丝杠螺母传动机构.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111两种。(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。①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。②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