精密机械滑动丝杆原理及参数

1.电磁振动料斗工作原理：选择激励频率实现机械共振阻尼因素：亚共振状态效果最佳2.结构参数设计●振动角β●螺旋升角α●弹簧偏角●料斗外径D外●通道螺距t●料斗高度H3.弹性系统设计●系统刚性与固有频率●振动相当质量；●频率比λ●弹簧参数（d、h、b）上次课程主要内容：36/01rR1丝杠螺母机构第5章精密丝杠螺母机构本章主要内容：1.滑动丝杠、螺母传动机构设计及应用2.滚珠丝杠、螺母传动机构设计及应用学习过程注意的问题：●螺纹传动设计相关知识●螺纹传动制造工艺知识（材料、加工、热处理、装配调试）●螺纹传动精度评价36/022丝杠螺母机构螺纹主要功能及应用：●连接、紧固●管道接口密封●传动（运动、动力）基础知识2：精密丝杠、螺母机构应用特征●旋转、直线运动转换●小负荷、高精度●小、微量运动传递36/03基础知识1：螺杆、螺母结构3丝杠螺母机构滚珠丝杆滑动丝杆1.机构特点及应用（1）螺纹常用牙形如图梯形螺纹——牙形角α=30°36/04§5.1滑动丝杠螺母机构4丝杠螺母机构大径D(d)小径D1(d1)中径D2(d2)主要内容：①传动方案②精度分析③支撑结构④材料选择●结构简单、紧凑，加工方便●降速比大（自锁）、运动平稳●便于保证和提高传动精度●摩擦阻力相对大，传动效率低●存在侧向间隙，有反向空程●微量、低速进给有爬行现象36/05（2）滑动丝杠副结构特点5丝杠螺母机构螺纹副应用的局限1）四种基本传动（见P158表5-1；1-4图）●丝杠转动，螺母轴向移动●丝杠转动并轴向移动，螺母静止●丝杠轴向移动，螺母转动●丝杠静止，螺母转动并轴向移动传动方案选择的依据，应根据具体设备功能、结构的传动需要。36/06（3）滑动丝杠螺母传动的应用6丝杠螺母机构差动传动机构用于高精、微量进给，多数情况包含两个不等螺距的滑动丝杠副。●丝杠转动并轴向移动，螺母轴向差动（两套丝杠副，见表中图5）●丝杠转动无轴向移动，螺母转动并轴向移动（两套丝杠副，见表中图6）●丝杠转动轴向静止，螺母转动并轴向差动（一套丝杠副）第一节概述2）差动传动36/077丝杠螺母机构2.滑动螺母结构精密机械传动中，常用滑动螺母结构有螺母（普通）、半螺母两种结构。●螺母（普通）结构紧凑，接触刚性好，传动精度高，但装配调整较前者麻烦。●半螺母结构简单，方便装配调试，但由不对称结构导致加工困难、受力偏心等缺陷。836/08半螺母应用齿形误差3.滑动丝杠螺母传动精度分析（1）传动精度主动件实际转角和从动件实际位移保持理论关系的准确程度。（2）造成误差的主要因素●丝杠、螺母的制造误差●支承及导向部分误差●安装误差36/099丝杠螺母机构TL36036/10（3）从动件传动误差分析上述三大因素造成机构运动输出的误差，该综合误差可表达为：10丝杠螺母机构输出误差周期误差综合误差累积误差安装误差相关零件误差基础件、支撑件等偏斜、错位等径向轴向螺纹线4.提高传动精度的方法分析表明，欲提高螺旋副零件传动精度，其关键在于提高主要零件的制造精度，但实践中制造精度往往受到工艺及经济条件的制约。基本思路：在保证一定零件精度的前提下，通过完善结构来消除或减少传动误差。例如：●采用可调节结构●增加补偿结构等36/1111丝杠螺母机构36/12（1）误差补偿机构1）螺距误差的机械补偿在每一旋转周期内，用专门机构使螺母在移动的过程中获得设定的附加转角，用以弥补因螺距误差（温度误差）的影响。例：如图5-8，凸轮补偿结构●测量螺母运动位置的实际误差●设计直线凸轮（靠模）●导杆摆动使螺母偏转产生附加转角。12丝杠螺母机构凸轮螺母丝杠导杆36/13本补偿方案评价：用机械方法进行误差补偿受诸多因素影响，存在一定局限，仅用于特殊场合。存在的问题：●机械凸轮本身的制造精度如何保证？●跟踪系统的复杂程度滚动摩擦——相关零件精度滑动摩擦——运动磨损●实际空间的可行性●经济性——辅助机构的性价比13丝杠螺母机构36/142）累积误差的电气系统补偿利用实时采集的反映位移误差的数字信号，反馈驱动执行机构，从而使螺母获得准确的附加补偿角。常用执行机构动力：高精度步进电机、伺服电机等控制电机。关键问题：补偿机构的设计——涉及机构中零件的制造精度、安装精度、数字信号采集精度等。14丝杠螺母机构36/15（2）消除或减小轴向跳（窜）动丝杠转动过程的轴向跳动将造成周期误差，可采取球形端面定位，减小轴肩接触面积的方法。15丝杠螺母机构车床小拖板（刀架）进给机构球面定位36/16（3）螺母与滑块的合理连接合理选择丝杠副从动件（螺母）的连接方式，减轻丝杠轴线与机构执行件滑动方向不平行对传动误差的影响。●直接连接●浮动连接●弹性连接16丝杠螺母机构（4）消除或减少螺旋传动空程空程现象：丝杠转动方向改变时，需要丝杠反转某一角度后，螺母才开始反向移动。