精密机械滑动丝杆原理及参数
滚珠丝杆的原理
滚珠丝杆的原理嘿，小伙伴们！今天咱们来聊一聊滚珠丝杆这个超级有趣的东西的原理哦。
你可以把滚珠丝杆想象成一个超级特别的“旋转滑梯”。
丝杆呢，就像是滑梯的轨道，不过这个轨道是有螺纹的。
而那些滚珠呢，就像是在滑梯上欢快滚动的小弹珠。
通常呀，滚珠丝杆有一个螺杆和一个螺母。
螺杆就是那条长长的、带有螺纹的轴，螺母则是套在螺杆上、里面也有相应螺纹的部件。
当我们转动螺杆的时候，就像是在转动滑梯的支撑结构。
这时候，滚珠就开始发挥大作用啦。
滚珠位于螺杆和螺母之间的螺旋滚道里，这些滚道就像是为滚珠量身打造的小跑道。
由于滚珠是圆溜溜的，它们可以在滚道里轻松地滚动。
那这一滚动有啥神奇之处呢？你想啊，要是没有滚珠，螺母在螺杆上移动的时候，就像是一个没有轮子的箱子在粗糙的地面上被拖着走，摩擦力会超级大。
可是有了滚珠，就好比给这个箱子装上了超级顺滑的轮子。
当螺杆转动时，滚珠在滚道里滚动，同时带着螺母沿着螺杆的轴向移动。
这就像是小弹珠在旋转滑梯上滚动的时候，把滑梯上的小平台（螺母）也带着往前或者往后移动了。
从数据上来说呢，滚珠丝杆的效率可是相当高的。
相比于普通的丝杆，滚珠丝杆的摩擦系数可以降低到0.002 - 0.005之间。
这就意味着，在同样的动力下，滚珠丝杆能够更轻松地让螺母移动。
比如说，如果我们用同样大小的力去转动两种丝杆，滚珠丝杆的螺母可能就像坐了火箭一样，跑得又快又稳，而普通丝杆的螺母可能就慢吞吞的，还很吃力。
而且呀，滚珠丝杆的精度也非常高。
它能够精确地控制螺母的位移量。
就好比你用一把超级精准的尺子去测量东西，误差特别小。
这在很多精密的设备里是非常重要的。
比如说在数控机床里，如果没有滚珠丝杆这么高精度的部件，那加工出来的零件可能就会像小朋友画的歪歪扭扭的画一样，完全不符合要求呢。
滚珠丝杆就是靠着滚珠在螺杆和螺母的滚道里滚动，减少摩擦，实现高效、高精度的轴向运动的。
怎么样，是不是觉得这个小小的滚珠丝杆也有着大大的智慧呀？。
精密机械滚珠丝杠结构
平均荷载Fm计算：
Ca 3 L( ) F 60 n T L 10 6
单位寿命L
F n t F n t Fm n t n t 1 1 2 2 2 Fmax Fmin Fm 3 平均转速nm计算：
螺母 丝杠 滚动丝杠螺母内含 滚珠返回通道，保 持滚珠循环工作。 滚珠 循环装置
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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
单圆弧滚道
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双圆弧滚道
1）单圆弧型滚道
工艺简单，单螺母结构运行特性不够稳定； 采用的双螺母结构复杂，调试相对困难。
2）双圆弧型滚道
制造工艺复杂。接触刚性好，摩擦小，承载 能力较大，预紧或承载后接触角基本保持不变。 采用双圆弧截面滚道传动效率高，系统轴向 刚度稳定，可实现较小（无）的间隙传动，能获 得更高的传动精度。
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5.滚珠丝杠副主要参数设计 （1）方案（结构）选择 影响结构设计因素包括上述三个方面。
1）螺纹滚道型面的形状； 2）滚珠的循环方式； 3）轴向间隙和调整预紧机构。
主要考虑问题（依据）：
●承载和精度需求 ●预紧和调隙 ●润滑及防尘保护 ●加工工艺条件 ●防脱落限位
原理性问题：●防逆转
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7. 滚珠丝杠副的材料 (P186:表5-9)
滚珠丝杠材料涉及丝杠、滚珠、螺母，
由于理论上是滚动点接触，因此三者材料综 考虑调节因素，螺
滚珠丝杠工作原理
滚珠丝杠工作原理
滚珠丝杠是一种移动结构件，它由一根标准长度的丝杠和一定数量相连接的滚珠组成。
滚珠丝杠的工作原理是：当活动件（如机床轴或其他运动件）移动时，滚珠丝杠的滚珠会随之运动，产生运动的动能。
由于每一个滚珠都会产生一个相同的动能，当一组滚珠丝杠配合使用时，每个滚珠的动能会累积，从而提高动能的利用率。
此外，由于滚珠丝杠的活动部件可以在有效压缩下进行有效移动，所以它可以大大减少活动件的摩擦，使机械运动更加顺畅，大大提高机械性能。
而且，滚珠丝杠也可以用来改变传动轴的方向，它可以在90度或任意角度转动，可以在一定空间尺寸内节省空间，使机床结构更加紧凑。
精密机械滑动丝杆原理及参数
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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
丝杠螺母机构
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（5）丝杆螺纹长度 L螺纹 满足行程 L行程 要求。
L螺纹 L行程 H mm
（6）丝杠、螺母公差
整体结构：ψ=1.2-1.5 分体结构：ψ=2.5-3.5
内、外螺纹公差等级、尺寸公差等级、
相应的表面质量等。
丝杠螺母机构
