动并移动。结构简单、紧凑，但在多数情况下，使用极不方便，很少应用

此外，还有差动传动方式

该方式的丝杠上有旋向相同、基本导程不同的两段螺纹。当丝杠2转动时，可动螺母1的移动距离为S ＝n ×(l 01-l 02) ，如果两基本导程的大小相差较少，则可获得较小的位移S 。因此，这种传动方式多用于各种微动机构中。

二、滚珠丝杠副的组成及特点

滚珠丝杠副主要包括由丝杆3、螺母2、滚珠4和反向器(滚珠循环反向装置) 等四部分。滚珠丝杠副的结构类型可以从螺纹滚道的型面形状、滚珠的循环方式、消除轴向间隙的调整方法进行区别。

滚珠丝杠副实物图

三、滚珠丝杠副的截面形状

1.按螺纹滚道型面(法向) 形状：分为单圆弧型和双圆弧型

单圆弧型的螺纹滚道特点：接触角随轴向载荷大小的变化而变化，加工成型简单。

双圆弧型的螺纹滚道特点：接触角在工作过程中基本保持不变，两圆弧相交处的小空隙可以存储润滑油以减少摩擦，加工成型复杂。

四、滚珠丝杠副的滚珠循环方式

分为内循环和外循环二种

特点:滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触，回路短, 效率高, 螺母的径向尺寸小，但反向器加工困难，装配调整不方便，反向器有固定式和浮动式。

五、滚珠丝杠副的轴向间隙的预紧调整方法

双螺母螺纹预紧调整式

双螺母齿差预紧调整式

双螺母垫片调整预紧式

弹簧式自动调整预紧式

单螺母变位导程自顶紧式

双螺母螺纹预紧调整：旋转调整螺母2使丝杠左螺母向左，并用锁紧产生拉伸预紧。调整方便，但预紧量不易掌握。

双螺母齿差预紧调整：两端丝杠螺母3上分别有齿数为Z1、Z2的圆柱齿轮，并分别与相应的内齿圈2相啮合，一般Z1与Z2相差一个齿，若两螺母同向各转一个齿，则两螺母的相对轴向位移为s=l*|Z1-Z2|/Z1*Z2，其中l 为丝杠导程，可实现定量精密微调。

双螺母弹簧自动预紧调整：用弹簧使两螺母间产生轴向位移。其特点是能在使用过程中自动补偿因磨损或弹性变形产生的间隙，但其结构复杂、轴向刚度低，适合用于轻载场合。

六、滚珠丝杠副的主要尺寸参数

公称直径d0：滚珠在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。

基本导程(或螺距) ：丝杠相对螺母旋转2弧度时，螺母上基准点的轴向位移。 行程：丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。

此外，还有丝杠螺纹大径d 、丝杠螺纹小径d1、滚珠直径db 、螺母螺纹大径

D 、螺母螺纹小径D1、丝杠螺纹全长ls 等。

七、滚珠丝杠副的精度等级及标注方法

精度等级：

根据JB3162.2-1982标准，分为C 、D 、E 、F 、G 、H 六个等级，最高级为C 级，最低级为H 级

根据JB3162.2-1991或GB/T17587.3-1998标准，分为1、2、3、4、5、7、10七个等级。最高级为1级，最低级为10级

推荐采用的精度等级：数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和半闭环进给系统，可选1、2、3级，一般动力传动可选4、5级，全闭环系统可选2、3、4级

标注方法：GB/T17587.1-1998规定滚珠丝杠的标识符号应按下图给定顺序排列的内容标注。一般厂商往往省略GB 字符，以其产品的结构类型号开头。

厂商常用的标注法

八、滚珠丝杠副的尺寸系列

国际标准化组织(1SO／DIS3408-2-1991) 中规定：

公称直径(mm)：6，8，10，12，16，20，25，32，40，50，63，80， 100，125，160及200。

基本导程(mm)：1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40。尽可能优先选用2．5，5，10，20及40。

