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滚珠丝杠副安装
装配钳工
技师论文
滚珠丝杠副的安装
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滚珠丝杠副的安装
滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动,或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。
滚珠丝杠由螺杆、螺滚珠丝杠它的功能是将旋转运动转化成直线运动,这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展,这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。
由于具有很小的摩擦阻力,滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
摘要:
安装 润滑传动
滚珠丝杠副的安装
引言:
滚珠丝杆螺母副(简称滚珠丝杆副)是回转运动与直线运动相互转换的理想传动装置,它的结构特点是具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠(作为中间传动元件),以减少摩擦。
其工作原理是:
在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽,当把它们套装在一起时可形成螺旋滚道,并且滚道内填满滚珠,当丝杠相对于螺母做旋转运动吋,两者间发生轴向位移.而滚珠则可沿着滚道滚动.减少摩擦阻力.滚珠在丝杠上滚过数圈后,通过回程引导装置(回珠器).逐个滚回到丝杠和螺母之间.构成一个闭合的回路管道。
滚珠丝杠的结构:
滚珠丝杠副的结构传统分为内循环结构(以圆形反向器和椭圆形反向器为代表)和外循环结构(以插管为代表)两种。
这两种结构也是最常用的结构。
这两种结构性能没有本质区别,只是内循环结构安装连接尺寸小;外循环结构安装连接尺寸大。
目前,滚珠丝杠副的结构已有10多种,但比较常用的主要有:
内循环结构;外循环结构;端盖结构;盖板结构。
滚珠丝杠原理:
1、按照国标GB/T17587.3-1998及应用实例,滚珠丝杠(目前已基本取代梯形丝杆,已俗称丝杆)是用来将旋转运动转化为直线运动;或将直线运动转化为旋转运动的执行元件,并具有传动效率高,定位准确等
2、当滚珠丝杠作为主动体时,螺母就会随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动,被动工件可以通过螺母座和螺母连接,从而实现对应的直线运动。
滚珠丝杠的特点:
1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3
滚珠丝杆的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。
与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。
在省电方面很有帮助。
2、高精度的保证
滚珠丝杆是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的,特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度·湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。
3、微进给可能
滚珠丝杆由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。
4、无侧隙、刚性高
滚珠丝杆可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。
5、高速进给可能
滚珠丝杆由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。
◎精度公差:
C10,C7,C5,C3,C2,C1--数字越小,精度越高。
◎世界主要滚珠丝杆生产制造商:
台湾ZTPM正攀滚珠丝杆,台湾上银hiwin滚珠丝杆,台湾ABBA滚珠丝杆,台湾PMI滚珠丝杆,中国南京工艺滚珠丝杆,韩国SBC滚珠丝杆、日本THK滚珠丝杆、日本NSK滚珠丝杆,德国STAR滚珠丝杆等......
滚珠丝杠副的4种安装方式
1-电动机 2-弹性联轴器 3-轴承 4-滚珠丝杠 5-滚珠丝杠螺母 6-同步带轮 7-弹性胀紧套 8-锁紧螺钉 滚珠丝杠副滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。
滚珠丝杠副有多种结构型式。
按滚珠循环方式分为外循环和内循环两大类。
外循环回珠器用插管式的较多,内循环回珠器用腰形槽嵌块式的较多。
按螺纹轨道的截面形状分为单圆弧和双圆弧两种截形。
由于双圆弧截形轴向刚度大于单圆弧截形,因此目前普遍采用双圆弧截形的丝杠。
按预加负载形式分,可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧。
数控机床上常用双螺母垫片式预紧,其预紧力一般为轴向载荷的1/3。
滚珠丝杠副与滑动丝杠螺母副比较有很多优点:
传动效率高、灵敏度高、传动平稳:
磨损小、寿命长;可消除轴向间隙,提高轴向刚度等。
滚珠丝杠螺母传动广泛应用于中小型数控机床的进给传动系统。
在重型数控机床的短行程(6m以下)进给系统中也常被采用。
1.滚珠丝杠副的安装数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度,除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外,滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。