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（1）中径误差（作用、单一中径）
●大径与小径无接触 ●保证配合必须控制 中径尺寸的变动量。
螺母 丝杠
（1）误差补偿机构
1）螺距误差的机械补偿 导杆 凸轮
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。
丝杠螺母机构
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机床丝杆的作用和工作原理
机床丝杆的作用和工作原理机床丝杆是机床上的一个重要部件，其作用是将电动机的旋转运动转化为机床工作台或工作台组的直线运动。
机床丝杆广泛应用于各种数控机床、数控车床、数控铣床、数控磨床以及其它机械设备的传动系统中。
其主要工作原理是依靠丝杆和螺母之间的摩擦力来实现旋转运动到直线运动的转换。
首先，机床丝杆由两个主要部分组成：丝杆和螺母。
丝杆是一种带有螺纹的轴状零件，螺纹通常是三角形或梯形的。
而螺母是一个带有螺纹的配件，通常用于与丝杆配合，使其能够进行旋转。
机床丝杆的工作原理是通过旋转丝杆上的驱动部分，从而使丝杆带动螺母进行沿着丝杆轴方向的直线运动。
具体过程是这样的：当电动机启动时，通过联轴器等装置将旋转运动传递给丝杆，丝杆开始旋转。
螺母固定在需要移动的部件上，当丝杆旋转时，螺母因与丝杆螺纹的配合关系产生摩擦力，从而受到丝杆的推动而沿着丝杆轴线方向进行直线运动。
机床丝杆的作用主要有以下几点：1. 实现机床工作台或刀架等部件的运动控制。
机床丝杆可以通过控制旋转运动来实现工作台或刀架等部件的直线运动，从而控制工件在加工过程中的位置和方向。
2. 提高加工精度和稳定性。
机床丝杆的运动传动结构简单、精度高、刚度好，能够有效地提高机床的加工精度和稳定性，保证加工零件的质量。
3. 实现机床的自动化和数控加工。
机床丝杆可以与数控系统相结合，通过精确的控制实现机床的自动化生产，提高生产效率和加工质量。
由于机床丝杆在机械加工中具有重要作用，因此在使用过程中需要注意以下几点：1. 保持机床丝杆的清洁和润滑。
机床丝杆在工作过程中会产生摩擦和磨损，因此需要定期清洁并添加润滑油脂，以减少磨损和延长使用寿命。
2. 定期检查机床丝杆的磨损和松动情况。
磨损严重或松动会影响机床丝杆的运动精度和稳定性，需要及时更换或紧固相关部件。
3. 避免机床丝杆过载工作。
过大的负载会严重影响机床丝杆的使用寿命和运动精度，因此在使用过程中需合理规划工作负荷，避免过载运行。
《丝杆工作原理》课件
通过电机或其他动力源驱动丝杆旋转，实现旋转运动 。
丝杆的直线运动
丝杆旋转时，螺母沿着丝杆轴线方向作直线运动，实 现直线运动。
转换原理
利用丝杆的螺旋线结构，将旋转运动转化为直线运动 ，或反之。
丝杆的精度与刚度
精度
丝杆的精度包括几何精度和运动精度 两个方面，直接影响机械系统的定位 精度和重复定位精度。
丝杆的噪音问题
总结词
丝杆在运转过程中产生的噪音可能影响设备的性能和操作者的舒适度。
详细描述
噪音问题可能是由于丝杆安装精度差、润滑不良、轴承损坏等原因造成的。解决这一问题需要检查丝杆的安装情 况和润滑状态，确保轴承运转正常；同时，可以采取消音措施来降低噪音。
THANKS
感谢观看
丝杆卡死通常是由于润滑不足、异物进入、过载使用等原因 造成的。为解决这一问题，需要定期对丝杆进行润滑保养， 确保工作环境清洁，避免过载使用，并定期检查丝杆的磨损 情况。
丝杆的精度丧失问题
总结词
精度丧失是指丝杆的传动精度下降，影响设备的性能和加工精度。
详细描述
精度丧失可能是由于丝杆磨损、安装精度差、温度变化等原因造成的。为恢复 精度，需要对丝杆进行重新安装和调整，确保安装精度符合要求；同时，对于 因磨损导致的精度丧失，可能需要更换新的丝杆。
丝杆按结构可分为滚珠丝杆和直线导轨，滚珠 丝杆由丝杆本体、螺母、滚珠和反向器组成， 直线导轨由滑块和直线导轨组成。
滚珠丝杆的滚珠在丝杆和螺母之间滚动，实现 旋转运动和直线运动的转换，而直线导轨的滑 块在导轨上滑动，实现直线运动。
丝杆的材料
丝杆常用的材料有不锈钢、碳钢、合金钢等，这些材料具有较高的强度和耐磨性 ，能够保证丝杆的长期稳定运行。
滚珠丝杆说明
滚珠丝杆说明一、简介滚珠丝杆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、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。
它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是艾克姆螺杆的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作。
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。
滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。
滚珠丝杠主要参数为：公称直径与导程。
二、原理1.按照国标GB/T17587.3-1998及应用实例，滚珠丝杠（已基本取代梯形丝杆，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。
