滚珠丝杠螺母副的结构简图
滚珠丝杠螺母副的支承方式
滚珠丝杠螺母副的支承方式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副本身的刚度外，滚珠丝杠的正确安装及支承结构的刚度也是不可忽视的因素：滚珠丝杠常用推力轴承支座，以提高轴向刚度(当滚珠丝杠的轴向负载很小时，也可用角接触球轴承支座)，滚珠丝杠在数控机床上的安装支承方式有以下几种。
(1)一端装推力轴承(固定一自由式)。
如图3-15所示，这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，只适用于短丝杠，一般用于数控机床的调节或升降台式数控铣床的立向(垂直)坐标中。
(2)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承(固定一支承式)。
如图3-16所示，这种方式可用于丝杠较长的情况。
应将推力轴承远离液压马达等热源及丝杠上的常用段，以减少丝杠热变形的影响。
(3)两端装推力轴承(单推一单推式或双推一单推式)。
如图3—17所示，把推力轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，这样有助于提高刚度，但这种安装方式对丝杠的热变形较为敏感，轴承的寿命较两端装推力轴承及向心球轴承方式低。
(4)两端装推力轴承及深沟球轴承(固定一固定式)。
如图3-18所示，为使丝杠具有最大的刚度，它的两端可用双重支承，即推力轴承加深沟球轴承，并施加预紧拉力。
这种结构方式不能精确地预先测定预紧力，预紧力的大小是由丝杠的温度变形转化而产生的。
但设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架刚度。
近年来出现一种滚珠丝杠轴承，其结构如图3-19所示。
这是一种能够承受很大轴向力的特殊角接触球轴承，与一般角接触球轴承相比，接触角增大到60。
，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两倍以上，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，装配调试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，使用极为方便。
精密机械滚珠丝杠结构PPT课件
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3. 滚珠丝杠副结构
外循环
滚珠丝杠副结构特点：
●螺纹滚道型面的形状
内循环
●滚珠的循环方式
●轴向间隙和调整预紧机构
根据丝杠传动不同的使用条件，其结构特点 存在一定差异，设计与选用时应予以注意。
关键问题：滚道形状、滚珠循环方式、调整机构
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（1）螺纹滚道法向截型 综合考虑精度、结构、工艺等问题，目前
公称直径d0 基本导程L0 接触角β
滚珠直径db 圆弧偏心距e
螺纹大径d 螺纹小径d1 压顶圆角r2
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螺纹大径D 螺纹小径D1
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6.滚珠丝杠副的选用
（1）按疲劳寿命
1）滚动丝杠副损坏过程
●滚珠与滚道型面间产生接触应力 ●应力状态为循环 ●循环应力将造成滚珠或滚道疲劳点蚀 ●缺陷扩大导致振动和噪音，直到失效
螺母 丝杠
滚珠
循环装置
滚动丝杠螺母内含 滚珠返回通道，保 持滚珠循环工作。
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2. 滚珠丝杠机构的特点
除滑动丝杠传动的一般特点外，滚珠 丝杠副还具有如下特点：
（1）传动效率高（0.96），启动力矩小 （2）传动精度高（微米级） （3）具有传动的可逆性，不能自锁 （4）寿命长，维护简单 （5）制造工艺复杂，成本高
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2）代号和标记方法
国家标准规定，滚珠螺旋副的代号和标记
方法如下：
例： C D M 50 10 □－3－P 3 精度等级 类型（P或T） 负荷钢珠圈数 旋向，右旋省略 公称导程 公称直径
结构特征
预紧方式 循环方式
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5.滚珠丝杠副主要参数设计
滚珠丝杆副装配调整
(3)两端装推力轴承 如图9-17c所示, 把推力轴承装在滚珠丝杠的两 端, 并施加预紧力, 有助于提高传动刚度, 但这种安装方式对丝杠的 热变形较为敏感。
(4)两端装推力轴承及深沟球轴承 如图9-17d所示, 为了提高丝杠的 刚度, 它的两端采用双重支承, 即推力轴承和深沟球轴承, 并施加预 紧力。
图1－9 丝杠水平方向与导轨 的平行度误差
数控机床滚珠丝杆副的装配调整
图1－10 轴承座孔轴心线与导 轨的平行度误差（垂直方向）
图1－11 轴承座孔轴心线与导轨 的平行度误差（水平方向）
数控机床滚珠丝杆副的装配调整
轴组的装配
一、滚动轴承游隙的调整（参阅精密轴承装配讲义） 二、滚动轴承的预紧 1)成对使用角接触球轴承的预紧。