螺母座及支承座都应具有足够的刚度和精度。
通常都适当加大和机床结合部件的接触面积,以提高螺母座的局部刚度和接触强度,新设计的机床在工艺条件允许时常常把螺母座或支承座与机床本体做成整体来增大刚度。
为了提高支承的轴向刚度,选择适当的滚动轴承也是十分重要的。
国内目前主要采用两种组合方式。
一种是把向心轴承和圆锥轴承组合使用,其结构虽简单,但轴向刚度不足。
另一种是把推力轴承或向心推力轴承和向心轴承组合使用,其轴向刚度有了提高,但增大了轴承的摩擦阻力和发热而且增加了轴承支架的结构尺寸。
近年来国内外的轴承生产厂家已生产出一种滚珠丝杠专用轴承,这是一种能够承受很大轴向力的特殊向心推力球轴承,与一般的向心推力球轴承相比,接触角增大到60º,增加了滚珠的数目并相应减小滚珠的直径。
这种新结构的轴承比一般轴承的轴向刚度提高了两倍以上,而且使用极为方便,产品成对出售,而且在出厂时已经选配好内外环的厚度,装配时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧,就能获得出厂时已经调整好的预紧力。
滚珠丝杠副安装方式通常有以下几种:
(1)双推一自由方式 如图8-8a所示,丝杠一端固定,端自由。
固定端轴承同时承受轴向力和径向力。
这种支承方式用于行程小的短丝杠。
(2)双推一支承方式 如图8-8b所示,丝杠一端固定,另一端支承。
固定端轴承同时承受轴向力和径向力;支承端轴承只承受径向力,而且能作微量的轴向浮动,可以避免或减少丝杠因自重而出现的弯曲。
同时丝杠热变形可以自由地向一端伸长。
(3)双推一双推方式 如图8-8c所示,丝杠两端均固定。
固定端轴承都可以同时承受轴向力和径向力,这种支承方式,可以对丝杠施加适当的预拉力,提高丝杠支承刚度,可以部分补偿丝杠的热变形。
(4)采用丝杠固定、螺母旋转的传动方式 如图8-8d所示,此时,螺母一边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动:
由于丝杠不动,可避免受临界转速的限制,避免了细长滚珠丝杠高速运转时出现的种种问题。
螺母惯性小、运动灵活,可实现的转速高。
此种方式可以对丝杠施加较大的预拉力,提高丝杠支承刚度,补偿丝杠的热变形。
2.滚珠丝杠副的防护和润滑
(1)滚珠丝杠副的防护 滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样,应避免硬质灰尘或切屑污物进入,因此必须装有防护装置。
如果滚珠丝杠副在机床上外露,则应采用封闭的防护罩,如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式
套管等。
安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面,另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。
如果滚珠丝杆副处于隐蔽的位置,则可采用密封圈防护,密封圈装在螺母的两端。
接触式的弹性密封圈采用耐油橡胶或尼龙制成,其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状;接触式密封圈的防尘效果好,但由于存在接触压力,使摩擦力矩略有增加。
非接触式密封圈又称迷宫式密封圈,它采用硬质塑料制成,其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反,并稍有间隙,这样可避免摩擦力矩,但防尘效果差。
工作中应避免碰击防护装置,防护装置一有损坏应及时更换。
(2)滚珠丝杠副的润滑 润滑剂可提高耐磨性及传动效率。
润滑剂可分为润滑油和润滑脂两大类。
润滑油一般为全损耗系统用油:
润滑脂可采用锂基润滑脂。
润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内,而润滑油则经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。
每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次,清洗丝杠上的旧润滑脂,涂上新的润滑脂。
用润滑油润滑的滚珠丝杠副,可在每次机床工作前加油一次。
3.滚珠丝杠副在高速数控机床上的应用高速加工是面向21世纪的一项高新技术,它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在航天航空、汽车工业、模具制造、光电工程和仪器仪表等行业中获得了越来越广泛的应用,并已取得了重大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分。
为了实现高速加工,首先要有高速数控机床。
高速数控机床必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统,才能实现材料切削过程的高速化。
为了实现高速进给,国内外有关制造厂商不断采取措施,提高滚珠丝杠的高速性能。
主要措施有:
1)适当加大丝杠的转速、导程和螺纹头数。
目前常用大导程滚珠丝杠名义直径与导程的匹配为:
40mm×20mm,50mm×25mm,50mm×30mm等,其进给速度均可达到60m/min以上。
为了提高滚珠丝杠的刚度和承载能力,大导程滚珠丝杠一般采用双头螺纹,以提高滚珠的有效承载圈数。
2)改进结构,提高滚珠运动的流畅性。
改进滚珠循环反向装置,优化回珠槽的曲线参数,采用三维造型的导珠管和回珠器,真正做到沿着内螺纹的导程角方向将滚珠引进螺母体中,使滚珠运动的方向与滚道相切而不是相交。
这样可把冲击损耗和噪声减至最小。
3)采用“空心强冷”技术。
高速滚珠丝杠在运行时由于摩擦产生高温,造成丝杠的热变形,直接影响高速机床的加工精度。
采用“空心强冷”技术,就是将恒温切削液通入空心丝杠的孔中,对滚珠丝杠进行强制冷却,保持滚珠副温度的恒定。