形成的原因：●丝杠与螺母的配合间隙●丝杠安装（轴承处）存在轴向间隙●丝杠副从动件与滑动件连接处间隙36/1717丝杠螺母机构消除间隙的常用方法：1）单面接触法施加一定的单向主动力，使驱动面始终单向接触。油缸弹簧重锤36/1818丝杠螺母机构主动力2）径向调节法在螺母上设计不同结构，使螺母产生径向收缩，以减小传动副间隙。36/1919丝杠螺母机构螺栓收紧外套螺母收紧螺母开口，形成弹性中经，安装后调整。3）轴向调节法利用双螺母轴向预紧消除传动副间隙。36/2020丝杠螺母机构4）塑料螺母聚乙烯或聚酰胺(尼龙)制成的塑料螺母结构。用金属压圈压紧，利用塑料的弹性变形来消除间隙。此结构简单，耐磨性好，且不需润滑。36/2121丝杠螺母机构塑料螺母调节螺母（5）丝杠支承丝杠支承是丝杠螺母机构中的重要组成部分，它的结构形式和安排布置，对传动精度影响也很大。基本形式：滑动轴承、滚动轴承、轴承组合基本要求：传动过程不会造成丝杠副产生过大的轴向和径向跳动。36/2222丝杠螺母机构静止丝杠支撑滚动、滑动轴承座滑动轴承支承一般结构：支座、浮动座、轴瓦36/2323丝杠螺母机构内孔壁加工润滑沟槽关键问题：润滑滚动轴承支承常用标准件类型：36/2424丝杠螺母机构6.精密丝杠机构应用实例见P170图5-24照相机座平移驱动系统。驱动力：手动或电机传动系统：齿轮副、螺纹副输出运动：直线往返36/2525丝杠螺母机构7.丝杠传动设计基本步骤丝杠设计方法与机床主轴相似，不同之处是丝杠上螺纹的牙形角、螺距、直径、螺纹公差的设计。（1）螺纹牙型选择1）普通公制螺纹牙形角60度，用于小型、轻载、短距离一般精度传动。由于不易保证零件精度，较少使用。36/2626丝杠螺母机构2）梯形螺纹梯形螺纹牙形角为30度。传动效率高、强度大、螺距大(最小直径为10mm，最小螺距为2mm)。螺距小时，制造困难，而且不能磨削，故不易得到高精度丝杠。各类螺纹传动装置多数采用不同等级的梯形螺纹，其他牙形如三角（普通公制）、矩形、锯齿形等仅用于无严格位置要求的场合。36/2727丝杠螺母机构（2）螺距选择精密仪器设备常用尺寸。的梯形螺纹(T)螺距：2、3、4、5、6mm……普通公制螺纹(M)螺距:0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、1.75mm……设计依据：实际需要、参考同类型设备初选传动、移动速比等。36/2828丝杠螺母机构螺距P（3）丝杠直径1）类比法：参考同类型设备的丝杠直径，并按所设计的设备具体情况确定。2）计算法：缺少同类型设备参考，或需要验算初选的丝杠直径。依据：耐磨性、刚度、稳定性、强度36/2929丝杠螺母机构phZdFp2内螺纹表面压力：丝杠中径：phFtphFtd56.02)(2dH（4）螺母长度H（长径比系数——ψ）螺母长度：（5）丝杆螺纹长度L螺纹满足行程L行程要求。（6）丝杠、螺母公差内、外螺纹公差等级、尺寸公差等级、相应的表面质量等。36/3030丝杠螺母机构2dHmmHLL行程螺纹整体结构：ψ=1.2-1.5分体结构：ψ=2.5-3.5●大径与小径无接触●保证配合必须控制中径尺寸的变动量。（2）顶径误差●外螺纹大径d；●内螺纹小径D1（3）牙形半角36/31（1）中径误差（作用、单一中径）2右左零件表面质量：精度5、6级——Ra0.8-1.6精度7、8级——Ra1.6-3.2精度9、10级——Ra3.2以上国家标准规定的格式：36/32螺纹公差的标注：GB/T20666-2006例：M20X2左－6H/5g6g－S旋合长度外螺纹顶径公差带外螺纹中径公差带内螺纹中径和顶径公差带左旋螺距公称直径牙型代号螺纹副36/338.材料及热处理（P153：表5-4）材料选择依据：●机械性能（强度、耐磨）●热处理性能●加工工艺性●经济性螺杆：强度高、耐磨性好、工艺性好常用材料：45、50、40Cr（合金结构钢）9Mn2V（合金工具钢）热处理：调质（淬火+高温回火）硬度：洛氏（HRA/HRB/HRC）布氏（——HBS）维氏（——HV）丝杠热处理硬度：结构钢：220-280HBS合金钢工具：35-45HRC螺母：材料原始特性强度变形36/34螺母：性能要求：耐磨性、减摩性好如：铸铁、黄铜、铍青铜、锡青铜、双金属、聚四氟乙烯（非金属）等。常用工艺：机械加工、粉末冶金、特种铸造等。主要指标：许用压强[p]（P172：表5-3）phZdFp235/36丝杠传动设计小结：●根据设备功能确定传动方式；●采用适当的结构方式补偿，以提高螺纹传动副的精度。如各类补偿系统（机、电）；●用调节机构消除运动件间隙；●由一定荷载导致螺母变形，与螺杆的无隙配合称为自适应螺纹，不影响螺旋传动精度。●上述仅为滑动丝杠参数设计基本程序，相应结构设计与《机械设计》相同。思考：如何继续后续的结构设计？思考题：P187:1、236/3636丝杠螺母机构