由于数控机床的进给运动是数字控制的直接对象, 被加工工件的最终 位置精度和轮廓精度都与进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性有关。 摩擦阻力小、传动精度和传动刚度高、传动零件的惯量小、系统具有适 度阻尼、稳定性好、寿命长、使用维护方便。 3. 滚珠丝杠副
普通丝杠副采用滑动摩擦, 滚珠丝杠副采用滚动摩擦。因此, 滚珠丝杠 副的传动要比普通丝杠副灵敏且传动效率高。
二、二维工作台的装配与调整
2.二维工作台的机械装配步骤 （3） 轴承安装完成
二、二维工作台的装配与调整
2.二维工作台的机械装配步骤 （4） 用游标卡尺测量两轴承座的中心高、直线导轨、等高块的高度进行记录，并计算差值
。
二、二维工作台的装配与调整
• 2.二维工作台的机械装配步骤
（5） 将轴承座安装在丝杆上。
双柱横梁式镗床、龙门创床，龙 门铣床、立式车床等机床的横梁
滚珠丝杠
1.1滚珠丝杠副原理及其结构特点：1.1.1滚珠丝杠副原理滚珠丝杠副是数控机床中常用的功能部件，它是由滚珠丝杠、滚珠螺母、和滚珠，反向器组成的部件。
可以将旋转运动转变为直线运动，或者将直线运动转换为旋转运动。
滚珠丝杠副中的滚动体是滚珠[6]图1-1 滚珠丝杠副结构滚珠丝杠副的结构原理图（图1-1）：组成：主要由丝杠、螺母、滚珠及滚道（回珠器）、螺母座等组成。
工作原理：在丝杠和螺母上加工有弧形的螺旋槽，当丝杠被带动运动时，丝杠与螺母间的滚珠会沿着滚道滚动，而且，为了防止滚珠从滚道中滚出，在螺母上设有返回器，使其做周而复始地循环运动。
滚珠螺母一般由两段组成，以消除间隙及提高刚度和传动精度。
另外，滚珠丝杠副还有个擦拭器，它可以将异物在滚珠丝杠部件中清除掉，并使丝杠保持有效润滑。
擦拭器可延长滚珠丝杠的使用寿命并且提高其可靠性。
1.1.2滚珠丝杠副特点：滚珠丝杠副相对滑动丝杠副，其具有如下特点[6]：（1）传动效率高：滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%～98%，为传统的滑动丝杠系统的2～4倍。
（2）运动平稳：滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。
（3）高精度滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。
（4）高耐用性钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。
（5）同步性好由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。
（6）高可靠性与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。
在特殊场合可在无润滑状态下工作。
（7）无背隙与预紧采用歌德式（Gothic arch）沟槽形状、轴向间隙可调整得很小，也能轻便地传动。
滚珠丝杠的结构及安装
滚珠丝杠的结构及安装一、滚珠丝杠结构1、滚珠丝杠副的种类与结构滚珠丝杠螺母副：是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性。
工作原理是：当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，如图3—4—1和图3—4—21—返向器2—螺3—丝杠4—滚珠（a）单圆弧（b）双圆弧图3—4—1滚珠丝杠副图3—4—2 螺纹滚道型面按滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式两种。
1）内循环式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3—4—3。
在螺母的侧面孔内，装有接通相邻滚道的反向器，利用反向器引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。
一般在同一螺母上装有2—4个反向器，并沿螺母圆周均匀分布。
优缺点：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，但制造精度要求高。
图3—4—3 内循环示意图1—凸键2、3—反向键2）外循环式外循环方式的滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外做循环运动。
如图3—4—4，（a）为螺旋槽式外循环（b）为插管式外循环。
优缺点：结构简单、制造容易、但径向尺寸大，且弯管两端耐磨性和抗冲击性差。
图3—4—4 外循环示意图（a）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滚珠；4—挡珠器；5—丝杠（b）插管式：1—弯管；2—压板；3—丝杠；4—滚珠；5—滚道2、滚珠丝杠副的结构参数滚珠丝杠副的主要参数有：公称直径D、导程L和接触角β。
1）公称直径D：是指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。
它与承载能力直接有关，常用范围为30—80mm，一般大于丝杠长度的1/35—/30。
2）导程L：导程的大小要根据机床加工精度的要求确定，精度高时，导程小一些；精度低时，导程大些。