滚珠丝杠轴承为适应各种用途，提供了标准化种类繁多的产品。
广泛应用于机床，滚珠的循环方式有循环导管式、循环器式、端盖式。
预压方式有定位预压（双螺母方式、位预压方式）、定压预压。
可根据用途选择适当类型。
丝杆有高精度研磨加工的精密滚珠丝杠（精度分为从CO-C7的6个等级）和经高精度冷轧加工成型的冷轧滚珠丝杠轴承（精度分为从C7-C10的3个等级）。
三、用途超高DN值滚珠丝杠：高速工具机，高速综合加工中心机端盖式滚珠丝杠：快速搬运系统，一般产业机械，自动化机械高速化滚珠丝杠：CNC机械、精密工具机、产业机械、电子机械、高速化机械精密研磨级滚珠丝杠：CNC机械，精密工具机，产业机械，电子机械，输送机械，航天工业，其它天线使用的致动器、阀门开关装置等螺帽旋转式（R1）系列滚珠丝杠：半导体机械、产业用机器人、木工机、雷射加工机、搬送装置等轧制级滚珠丝杠：低摩擦、运转顺畅的优点，同时供货迅速且价格低廉重负荷滚珠丝杠：全电式射出成形机、冲压机、半导体制造装置、重负荷制动器、产业机械、锻压机械。
THK滚珠丝杠
一、产品概述THK滚珠丝杠是一种高效的线性传动元件，广泛应用于机械制造、自动化设备及精密仪器等领域。
其设计旨在实现高精度、高效率的运动控制，能够满足各种工业应用的需求。
滚珠丝杠的工作原理是通过滚珠在丝杠和螺母之间的滚动来实现直线运动，具有摩擦小、效率高、使用寿命长等优点。
二、产品结构THK滚珠丝杠主要由丝杠、螺母、滚珠和导轨等部分组成。
丝杠是传递运动和力的主要部件，螺母则负责与丝杠配合，实现运动转换。
滚珠作为运动介质，减少了摩擦，提高了传动效率。
导轨则为滚珠丝杠提供了稳定的支撑，确保其在运动过程中的平稳性。
2.1 丝杠丝杠的材料通常采用高强度钢材，经过热处理和精密加工，确保其具有良好的强度和耐磨性。
丝杠的螺纹设计经过优化，以提高传动效率和承载能力。
2.2 螺母螺母内部设计有滚珠通道，能够容纳一定数量的滚珠。
螺母的材料同样采用高强度材料，经过精密加工，以确保与丝杠的配合精度。
2.3 滚珠滚珠是丝杠传动系统中的关键部件，其直径和材料的选择直接影响到传动的效率和稳定性。
THK滚珠丝杠使用的滚珠通常采用高硬度的钢球，具有良好的耐磨性和抗压能力。
2.4 导轨导轨为滚珠丝杠提供了稳定的运动轨迹，确保其在运行过程中的平稳性。
导轨的材料和加工精度对整个系统的性能有着重要影响。
三、产品特点THK滚珠丝杠具有多项显著特点，使其在各类应用中表现出色。
3.1 高效率由于滚珠在丝杠和螺母之间的滚动摩擦小，THK滚珠丝杠的传动效率相对较高，能够有效减少能量损耗，提高系统的整体效率。
3.2 高精度THK滚珠丝杠的制造工艺精良，确保了丝杠和螺母之间的配合精度，能够实现高精度的线性运动控制，满足精密加工和自动化设备的需求。
3.3 长寿命采用高强度材料和先进的热处理工艺，THK滚珠丝杠具有较长的使用寿命，能够在恶劣的工作环境中保持稳定的性能。
3.4 低噪音滚珠丝杠的设计使得其在运行过程中产生的噪音较低，适合于对噪音有严格要求的应用场合。
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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
丝杠螺母机构
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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
丝杠螺母机构
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基础知识1：螺杆、螺母结构
螺纹主要功能及应用：
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。
丝杠螺母机构
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（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
油缸
主
动 弹簧 力 重锤
丝杠螺母机构
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2）径向调节法
螺母开口，形成 弹性中经，安装 后调整。
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。
螺栓收紧
丝杠螺母机构
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外套螺母收紧
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3）轴向调节法 利用双螺母轴向预紧消除传动副间隙。
丝杠螺母机构
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4）塑料螺母
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，接半触螺刚母性应好用，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。