这个措施是提高中、大型滚珠丝杠高速性能和工作精度的有效途径。
4)对于大行程的高速进给系统,可采用丝杠固定、螺母旋转的传动方式。
此时,螺母一边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动,由于丝杠不动,可避免受临界转速的限制,避免了细长滚珠丝杠高速运转时出现的种种问题。
螺母惯性小、运动灵活,可实现的转速高。
5)进一步提高滚珠丝杠的制造质量。
通过采用上述种种措施后,可在一定程度上克服传统滚珠丝杠存在的一些问题。
日本和瑞士在滚珠丝杠高速化方面一直处于国际领先地位,其最大快速移动速度可达60m/min,个别情况下甚至可达90m/min,加速度可达15m/s2。
由于滚珠丝杠历史悠久、工艺成熟、应用广泛、成本较低,因此在中等载荷、进给速度要求并不十分高、行程范围不太大(小于4~5m)的一般高速加工中心和其他经济型高速数控机床上仍然经常被采用。
TIMKEN中型系列TIMKEN紧定螺钉锁紧S系列TIMKEN紧定螺钉锁紧Y系列TIMKEN
滚珠丝杠的支承主要有以下四种,由于支承方式不同,使容许轴向载荷及容许回转转速也有所不同。
固定---固定适用于高转速,高精度。
固定---支承适用于中等转速,高精度。
支承---支承适用于中等转速,中精度
固定---自由适用于低转速,中精度,短轴丝杠
滚珠丝杠副在安装时应注意以下事项:
滚珠丝杠副仅用于承受轴向负荷。
径向力、弯矩会使滚珠丝杠副产生附加表面接触应力等不良负荷,从而可能造成丝杠的永久性损坏。
因此,滚珠丝杠副安装到机床时,应注意:
·丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行,机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线;
·安装螺母时,尽量靠近支撑轴承;
·同样安装支撑轴承时,尽量靠近螺母安装部位。
滚珠丝杠副安装到机床时,请不要把螺母从丝杠上拆卸下来。
但在必须螺母卸下来的场合时,要使用比丝杠底径小0.2~0.3mm的安装辅助套筒。
(如图)
将安装辅助套筒推至螺纹起始端面,从丝杠上将螺母旋至辅助套筒上,连同螺母、辅助套筒一并小心取下,注意不要使滚珠散落。
安装顺序与拆卸顺序相反。
必须特别小心谨慎的安装,否则螺母、丝杠或者其它内部零件可能会受损或掉落,导致滚珠丝杠传动系统的提前失效。
滚珠丝杠副的预压方式:
为防止造成丝杠传动系统的任何失位,保证传动精度,消除任何可能的轴向背隙并能增加刚性,要提高螺母的接触刚度,必须施加一定的预压力。
(1)双螺母预压方式
此预压由两螺母间之预压片产生,"拉伸预压"是由过大的预压片有效的挤压分开螺母。
"压缩预压"是由过小预压片,再以螺栓将螺母拉在一起。
拉伸预压是雄联精密级滚珠丝杠最常使用的方式。
然而也能依您的需求制造压缩预压滚珠丝杠。
以预压片尺寸调整预压方式
(2)单螺母预压方式
单螺母有两种预压方式其中一种称为"增大钢珠直径预压方式"。
此种方式内的钢珠比珠槽空间大(过大钢珠)使钢珠产生4点接触,如图8.3所示。
另一种称为"变位导程预压方式"如图8.3所示。
在螺母节距上有δ值的偏移。
这种方式用来取代传统双螺母预压方式,并在较短螺母长度及较小预压力下拥有较高刚性。
然而此方式不适用于太高预压力。
最好将预压力设计在5%动负荷以下。
数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度,除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外,滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。
螺母座、丝杠端部的轴承及其支承加工的不精确性和它们在受力之后的过量变形,都会对进给系统的传动刚度带来影响。
因此,螺母座的孔与螺母之间必须保持良好的配合,并应保证孔对端面的垂直度,在螺母座上应当增加适当的筋板,并加大螺母座和机床结合部件的接触面积,以提高螺母座的局部刚度和接触刚度。
滚珠丝杠的不正确安装以及支承结构的刚度不足,还会使滚珠丝杠的使用寿命大为下降。
为了提高支承的轴向刚度,选择适当的滚动轴承也是十分重要的。
国内目前主要采用两种组合方式。
一种是把向心轴承和圆锥轴承组合使用,其结构虽简单,但轴向刚度不足。
另一种是把推力轴承或角接触球轴承和向心轴承组合使用,其轴向刚度有了提高,但增大了轴承的摩擦阻力和发热,而且增加了轴承支架的结构尺寸。
国外出现了一种滚珠丝杠专用轴承,其结构如图5-42所示。
这是一种能够承受很大轴向力的特殊角接触滚珠轴承,与一般角接触滚珠轴承相比,接触角增大到60°,增加了滚珠的数目并相应减小了滚珠的直径。
这种新结构的轴承比一般轴承的轴向刚度提高两倍以上,而且使用极为方便。
产品成对出售,而且在出厂时已经选配好内、外环的厚度,装配时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧,就能获得出厂时已经调整好的预紧力。
在支承的配置方面,对于行程小的短丝杠可以采用悬臂的单支承结构。
当滚珠丝杠较长,为了防止热变形所造成丝杠伸长的影响,希望一端的轴承同时承受轴向力和径向力,而另一端的轴承只承受径向力,并能够作微量的轴向浮动。
由于数控机床经常要连续工作很长时间,因而应特别重视摩擦热的影响。
目前也有一种两端都用止推轴承固定的结构,在它的一端装有碟形弹簧和调整螺母,这样既能对滚珠丝杠施加预紧力,又能在补偿丝杠的热变形后保持近乎不变的预紧力。
用在垂直升降传动或水平放置的高速大惯量传动中,由于滚珠丝杠不具有自锁性,当外界动力消失后,执行部件可在重力和惯性力作用下继续运动,因此通常在无动力状态下需要锁紧,其锁紧装置可以由超越离合器和电磁摩擦离合器等零件组成。
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