把止推轴承装在滚珠丝杠的两端并施加预紧力可以提高轴向刚度
机电一体化系统设计_第二章机械部件选择与设计
d) 弹簧式自动预紧调整
但结构复杂、轴向刚度较差、适合清载场合。
（3）选择滚珠丝杠副支承方式
为了提高滚珠丝杠传动副的支承刚度，从而提高传 动精度，滚珠丝杠副支承方式具有下属四种方式。
a) 单推--单推式支承
特点：两端止推轴承可使滚珠丝杆产生预拉伸力， 提高了丝杆安装刚度，预拉力越大，轴承寿命降低。
3）滚珠丝杠副的选择设计验算步骤
依据最大工作载荷(N)或平均工作载荷(N)作用下的使用寿命T(h)、 丝杆有效工作行程(mm)、丝杠转速(r/min)或平均转速(r/min)、滚 道硬度HRC以及工况等实际工作条件，进行一系列的验算。 〃 承载能力计算与滚珠丝杠副型号选择 在最大静载荷和动载荷条件下，进行弯曲强度、接触应力强度、 疲劳强度等验算，综合决定选择滚珠丝杠副型号。 〃 压杆稳定性验算或校核 压杆稳定性验算或校的基本要求是不影响滚珠丝杠副的精度和 变形附加载荷产生的摩擦阻力超过极限值。 〃 刚度验算 结构刚度（支承方式相关）和接触刚度（导轨滚道）。 **由此才能完成滚珠丝杠副的选择设计工作。
滚珠丝杠副的四种支承方式及其特点
（4）滚珠丝杠副的制动装置
作用：在垂直安装或在高速移动定位时，防止滚珠 丝杠副逆转发生不安全事故或定位不可靠（无自锁能 力）。 常用：超越离合器、双推式电磁离合器（制动器）。
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超越离合器
双推式电磁离合器
超越离合器的工作原理
超越离合器是利用主动件和从动件的转速变化或回转方 向变换而自动接合和脱开的一种离合器。当主动件带动从 动件一起转动时，称为结合状态；当主动件和从动件脱开 以各自的速度回转时，为超越状态。
超越离合器具有以下功能 a.在快速进给机械中实现快慢速转换、超越功能。 b.实现步进间隙运动和精确定位的分度功能。
机电一体化复习要点
1,机电一体化”一词的英文是“Mechatronics.Mechanics + Electronics“机电一体化”乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。
2,系统检的构成：机械系统，信息处理系统，动力系统，传感检测系统，执行元件系统3，工业三大要素：物质，能量，信息4，机电一体化系统具有的三大目的功能：变换功能，传递功能，储存功能5，接口：构成机电一体化系统的要素或子系统之间必须顺利地进行物质，能量和信息的传递与交换。
为此，各要素或个子系统处必须具备一定的联系条件，这些联系条件称为接口。
6,广义的接口功能有两种，一种是输入/输出；另一种是变换、调整。
7,接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。
8，根据接口的变换、调整功能，可将接口分成以下四种：零接口、无源接口、有源接口、智能接口。
9，根据接口的输入／输出功能，可将接口分成以下四种：机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。
10，机电一体化系统(产品)的主要特征是自动化操作。
11，与一般机械系统相比机电一体化系统要求：响应要快、稳定性要好。
12，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，主要从以下几个方面采取措施：1) 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件、2) 缩短传动链、3) 选用最佳传动比、4) 缩小反向死区误差、5) 改进支承及架体的结构设计以提高刚性。
13，对传动机构要求：精密化，高速化，小型轻量化14,机电一体化系统设计的现代设计方法：计算机辅助设计与并行工程，虚拟产品设计，快速响应设计，绿色设计，反求设计，网络合作设计15，步进电动机升降频的必要性及方法：当步进电动机的运行频率fb>fa(fa为步进电动机有载启动时的起动频率)时，若直接用fb起动，由于频率太高，步进电动机会丢步，甚至停转；同样，在fb频率下突然停止，步进电动机会超程。
因此，当步进电动机在运行频率fb下工作时，就需要升降频控制，以使步进电动机从起动频率fa开始，逐渐加速升到运行频率fb，然后进入匀速运行，停止前的降频可以看做是升频烦人逆过程。
数控机床滚珠丝杠和滚动轴承的预紧方法
M机床/附件/工装achine Tools/Accessories/Fixture冷加工2011年第11期53櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏了解，一些相对保守的厂家，则将夹持力损失1/2时作为最大转速的计算依据。
所以以上数据是否适用于大型重载的卡盘还有待试验验证。
为了便于操作者参考，根据式（1）我们给出了不同转速下，两种卡盘夹持力损失图（见图4）。
图4根据材料力学公式校核这两个卡盘在最大转速时薄弱点的强度（见图3），注意：此时对于A结构卡盘，计算薄弱点A1时，应当将整个卡爪座（包含增力丝杆）的质量计算为移动部件的质量；计算薄弱点A2时，应当将增力丝杆与卡爪的重量之和作为移动部件的质量。
此时对于B结构卡盘，应当将丝杆与卡爪的质量之和一起计算。
如果强度不够，应当考虑增加固定键的厚度，增加螺栓数量，采用高等级的螺栓等方法来增加强度。
根据滑动螺旋副结构来校核丝杆的强度、耐磨性能、稳定性。
保证使用性能的前提下，尽量使用短的丝杆。