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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 L 36的0 准T 确程度。
误差，可采取球形端面定位，减小轴肩接
触面积的方法。
球面 定位
车床小拖板（刀架）进给机构
丝杠螺母机构
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（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
丝杠螺母机构
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2）差动传动
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
（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）
丝杠螺母机构
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2.滑动螺母结构
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。
塑料 螺母
调节 螺母
丝杠螺母机构
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（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。滚动、滑动轴承座
基本形式：
滑动轴承、滚动轴承、轴承组合
●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
丝杠螺母机构
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滚珠丝杆
滑动丝杆
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主要内容：
§5.1 滑动丝杠螺母机构 ①传动方案
②精度分析
1.机构特点及应用
③支撑结构
（1）螺纹常用牙形
④材料选择
丝杠螺母机构
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（3）滑动丝杠螺母传动的应用
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。
丝杠螺母机构
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第一节 概述
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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
丝杠螺母机构
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2）累积误差的电气系统补偿
基本要求：
螺母 丝杠
（1）误差补偿机构
1）螺距误差的机械补偿 导杆 凸轮
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。
丝杠螺母机构
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1.电磁振动料斗
上次课程主要内容：
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
R
r
●料斗外径D外●通道螺距t ●料斗高度H
3.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）
丝杠螺母机构
如图梯形螺纹——牙形角α=30°
大径D(d) 小径D1(d1) 中径D2(d2)
丝杠螺母机构
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（2）滑动丝杠副结构特点
●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
螺纹副应 用的局限
（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
丝杠螺母机构
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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。
（2）造成误差的主要因素
●丝杠、螺母的制造误差
齿形误差
●支承及导向部分误差
●安装误差
丝杠螺母机构
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（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： 周期误差
径向 轴向
综合误差
螺纹线
输
累积误差
出
相关零件
基础件、支
误
误差
撑件等
差
安装误差
偏斜、错位等
丝杠螺母机构