九、滚珠丝杠副的支承方式

1. 支撑方式

丝杠的支撑方式与其传动精度和刚度有很大关系，典型支撑方式有：

1．轴向刚度较高；

2．预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命比双推-双推低；

3．适宜中速、精度高，并可用双推—单推组合。

1．轴向刚度最高；

2．预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高 3．适宜高速、高刚度、高精度。

1．轴向刚度低，与螺母位置有关； 2．双推端可预拉伸安装；

3．适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。

1．轴向刚度不高，与螺母位置有关； 2．双推端可预拉伸安装； 3．适宜中速、精度较高的长丝杠

（2）双推-简支式

采用双向推力球轴承和深沟球轴承作为支撑。轴向刚度低，丝杠有热膨胀的余地。

十、滚珠丝杠副的制动装置

滚珠丝杠副无自锁作用，在垂直安装时，须设置制动装置。可以在执行元件（如电机）上加装制动器，还可在轴上使用超越离合器或选择设计简易制动装置。右图为简易的电磁-摩擦制动装置。

带制动和不带制动的电机

十一、滚珠丝杠副的密封防护与润滑 1 密封防护

滚珠丝杠副可用防尘密封圈或防护套密封，上图为使用波纹管（右侧）或螺旋弹簧钢套管对丝杠轴进行密封；下图为使用密封圈对螺母进行密封。密封材料选用防腐蚀合耐油的聚四氟乙烯或尼龙等。

2 润滑

滚珠丝杠副使用润滑剂来提高其耐磨性及传动效率。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。润滑脂可采用锂基油脂，在装配时放进滚珠螺母滚道内定期润滑；润滑油可采用机油，通过注油孔注入润滑。 十二、滚珠丝杠副的选择方法 1 滚珠丝杠副结构的选择

根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，可选择适当的结构型式。例如，当允许有间隙存在时(如垂直运动) 可选用具有单圆弧形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；当具备良好的防尘条件，且只需在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。 2 滚珠丝杠副尺寸的选择

主要是选择丝扛的公称直径d0和基本导程。

公称直径d0：根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择。

基本导程(或螺距t) ：根据承载能力、传动精度及传动速度按滚珠丝杠副尺寸系列选择。基本导程越大，承载能力越大，传动精度低，传动速度高，反之则反。

3 滚珠丝杠副的选择步骤

首先要已知工作条件：最大的工作载荷Fmax(或平均工作载荷Fcp), 使用寿命T, 丝杠的工作长度(或螺母的有效行程) ls , 丝杠的转速n(或平均转速ncp), 滚道的硬度HRC 及运转工况 十二、滚珠丝杠副的选择方法 然后按下列步骤进行选择： （1） 计算承载能力

时，计算丝杠轴向最大动载荷FQ ，然后根据FQ 值选择丝杠副

的型号。

（2.1）

L —滚珠丝杠寿命系数；

fH—硬度系数； fw—载荷系数；

Fmax —滚珠丝杠副最大工作载荷。 Ca —滚珠丝杠的额定动载荷； 对于低速（

）传动，只按额定静载荷。

然后根据计算值预选丝杠副，并进行校核。 （2）压杆稳定性核算

包括临界载荷核算、临界转速核算，二者分别对应压杆失稳和高速共振。

F k ，n cr —分别为临近载荷和临界转速； （3）刚度的验算

滚珠丝杠在轴向力F 和扭矩M 共同作用下，所引起的每一导程的变形量为：

以上所有经验公式中的参数均可通过查手册得到。

范文四：丝杠螺母传动机构实用技术.doc

丝杠螺母机构又称螺旋传动机构:它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动:有以传递能量为主的(如螺旋压力机,千斤顶等);也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠);还有调整零件之问相对位置的螺旋传动机构等:

丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分:滑动丝杠螺母机构结构简单,加工方便,制造成本低,具有自锁功能,但其摩擦阻力矩大,传动效率低(30%~40%):滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂,制造成本高,不能自锁,但其最大优点是摩擦阻力矩小,传动效率高(92%~98%),精度高,系统刚度好,运动具有可逆性,使用寿命长,因此在机电一体化系统中得到大量广泛应用:本节主要介绍滚珠丝杠螺母机构:

1.工作原理如图2—1所示,丝杠4和螺母1的螺纹滚道间置有滚珠2,当丝杠或螺母转动时,滚珠2沿螺纹滚道滚动,则丝杠与螺母之间相对运动时产生滚动摩擦,为防止滚珠从滚道中滚出,在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置3,如图2一la所示的反向器和图2—1b所示的挡珠器,它们与螺纹滚道形成循环回路,使滚珠在螺母滚道内循环:

2.传动形式根据丝杠和螺母相对运动的组合情况,其基本传动形式有如图2—2所示的四种类型:

(1)螺母固定,丝杠转动并移动如图2—2a所示,该传动形式因螺母本身起着支承作用,消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动,结构较简单,可获得较高的传动精度:但其轴向尺寸不宜太长,否则刚性较差:因此只适用于行程较小的场合:

(2)丝杠转动,螺母移动如图2-2b所示,该传动形式需要限制螺母的转动,故需导向装置:其特点是结构紧凑,丝杠刚性较好:适用于工作行程较大的场合:

(3)螺母转动,丝杠移动如图2_2c所示,该传动形式需要限制螺母移动和丝杠的转动,由于结构较复杂且占用轴向空间较大,故应用较少:

(4)丝杠固定,螺母转动并移动如图2—2d所示,该传动方式结构简单,紧凑,但在多数情况下使用极不方便,故很少应用:

此外,还有差动传动方式,其传动原理如图2_3所示:该方式的丝杠上有基本导程(或螺距)不同的(如L01,L02)两段螺纹,其旋向相同:当丝杠2转动时,可动螺母1的移动距离s=n(L01-L02)(n为丝杠转速),如果两基本导程的大小相差较少,则可获得较小的位移s:因此,这种传动方式多用于各种微动机构中:

3.结构类型

(1)螺纹滚道截面形状我国生产的滚珠丝杠副的螺纹滚道有单圆弧型和双圆弧型,如图2—4所示:滚道型面与滚珠接触点的法线同丝杠轴向的垂线间的夹角α称为接触角, 般为45?:单圆弧型的螺纹滚道的接触角随轴向载荷大小的变化而变化,这主要由轴向载荷所引起的接触变形的大小而定:α大时,传动效率,轴向刚度以及承载能力也随之增大:由于单圆弧型滚道加工用砂轮成形较简单,故容易得到较高的加工精度:

单圆弧型面的滚道圆弧半径R应稍大于滚珠半径

rb

双圆弧滚道其接触角α在工作过程中基本保持不变,故效率,承载能力和轴向刚度比较稳定:滚道底部与滚珠不接触,其空隙可存储一定的润滑油和脏物,以减小摩擦和磨损:

但磨削滚道砂轮修正,加工和检验都比较困难:

滚道的半径R与滚珠半径rb的比值对承载能力有很大的影响,我国采用R/rb为1.04和1 11两种:

(2)滚珠的循环方式

1)内循环:内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触,如图2—1a所示:在螺母1的侧面孔内装有接通相邻滚道的反向器3,利用反向器引导滚珠2越过丝杠4的螺旋顶部进入相邻滚道,形成一个循环回路:一般在同一螺母上装有2~4个滚珠用反向器,并沿螺母圆周均匀分布:内循环方式的优点是滚珠循环的回路短,流畅性好,效率高,螺母的径向尺寸也较小:其缺点是反向器加工困难,装配,调试也不方便:

浮动式反向器的内循环滚珠丝杠螺母副如图2—5所示:其结构特点是反向器1与滚珠螺母上的安装孔有O.0l~0.015mm的配合间隙,反向器弧面上加工有圆弧槽,槽内安装拱形片簧4,外有弹簧套2,借助拱形片簧的弹力,始终给反向器一个径向推力,使位于回珠圆 弧槽内的滚珠与丝杠3表面保持一定的压力,从而使槽内滚珠代替了定位键而对反向器起到自定位作用:这种反向器的优点是:在高频浮动中达到回珠圆弧槽进出口的自动对接,通道流畅,摩擦特性较好,更适用于高速,高灵敏度,高刚性的精密进给系统:

2)外循环:滚珠在循环返向时,有一段脱离丝杠螺旋滚道,在螺母体内或体外作循环运动:按结构形式可分为螺旋槽式,插管式和端盖式三种:

?螺旋槽式:如图2—6所示,在螺母2的外圆柱表面上铣出螺旋凹槽,槽的两端钻出两个通孔与螺旋滚遭相切,螺旋滚道内装入两个挡珠器4引导滚珠3通过这两个孔,同时用套筒l盖住凹槽,构成滚珠的循环回路:这种结构的特点是工艺简单,径向尺寸小,易于制造,但是挡珠器刚性差,易磨损:

?插管式:如图2_7所示,用一弯管l代替螺旋凹槽,弯管的两端插入与螺纹滚道5相切的两个内孔,用弯管的端部引导滚珠4进入弯管,构成滚珠的循环回路,再用压板2和螺钉将弯管固定:插管式结构简单,容易制造,但是径向尺寸较大,弯管端部用作挡珠器比较容易磨损:

?端盖式:如图2—8所示,在螺母1上钻出纵向孔作为滚子回程滚道,螺母两端装有两块扇形盖板或套筒2,滚珠的回程道口就在盖板上:滚道半径为滚珠直径的1.4~1.6倍:

这种方式结构简单,工艺性好,但滚道吻接和弯曲处圆角不易准确制作而影响其性能,故应习较少:常以单螺母形式用做升降传动机构:

4.主要尺寸参数如图2—9所示,滚珠丝杠副的主要尺寸参数有:

公称直径d0:指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的凰柱直径,它是滚珠丝杠副的特征尺寸:

基本导程LO(或螺距t):指丝杠相对螺母旋转2π弧度时,螺母上基准点的轴向位移:

行程l:指丝杠相对于螺母旋转任意弧度时,螺母上基准点的轴向位移:

此外还有丝杠螺纹大径d1丝杠螺纹小径d1,滚珠直径db螺母螺纹大径D,螺母螺纹小径D1,丝杠螺纹全长ls等:

基本导程的大小应根据机电一体化系统的精度要求确定:精度要求高时应选取较小的基本导程:滚珠的工作圈(或列)数和工作滚珠的数量?由试验可知:

第一,第二和第三圈(或列)分别承受轴向载荷的50%,30%和20%左右:因此,工作圈(或列)数一般取2.5(或2)~3.5(或3):滚珠总数?一般不超过150个:

5.轴向间隙的调整与预紧

滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传动精度有要求外,对其轴向间隙也有严格要求,以保证其反向传动精度:滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和:通常采用双螺母预紧的方法,把弹性变形控制在最小限度内,以减小或消除轴向间隙,并可以提高滚珠丝杠副的刚度:

目前制造的单螺母式滚珠丝杠副的轴向间隙达O.05mm,而双螺母式经加预紧力调整后基本上能消除轴向间隙:应用该方法消除轴向问隙时应注意以下两点:

1)预紧力大小必须合适,禁忌过小或过大:过小不能保证无隙传动,过大将使驱动力矩增大,效率降低,寿命

缩短:预紧力禁忌超过最大轴向负载的l/3:

2)要特别注意减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙,这些间隙用预紧的方法是无法消除的,而它对传动精度有直接影响:

常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种:

(1)垫片调隙式如图2一lO所示,用螺钉连接滚珠丝杠两个螺母的凸缘,并在凸缘间加垫片:调整垫片的厚度使螺母产生微量的轴向位移,以达到消除轴向间隙和产生预紧力的目的:该形式结构紧凑,工作可靠,调整方便,应用广泛,但不很准确,并且当滚道磨损时不能随意调整,除非更换垫圈:

故适用于一般精度的传动机构:

(2)螺纹调隙式 如图2一11所示,

双螺母中的一个外端有凸缘;一个外端无凸缘但制有螺纹,它伸出套筒外,用两个圆螺母固定锁紧,并用键来防止两螺母相对转动:旋转圆螺母可调整消除间隙并产生预紧力,之后再用锁紧螺母锁紧:该种形式结构紧凑,工作可靠,调整方便,缺点是不很精确:

(3)齿差调隙式 如图2—12所示,在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮(齿数为z1,z2,且z2一x1=1)分别与内齿圈啮合,内齿圈用螺钉或定位销固定在套筒上:调整时,先取下两端的内齿圈,使两螺母产生相对角位移,相应地产生轴向的相对位移,从而使两螺母中的滚珠分别紧贴在螺旋滚道的两个相反的侧面上,然后将内齿圈复位固定,故而达到消除间隙,产生预紧力的目的:当两个螺母按同方向转过一个齿时,所产生的相对轴向位移为 式中,P为导程:若:x1=99,z2=100,P=6mm,则?s=0.6μm度很高,工作可靠,但结构复杂,加工和装配工艺性能较差:

6.支承方式与制动(1)支承方式为了保证滚珠丝杠副传动的刚度和精度,应选择合适的支承方式,选用高刚度,小摩擦力矩,高运转精度的轴承,并保证支承座有足够的刚度:滚珠丝杠副的支承按其限制丝杠轴的轴向窜动情况,分为三种形式,如表2—1所示:

(2)制动装置由于滚珠丝杠副的传动效率高,又无自锁能力,故需安装制动装置以满足其传动要求,特别是当其处于垂直传动时:图2—13所示为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠的制动装置示意图:

当机床工作时,电磁铁线圈4通电吸住压簧3,打开摩擦离合器5:此时步进电动机1接受指令脉冲,将旋转

运动通过减速齿轮2传动,滚珠丝杠6旋转,转换为主轴箱7垂直方向的移动:当步进电动机l停止转动时,电磁铁线圈也同时断电,在压簧3作用下摩擦离合器5被压紧,使滚珠丝杠不能自由转动,则主轴箱就不会因自重而下滑了:

7.润滑和密封

(1)润滑 润滑剂可提高滚珠丝杠副的耐磨性和传动效率:润滑剂分为润滑油,润滑脂两大类:润滑油为一般机油或90~180号透平油或140号主轴油,可通过螺母上的油孔将其注入螺纹滚道;润滑脂可采用锂基油脂,它加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内:

(2)密封滚珠丝杠副在使用时常采用一些密封装置进行防护,为防止杂质和水进入丝杠(否则会增加摩擦或造成损坏),对于预计会带进杂质之处按图2—14所示使用波纹管(右侧)或伸缩罩(左侧),以完全盖住丝杠轴:对于螺母,应在其两端进行密封,如图2—15所示,密封防护材料必须具有防腐蚀和耐油性能:

8.精度等级

滚珠丝杠螺母副的精度分成CO,C1,c2,C3,C5,C7,C8等7个等级,最高精度为c0级,最低精度为c8级:系统设计时可参考相应的产品说明书进行标注:[摘自《直线运动系统产品说明书}THK(日本东京)]

9.滚珠丝杠副的设计计算

设计滚珠丝杠副时,已知条件是:工作载荷F(N)或平均工作载荷F:(N),使用寿命Lh(h),丝杠的工作长度(或螺母的有效行程)L(m),丝杠的转速n(平均转速nm或最大转速n…)(r/min),以及滚道硬度HRC

和运转情况:设计步骤及方法如下:

1)计算载荷F:(N)的计算Fc=KFKHKAFM (2—2)

式中,KF为载荷系数;KH为硬度系数;KA为精度系数;FM为平均工作载荷:各项参数按表2—2选取:

4)验算传动效率,刚度及工作平稳性是否满足要求,不能满足要求的禁忌使用,应另选其他规格并需重新验算:

范文五：滑动丝杠螺母机构的可靠性设计

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滑动丝杠螺母机构的可靠性设计

滑动丝杠螺母机构的可靠性设计

第19卷 第1期2000年 1月机械科学与技术

MECHANICALSCIENCEANDTECHNOLOGY

文章编号:100328728(2000)0120019202

Vol.19 No.1Jan 2000

α

滑动丝杠螺母机构的可靠性设计

莫文辉,

张敏树

(武汉化工学院,湖北 武汉 430073)

莫文辉

摘 要:应用应力2强度干涉模型,性、稳定性、刚度、强度的可靠性设计。关 键 词:滑动

丝杠螺母;中图分类号:TH:A

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引 言

,广泛应用于各种机床的进给运动。丝杠螺母机构分为滑动丝杠螺母机构、滚动丝杠螺母机构和静压丝杠螺母机构。载荷、材料的强度、零件的几何尺寸等都是随机变量,对丝杠螺母机构进行可靠性设计是符合实际的。本文仅研究了滑动丝杠螺母机构的可靠性设计。

