星空体育·(中国)官方网站机电一体化--机械系统设计（2）一端固定、一端游动（F－S）如图214所示，固定端采用深沟球轴承2和双向推 力球轴承4，可分别承受径向和轴向负载， 螺母1、挡圈3、轴肩、支承座5台肩、端盖7 提供轴向限位，垫圈6可调节推力轴承4的轴 向预紧力。游动端需要径向约束，轴向无约 束。采用深沟球轴承8，其内圈由挡圈9限位， 以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸 缩。

　　JB3162.2-91《滚珠丝杠副精度》标准规定分为7 个等级：1，2，3，4，5，7，10。1级最高。 滚珠丝杠副的标注采用汉语拼音字母、数字及 汉字，各制造厂略有不同。例如：FFZD40 5-3D3／1400×900（南京工艺制造设备厂），表示 浮动式内循环、法兰与直筒螺母组合垫片预紧、 标称直径40mm，基本导程5mm、承载滚珠总圈 数为3圈、D级精度、检验1～3项，右旋、丝杠 全长1400mm、螺纹长度900mm。

　　当传动负载小时，可采用双片薄齿轮 错齿调整法，使两片薄齿轮的齿侧分别紧 贴齿条的齿槽两相应侧面，以消除齿侧间 隙。 当传动负载大时，可采用双齿轮调 整法。如图2—7.

　　转动偏心轴套1可以调整两啮合齿轮的中心距，从 而消除直齿圆柱齿轮传动的齿侧间隙及其造成的换 向死区。这种方法结构简单，但侧隙调整后不能自 动补偿。

　　两个啮合的直齿圆柱齿轮中一个采用宽齿轮，另一 个由两片可以相对转动的薄片齿轮组成。装配时使 一片薄齿轮的齿左侧和另一片的齿右侧分别紧贴在 宽齿轮齿槽的左右两侧

　　3、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。

　　1．转动惯量小 在不影响机械系统刚度的前提下， 传动机构的质量和转动惯量应尽量减小。否则， 转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增 大，系统响应速度降低，灵敏度下降，系统固有 频率减小，容易产生谐振。所以在设计传动机构 时应尽量减小转动惯量星空体育。 2．刚度大 刚度是使弹性体产生单位变形量所需 的作用力。大刚度对机械系统而言是有利的：① 伺服系统动力损失随之减小。②机构固有频率高， 超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。⑧增 加闭环伺服系统的稳定性。

　　（1）一端固定、一端自由（F－O）如图213所示，其固定端轴向、径向都需要有约束， 采用圆锥滚子轴承3、5。轴承外圈由支承座 4的台肩轴向限位，内圈由螺母1、2及轴肩 轴向限位。两轴承采用背靠背组配方式，可 增大轴承间的有效支点距离，可承受双向的 轴向载荷和径向载荷，并有较大的承受倾斜 力矩的能力。这种结构只能用于短丝杠或竖 直安装的丝杠，在水平安装时，两轴承3、5 之间的距离要尽量大一些。

　　d为丝杠外径；d1为丝杠内径； d0为滚珠直径； p为丝杠导程；λ为螺旋升角；R为螺纹滚道半径； e为偏心距；a为接触角，一般为45°； r3为螺纹牙顶圆角半径。

　　2．精度等级 JB316.2—82 《滚珠丝杠副精度》标准 规定分为六个等级：C、D、E、F、G、H．C级最高， H级最低。滚珠丝杠副精度包括各元件的制造精度和 装配后的综合精度。为提高经济性，按实际使用的 精度要求，在每一精度等级内再分项，用以规定各 精度等级的检查项目。表2-3列出导程精度的检验项 目。未指定的检验项目，其误差值不超过下一等级 的规定值，H级不作规定。 设计选用时，应根据传动机构的精度（如定位精度、 重复精度等）要求，选择滚珠丝杠副的精度等级。 各类型机械精度等级的要求可参考表2-4。

　　1．垫片调整法 H=△· β Cot 间隙△ , H为垫片厚度, β为螺旋角 结构简单，但在使用时往往需要反复测试 齿轮的啮合情况，反复调节垫片的厚度才 能达到要求，而且齿侧间隙不能自动补偿 2．轴向压簧调整法(图2-4) 该方法是用弹簧3的轴向力来获得薄片斜 齿轮l、2之间的错位，错齿消除间隙.