（收稿日期：20110115）数控机床滚珠丝杠和滚动轴承的预紧方法济南四机数控机床有限公司（山东250101）徐赞王景晓徐公志滚珠丝杠和滚动轴承作为数控机床关键功能部件，其装配精度与装配质量在很大程度上决定于丝杠副系统刚性和定位精度及轴承的旋转精度和刚度，直接影响数控机床的加工精度。
为此，在数控机床的制造过程中，为了补偿因工作温度升高而引起丝杠的伸长和轴承轴向游隙引起的窜动，必须消除其轴向间隙，对其预加负荷拉伸进行预紧。
在设计制造过程中，为达到既能使丝杠拉伸，又能达到轴承预紧的目的，广泛采用预紧力技术消除滚珠丝杠和滚动轴承的间隙。
通常在丝杠轴台处及轴承与端盖间设计一个预紧套和调整垫，通过配磨预紧套和调整垫来达到丝杠拉伸及轴承预紧的目的，使丝杠达到最佳运行效果。
以我公司典型部件横进（见图1）为例，来探讨滚珠丝杠和滚动轴承的预紧方法。
第二章-机械系统部件的选择与设计
根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，可选择适当的结构
型式。当允许有间隙存在时(如垂直运动)可选用具有单圆弧形螺纹滚 道的单螺母滚珠丝杠副；当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需 要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；当具备良 好的防尘条件，且只需在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简
1．螺杆上两螺纹旋向相同时，活动螺母移动情况
距 离： 方 向：
L=N（Ph1-Ph2）减小 （固定螺母导程Ph1，活动螺母导程Ph2， ⑴
⑵ 螺杆转速Ｎ） Ph1> Ph2，活动螺母移向与螺杆移动同向； Ph1< Ph2，活动螺母移向与螺杆移动反向；
⑶ Ph1= Ph2 ，活动螺母不动（移动距离为零）。 2．螺杆上两螺纹旋向相反时，活动螺母移动情况 距 离： 方 向： L=N（Ph1+Ph2）增大； 活动螺母移动与螺杆移动同向
第二章 机械系统部件的选择与设计
第一节
机械系统部件的设计要求
为确保机械系绕的传动精度和工作稳定性，在设计中，常提出 无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等
要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施。
第一节
机械系统部件的设计要求
1)采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；
2)缩短传动链，提高传动与支承刚度；
常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。润滑脂一般在装配时
放进滚珠螺母滚道内定期润滑，而使用润滑油时应注意经常通过
注油孔注油。
三、 滚珠丝杠传动部件
防护套的形式有折叠式密封套、伸缩套管和伸缩挡板。其材料
有耐油塑料、人造革等。
三、 滚珠丝杠传动部件
三、 滚珠丝杠传动部件
8．滚珠丝杠副的选择方法
数控机床故障诊断复习题有答案
1、数控机床按控制运动轨迹可分为点位控制、（直线控制）和（轮廓控制）等几种。
2、数控机床的核心是（数控装置）其作用是处理输入信号并输出（指令）。
3、机床自运行考验的时间，国家标准GB9061-88中规定，数控车床为（16）小时，加工中心为（32）小时。
都要求（连续）运转。
4、数控机床内部干扰源主要来自（电控系统的设计），（结构布局）及生产工艺缺陷。
5、数控机床的进给伺服系统由（伺服电路）（伺服驱动）（机械传动机构）及执行部件组成。
6、干扰是指有用信号与噪声信号两者之比小到一定程度时，（噪声信号）影响到数控系统正常工作这一物理现象。
7、滚珠丝杆螺母副间隙调整方式：（垫片式）（螺纹式）（齿差式）。
8、步进电机的驱动电路一般有（环形分配器）和（功率放大器）两部分。
9、机械磨损曲线包含（磨合阶段）、（稳定磨损阶段）、（急剧磨损阶段）三个阶段组成。
10、数控机床的自动换刀装置中，实现（刀库）和机床（主轴）之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。
11、滚珠丝杠螺母副，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。
12、数控机床常用的刀架运动装置有：（四方转塔刀架）（机械手链式刀架）（转塔式刀架）。
13、数控机床故障分为（突发性故障）和（渐发性故障）两大类。
14、数控机床电路包括（主电路）、（控制电路）和信号电路。
15、导轨按其摩擦性质可以分为(滑动导轨)、(滚动导轨)和(静压导轨)三大类。
16、选择合理规范的(拆卸)和(装配)方法，能避免被拆卸件的损坏，并有效地保持机床原有精度。
17、数控功能的检验，除了用手动操作或自动运行来检验数控功能的有无以外，更重要的是检验其（稳定性）和（可靠性）。
18、提高开环进给伺服系统精度的补偿措施有（传动间隙）补偿和（螺距误差）补偿。
19、提高进给运动低速平稳性的措施有：降低（执行部件质量）减少（动静摩擦之差）提高（传动刚度）20、滚动导轨的预紧有两种方法，即采用（过盈配合）采用（调整元件）21、数控机床的可靠性指标有（平均无故障时间）、（平均故障排除时间）和（有效度）。
机电一体化系统设计
1、先进制造技术