1 应力2强度干涉模型

2 耐磨性的可靠性设计

丝杠所受轴向力为Q??Q。已知螺纹头数K,导程

?Sdhl

,螺纹中径d?,螺纹的工作高度h?,螺母全长l?。S?S2?d2?h2?l21111

下偏差。则它?S2、?S1、?d2、?d1、?h2、?h1分别为它们的上、们的均值和标准差为Λ3 Q=Q

ΡQ=?Q??Λs=(2S ?S2 ?S1)??2,Ρs=(?S2-?S1)??6Λd2=(2d2 ?d2 ?d1)??2,Ρd2=(?d2-?d1)??6Λh=(2h ?h2 ?h1)??2,Λl=(2l ?l2 ?l1)??2,

Ρh=(?h2-?h1)??6

Ρl=(?l2-?l1)??6

应力2强度干涉模型是可靠性设计的基本理论。把应力

与强度的分布密度函数画在同一坐标系中,两分布密度函数有部分重叠——干涉,这是工程中大量出现的情况。设应力Y、强度X均为正态随机变量,概率密度函数分别为

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2ΠΡy

f(x)=

平均单位面积压力的均值和标准差为

(ΠΛP=ΛKΛd2ΛhΛl)QΛS??ΡP=

2

ΠKΛd2ΛhΛl

2

22

2

ΡQ 22224Ρd

ΠKΛhΛlΛd222

2ΠΡx

exp-

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http://www.51wendang.com/ 2

22Ρx

22222

22224Ρh 22224Ρ2l

ΠKΛd2ΛlΛhΠKΛd2ΛhΛl

ΠKΛd2ΛhΛl

22

ΡS

式中Λy、Λx及Ρy、Ρx分别为Y及X的均值和标准差。

相应的可靠度为

221??(Ρx)2)R=5((Λx-Λy)?? Ρy 可靠性研究中所述的强度与应力具有更一般的意义,

凡是产品各种形式的工作值,如应力、压力、变形量、磨损量等,泛称为应力,将产品所能承受

这些工作值的能力——功能参数的极限值泛称强度。

设 Z=m(x)=m(x1,x2,…,xn)并用Λ表示(Λx1,Λx2,…,Λxn)。

函数m(x)的均值为

(1)ΛZ?m(Λx1,Λx2,…,Λxn) 函数m(x)ΡZ?

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2

平均单位面积许用压力[P]的范围(Pmin,Pmax)见文献

[4]及机床设计手册,它的均值和标准差为

Λ[P]=(Pmin Pmax)??2 Ρ[P]=(Pmax-Pmin)??6 耐磨性的可靠度为

21??2

(Ρ2R1=5((Λ[P]-ΛP)??[P] ΡP)

刚度的可靠性设计 3

丝杠所受轴向力(受压或受拉)为Q??Q,受扭矩为?tL

http://www.51wendang.com/doc/a1fa5e7a7d80adba6756aec7,丝杠全长L?,螺纹内径

Mn??Mn。已知丝杠螺距t?t2?L211

?d

。弹性模量E的变化范围是(Emin,Emax),扭转弹性模量d1?d43

G的变化范围是(Gmin,Gmax),变化范围查机床设计手册。

?

i=1

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http://www.51wendang.com/ n

2

2

??x=ΛΡxi

xi

(2)

按内径d1计算的丝杠截面积F的均值和标准差为

2222

ΛF=ΠΛd??4,ΡF=(ΠΛd1??4)Ρd

11

按内径d1计算的丝杠截面极惯性矩的均值和标准差为

α

收稿日期:19981211

作者简介:莫文辉(1969-),男(汉族),湖北十堰人,武汉化工学院讲师,硕士

第1期莫文辉等:滑动丝杠螺母机构的可靠性设计

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http://www.51wendang.com/ 42262

ΛJ0=ΠΛd??32,ΡJ=(ΠΛd1??64)Ρd

101

53

其它均值和标准差为

Λ3 Q=Q ΡQ=?Q??ΛMn=M

n

24

21.122d2

22

()ΡQc=ΡΚ 304-1.12ΛΛdΡ2Κdss164112

ΡMn??3Mn=?