但导程取小后，滚珠直径将取小，使滚珠丝杠副的承载能力下降；若滚珠直径不变，导程取小后，螺旋升角也小，传动效率将下降。
螺母旋转式滚珠丝杆
螺母旋转式滚珠丝杆简介当长滚珠丝杠高速旋转时，一旦长径比达到该轴尺寸的自然谐波，它就会开始振动。
这称为临界速度，可能对滚珠丝杠的使用寿命非常不利。
（安全运行速度不应超过螺杆临界速度的80％）一、旋转式螺母内部结构● 旋转方向零间隙 / 高定位精度螺母外筒与钢珠接触角为 45 °採轴承 DF（面对面组合）型设计，可以吸收组装时之误差，自动调整同心，并可承受较大的轴向负荷及高精度组装。
● 高速性 / 运行顺畅旋转系列螺杆皆为高导程设计，可高速平滑流畅的运动。
● 低噪音 / 高刚性透过高精密研磨技术让钢珠在螺帽内平顺的沿切线方向行走，减少因阻滞而产生的噪音及摩擦力，旋转外套设计成 4 列滚道（比传统的旋转式螺母多 2 列），大大提高刚性及使用寿命。
● 安装简便 / 节省空间螺帽与轴承外套一体成型，组装时只需将螺丝与轴承外套锁定在支撑座上即可，十分简便。
● 小型化因螺母与支撑轴承爲一体化结构，能实现既高精度又小型化设计。
螺母旋转式适用于水平多关节机械手臂（SCARA)、产业用机器人、别墅电梯、自动装载机、龙门铣床、雷射加工机、雕刻机、搬送装置、産业用机器人地轨、立体停车库、机械加工中心的ATC 装置、自动据料机、自动上下料机械手等二、旋转式螺母滚珠丝杆组合形式旋转式滚珠螺杆是在螺母的外径上加装专用的旋转外套使之运转动作，通过让螺母旋转或停止的动作，实现线性直线模式运动。
● 【F 型】带油孔旋转式滚珠螺杆，螺母结构跟 BLR 型相似，自带油孔使旋转式螺母与滚珠螺杆保持润滑，适合高速、高密封性作业设备。
● 【L 型】旋转式滚珠花键则是在花键外筒的外径上加装专用的旋转外套，使之运转动作。
有效提高滚珠花键的扭力矩、稳定性。
通过让外筒旋转或停止的运作，实现旋转模式运动。
● 【B型】旋转式滚珠螺杆花键则可通过让螺帽 / 外筒旋转或停止的运作，只用一根轴就能够进行 3 种（旋转、螺旋、直线）模式的运动。
三、旋转式螺母滚珠丝杆安装方式1.旋转式螺母安装规范2..旋转式螺母BLR/FSY型安装结构示例3..旋转式螺母BNS型安装示例及运动方式四、旋转式螺母滚珠丝杆应用图例1..旋转式螺母悬臂式应用图例2..旋转式螺母龙门式安装应用图例3..旋转式螺母生产流水线应用图例。
第2章：滚珠丝杠螺母副
2.2 机械传动部件的选择与设计
一、机械传动部件及其功能要求
传动的目的：传递转矩与转速。 传动方式：螺旋传动、齿轮传动、 同步带传动、非线性传动等 对传动机构的要求： 1）精密化 2）高速化 3）小型化、轻量化
二、丝杠螺母传动
丝杠螺母机构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。丝杠螺母机构主要分为滑动丝杠 螺母机构和滚珠丝杠螺母机构。 a）滑动丝杠螺母机构： 优点： a) 结构简单 b) 加工方便 c) 成本低 d)具有自锁功能 缺点： a) 摩擦阻力较大 b)传动效率低(30%~40%)
特点：
预紧力小，轴承寿命较高， 适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统
3）单推-单推式
推力轴承分别装在滚 珠 丝杠的 两端 并施 加 预 紧力。 其特 点是 轴 向刚度高
特点： 轴向刚度较高，预紧力大，寿命低
4）双推-双推式
两端分别安装推力轴 承 与深沟 球轴 承的 组 合 ，并施 加预 紧力 ， 其轴向刚度高。
第二节 机械传动部件的选择与设计
2.1 机械系统部件的设计要求
机电一体化系统不仅仅是一个机电系统，更是一个自动 控制系统，因此要有快速性、准确性和稳定性。 机电一体化系统对机械系统的要求： 高定位精度、良好的动态响应
机 械 系 统
传动部件
线性传动：齿轮、丝杠螺母、蜗轮蜗杆 非线性传动：连杆机构、凸轮机构
半闭环进给系统，根据定位精度和重复定位精 度的要求可选用1、2、3级；
一般传动可选用4、5级； 全闭环系统可选用2、3、4级。
5、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧
轴向间隙调整的目的：
保证反向传动精度
预紧目的：
提高刚度
采用方法：
滚珠螺母副
一端装止推轴承
这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低， 这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短 丝杠， 丝杠，如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐 标中。 标中。
( 2) 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承 双推 简 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承(双推-简 支)
一端装止推轴承， 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承
滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定， 滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定，另一自由端装向 心球轴承。为了减少丝杠热变形的影响， 心球轴承。为了减少丝杠热变形的影响，止推轴承的安装位置 应远离热源(如液压马达 及丝杠上的常用段。 如液压马达)及丝杠上的常用段 应远离热源 如液压马达 及丝杠上的常用段。
A D
A B
C
D
A
优点：其结构紧凑，定位可靠， 优点：其结构紧凑，定位可靠，刚性 返回滚道短，不易发生滚珠堵塞； 好，பைடு நூலகம்回滚道短，不易发生滚珠堵塞；缺 是结构复杂，制造较困难， 点：是结构复杂，制造较困难，不能用于 多头螺纹。 多头螺纹。
外循环
插管式 回珠器
外循环方式
插管式 回珠器
每一列钢珠转几圈后经插管回珠器返回。 每一列钢珠转几圈后经插管回珠器返回。插管式回珠器 插管回珠器返回 位于螺母之外，称为外循环。 位于螺母之外，称为外循环。 优点： 外循环结构制造工艺简单;缺点 缺点： 优点： 外循环结构制造工艺简单 缺点：其滚道接缝处很难做得 平稳性， 卡珠现象 平滑，影响滚珠滚动的平稳性 甚至发生卡珠现象，噪声也较 平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较 大。
滚珠丝杠螺母副的组成： 滚珠丝杠螺母副的组成：
带螺纹槽的丝杠 带螺纹槽的螺母 滚珠 反向器
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滚珠丝杠螺母副结构图及其工作原理本次观察了实训车间的数控车床、数控铣床、加工中心，作为它们进给伺服
系统机械传动结构中的滚珠丝杠螺母副的结构都是一样的。
滚珠丝杠螺母副的结构原理图
·组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。
·工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。
而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。
回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。
特点：
·传动效率高：机械效率可高达92%~98%。
·摩擦力小：主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。
·轴向间隙可消除：也是由于滚珠的作用，提高了系统的刚性。
经预紧后可消除间隙。
·使用寿命长、制造成本高：主要采用优质合金材料，表面经热处理后获得高的硬度。
滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的成为外循环（如图b），始终与丝杠保持接触的成为内循环（如图a）。
(a) 内循环（b）外循环
(1)外循环外循环是常用的一种外循环方式。
这种结构是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。
再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔。
另外，在螺母内进出口处各装一挡珠器，并在螺母外表面装一套筒，这样构成封闭的循环滚道。
外循环结构制造工艺简单，使用较广泛。
其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。
(2)内循环内循环均采用反向器实现滚珠循环，数控机床反向器有两种型式。
圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽。
反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键定位，以保证对准螺纹滚道方问。
扁圆镶块反向器，反向器为一半圆头平键形镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽。
两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的栏手向尺寸及缩短了轴向尺寸。
滚珠丝杆螺母副的消隙
·双螺母垫片调隙：
修磨垫片厚度消隙
滚珠丝杆螺母副采用双螺母结构（类似于齿轮副中的双薄片齿轮结构）。
通过改变垫片的厚度使螺母产生轴向位移，从而使两个螺母分别与丝杆的两侧面贴合。
当工作台反向时，由于消除了侧隙，工作台会跟随CNC的运动指令反向而不会出现滞后。
·双螺母螺纹调隙：
用锁紧螺母消隙
差齿式调整法
图示为利用两个锁紧螺母调整预紧力的结构。
两个工作螺母以平键与外套相联，其中右边的一个螺母外伸部分有螺纹。
当两个锁紧螺母转动时，正是由于平键限制了工作螺母的转动，才使得带外螺纹的工作螺母能相对于锁紧螺母轴向移动。
间隙调整好后，对拧两锁紧螺母即可。
结构紧凑，工作可靠，应用较广。
·双螺母齿差调隙：
两个工作螺母的凸缘上分别切出齿数为Z1、Z2的齿轮，且Z1、Z2相差一个齿，即： Z2-Z1=1，两个齿轮分别与两端相应的内齿圈相啮合，内齿圈紧固在螺母座上。
设其中的一个螺母Z1转过一个齿时，丝杆的轴向移动量为S1，则有：
Z1:1=T:S1 则S1=T/Z1
如果两个齿轮同方向各转过一个齿，则丝杆的轴向位移为：ΔS=S1-S2=T/Z1-T/Z2=T/Z1Z2
种反向器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高。