　　2、制动装置 由于滚动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2-16所示为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠的制 动示意图。当机床工作时，电磁铁线接受指令 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的垂直方向的移动。当步进电 动机1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被正紧，使滚珠丝杠不能自由 转动，则主轴箱就不会因自重而下滑。

　　5．使用寿命长 滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运 动，磨损极小，长期使用后仍能保持其精度。其 寿命一般比滑动丝杠要高5～6倍。 6．不能自锁 特别是垂直安装的丝杠，当运动 停止后，螺母将在重力作用下下滑，故常需设 置制动装置。 7．制造工艺复杂 滚珠丝杠和螺母等零件加工精 度、表面粗糙度要求高，制造成本高。

　　由于滚珠丝杠副独特的性能而受到极高的评价， 因而成为数控机床、精密机械、各种省力机械设备 及各种机电一体化产品中不可缺少的传动机构。

　　(三)滚珠丝杠副轴向间隙的调整 和施加预紧力的方法 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。 单螺母式滚珠丝杠副的轴向间隙达0.05mm。 双螺母预紧消除轴向间隙时应注意以下两点： 1）预紧力大小必须合适，预紧力应不超过最大轴 向负载的1/3。 2）要特别注意减小丝杠安装部分和驱动部分的间 隙。

　　（3）两端固定（F－F）如图2-15所示，两 端固定方式的支承为减少丝杠因自重的下垂 和补偿热膨胀，应进行预拉伸。两端各采用 一个推力角接触球轴承，外圈限位，内圈分 别用螺母进行限位和预紧；调节轴承的间隙， 并根据预计温升产生的热膨胀量对丝杠进行 预拉伸。只要实际温升不超过预计的温升， 这种支承方式就不会产生轴向间隙。

　　尼越大，其最大振幅就越小且衰减也越快，但大 阻尼也会使系统的稳态误差增大、精度降低。所 以设计时，传动机构的阻尼要选择适当. 此外要求摩擦小(提高机构的灵敏度)、抗振性好 (提高机构的稳定性)、间隙小(保证机构的传动精 度)，特别是其动态特性应与伺服电动机等环 节的动态特性相匹配.

　　受外界环境的影响星空体育，抗干扰能力强。  此外还要求机械系统具有较大的刚度、良好的 可靠性和重量轻、体积小、寿命长。

　　（3）齿差调隙式（图2-11） 在两个螺母的凸缘上个制有圆柱外齿轮（齿数为z1， z2，且z2－z1=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。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z1=99，z2=100，p=6mm，则 △s=0.6μ m。可见，该形式的调整精度很高星空体育，工作可 靠，但结构复杂，加工和装配工艺性能较差。

　　1．传动效率高 效率高达90%~95%，耗费的能 力仅为滑动丝杠的1/3。 2．运动具有可逆性 既可将回转运动变为直线 运动，又可将直线运动变为回转运动，且逆传 动效率几乎与正传动效率相同。 3．系统刚度好 通过给螺母组件内施加预压来 获得较高的系统刚度，可满足各种机械传动要 求，无爬行现象，始终保持运动的平稳性和灵 敏性。 4．传动精度高 经过淬硬并精磨螺纹滚道后 的滚珠丝杠副本身就具有很高的制造精度，又 由于摩擦小，丝杠副工作时温升和热变形小， 容易获得较高的传动精度。

　　1、支承方式的选择 为了保证滚珠丝杠副传 动的刚度和精度，应选用高刚度、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： 一端固定、一端自由（F-O） 一端固定、一端游动（F-S） 两端固定（F-F） 表2-5分别列出各形式的特点。

　　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2-8a的反向器和图b 的挡珠器，它们与螺纹滚道形成循环问路，使滚珠在螺母 滚道内循环。

　　由于齿轮传动的瞬时传动比为常数，传动精确度 高，可做到零侧隙无回差，强度大能承受重载， 结构紧凑，摩擦力小和效率高等原因，齿轮传动 副成为在机电一体化机械系统中使用最多的传动 机构

　　机电一体化产品往往要求传动机构具有自动变向功 能，这就要求齿轮传动机构必须采取措施消除齿 侧间隙，以保证机构的双向传动精度。

　　结构紧凑，工作可靠，调整方便，应用广，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

　　机电一体化机械系统是由计算机信息网络协调与控 制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力 学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统。其 核心是由计算机控制的，包括机械、电力、电子、 液压、光学等技术的伺服系统，它的主要功能是完 成一系列机械运动。 每一个机械运动可单独由控制电动机、传动机构和 执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由 计算机协调和控制，以完成其功能要求。因此机电 一体化机械系统的设计要考虑产品的总体布局、机 构选型、结构造型的合理化和最优化。

　　系统的精度不能满足要求，则无论机电一体化产品 系统工作再精确，也无法完成其预定的机械操 作。

　　执行指令指定的任务之间的时间间隔。这样控制系 统才能及时根据机械系统的运行情况得到信息, 下 达指令，使其准确地完成任务。