Ρt=(?t2-?t1)??6

Ρd1=(?d4-?d3)??6ΡL=(?L2-?L1)??6ΡE=(Emax-Emin)??6ΡG=(Gmax-Gmin)??6

Λt=(2t ?t1 ?t2)??2

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http://www.51wendang.com/ Λd1=(2d1 ?d3 ?d4)??2

(2L ?L2 ?L1)??Λ2L=

ΛE=(Emin Emax)??2://www.51wendang.com/doc/a1fa5e7a7d80adba6756aec7

对于强度极限大于等于480MPa的优质碳素钢,临界

载荷的均值和标准差为

2

(461-2.57ΛΚ)ΠΛΛd??4Qc=s1

24

22.572ΠΛd2

22

()ΡQc=ΡΚ 461-2.57ΛΛdΡ2Κdss164112

ΛG=(Gmin Gmax)??2

稳定性的可靠度为

221??(ΡQ)2)R3=5(

(Λ ΡQQ-)??c

[1]中转轴强

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,。

在丝杠全长L内的总变化量?的均值和标准差为

Mt?Λ?=?ΛL ΛEΛF2ΠΛGΛJ0

22222222

222222

24ΡE 24ΡF Ρ?=22ΡQM2222t

ΛFΛFΛEΛEFG4GΛJ02 ΛE

22222

2 ΡG 22424ΠΛJ0ΛG4ΠGJ00

?ΛEΛF2ΠΛGΛJ0

22

ΡL

(可参已知丝杠允许的螺距累积误差的均值Λ?′、标准差Ρ?′

考机床设计手册)。

刚度的可靠度为

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1??2)

(Ρ2R2=5((Λ?′-Λ?)?? Ρ2?′?)4 稳定性的可靠性设计

考虑诸多随机因素的影响,本文研究了滑动丝杠螺母

机构的可靠性设计。可靠性设计能定量地回答滑动丝杠螺母机构在使用中的失效概率或可靠度,具有一定的工程实用价值。

[参考文献]

[1] 卢玉明.机械零件的可靠性设计[M].北京:高等教育出版

社,1989

[2] 武汉工学院等.汽车可靠性设计[M].北京:机械工业出版

已知丝杠所受轴向压力为Q??Q,丝杠

http://www.51wendang.com/doc/a1fa5e7a7d80adba6756aec7的工作长度为。l1?l43

Λ3 Q=Q ΡQ=?Q??

Λl1=(2l1 ?l3 ?l4)??2Ρl1=(?l4-?l3)??6 丝杠危险剖面的惯性矩的均值和标准差为

426

(ΠΛI=ΠΛd??64 Ρ2Λd1??256)??Ρd1I=1

丝杠危险剖面的惯性半径为j,若丝杠危险剖面面积F

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2

=Π4,则j的均值和标准差为d1??

2

Λj=Λd1??4 Ρ216j=Ρd1??

?l

社,1990

上 [3] 金属切削机床设计编写组[M].金属切削机床设计.上海:

海科学技术出版社,1986

[4] 濮良贵.机械设计[M].北京:高等教育出版社,1990

ReliabilityDesignoftheMechanism

ofSlidingLeadscrewNut

MOWen2hui,ZHANGMin2shu

(WuhanInstituteofchemicalTechnology,

Wuhan430073)

Abstract:Reliabilitydesignofthemechanismofsliding

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leadscrewnutisstudiedbyusingthestress2strength.Itincludesreliabilitydesignofinte

rferencemodelwear

resistance,

stability,

static

stiffness

and

strength.

Keywords:Slidingleadscrewnut;ReliabilityDesign

柔度Κs的http://www.51wendang.com/doc/a1fa5e7a7d80adba6756aec7均值标准差为(n1为长度系数)

ΛΚ=s

n1Λlj

Ρ2=Κs

Λj

22

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Ρ2l1

2

n21ΛlΛ4j

Ρ2j

当Κs?100时,临界载荷的均值和标准差为

2

ΛI?? (n1Λl1)2 ΛQc=ΠΛE

2

ΡQ=c

222

Ρ Ρ Ρl1

(n1Λl1)4E(n1Λl1)4In14

4

2

4

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2

4

2

2

当ΚMPa的普通s

碳素钢,临界载荷的均值和标准差为

2

(304-1.12ΛΚ)ΠΛΛd??4Qc=s1

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