先进制造技术（AMT－Advanced Manufacturing Technology）先进制造 技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理 等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、 使用Байду номын сангаас服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产， 并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。
系统的五个子系统及其功能
• 1 计算机（微机） • 2 执行元件 • 3 机构 • 4 传感器 • 5 动力源
控制功能 操作功能 构造功能 检测功能 动力功能
2、机电一体化相关技术
机械技术、微电子技术、信息技术、 控制技术、传感器技术、驱动技术、 计算机技术、软件技术
等多种学科的技术融合在一起，紧密结合在一起。
机电一体化系统设计步骤：
• 1明确任务 • 2调研 • 3方案拟定（设计） • 4机械部件设计 • 5电气控制硬件设计 • 6控制软件设计 • 7组织生产、调试 • 8改进设计 • 9整理资料
机电一体化机械系统（特点）要求
• 1低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。 • 2缩短传动链，提高传动与支承刚度。 • 3最佳传动比，减少系统等效转动惯量，提高加
• 1)单推一单推式 • 2)双推一双推式 • 3)双推一简支式 • 4)双推一自由式
1)单推一单推式
• 止推轴承分别装在滚珠丝杠的两端并施加预紧 力。其特点是轴向刚度较高，预拉伸安装时， 预紧力较大，但轴承寿命比双推一双推式低。
2)双推一双推式
• 两端分别安装止推轴承与深沟球轴承的组合，并施加 预紧力，其轴向刚度最高。该方式适合于高刚度、高 转速、高精度的精密丝杠传动系统。但随温度的升高 会使丝杠的预紧力增大，易造成两端支承的预紧力不 对称。
自动化设计标准件选型
简图
缓冲原理
适合气缸
固定缓冲
在活塞或前后盖上加装橡胶垫片，吸收冲击能量
适用于气缸速度小于750mm/s的中小型气缸及单动气缸
气缓冲
控制缓冲端气体流出速度，通过背压完成缓冲
适用于气缸速度不大于500mm/s的大中型气缸及速度不大于1000mm/s的中小型气缸
如使用环境温度较高时，请选择密封件材质为氟橡胶；
气缸与之相关的计算公式
1.气缸耗气量计算
Q / Qmax—— 气缸的最大耗气量 L/minD —— 缸径 cmVmax: 气缸的最大速度 mm/sS ——气缸行程（cm)t —— 气缸一次夹紧（或松开）动作时间(sec),P —— 使用压力 （Mpa）气缸的耗气量还包括非工作容积（如气缸内气管等），所以需将耗气量计算结果乘以经验值：1.25~2.0; (一般取值2.0）
梯形丝杆与滚珠丝杆对比
梯形丝杠和滚珠丝杠主要区别分为三点1)结构不同 梯形丝杠的结构简单、不复杂，主要是由螺杆和螺母组成，安装简单方便，但精度要求达不到。 而滚珠丝杠则是由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成，结构复杂，安装要求高，但精度高， 并已逐渐替代梯形丝杠的使用。 2)工作原理不同 梯形丝杠是依靠丝母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，滑动摩擦从而完成直线运动。摩擦力大易 磨损而且传动副存在间隙，反向旋转时有空位，精度低 滚珠丝杠的工作原理为：当丝杠作为主动体时，滚珠丝杆是高副机构，运动件都淬火到极高硬度，传动精度高，摩擦力小， 不易磨损，寿命长，配合件无间隙，广泛应用在精密机械3)产品特点不同 梯形丝杠的特点是成本低,能够自锁，应用于要求精度较低的一些机床，如升降机等工业设备。
单只线轨装配图
双只线轨装配图
滚珠线轨安装方式
机电一体化知识点
一、机电一体化起源与定义：在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称.机电一体化一般包含机电一体化产品(系统）和机电一体化技术两层含义。
典型的机电一体化产品（系统）有：数控机床、机器人、工程机械、汽车、智能化仪器仪表、CAD／CAM系统等.P26间隙的影响三、机电一体化的目的（功能）使系统（产品)高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠性化、省材料化、省能源化,并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展,不断满足人们生活和生产的多样化需要和生产的省力化、自动化需要.四、机电一体化发展概况“萌芽阶段"“蓬勃发展阶段"“智能化阶段”1 智能化、2 模块化、3 网络化、4 微型化、5、绿色化、6、人格化五、机电一体化系统的构成1、执行元件(主功能）实现机电一体化系统主功能.主功能是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。
主功能包括三个目的功能：（1）变换（加工、处理)功能；（2）传递（移动、输送）功能;（3）储存（保存、存储、记录）功能2、机械本体(构造功能）机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础,起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用.3、动力源（动力功能）是机电一体化产品的能量供应部分,其作用是按照系统控制要求,为系统提供能量和动力，使系统正常运行.4、传感检测单元（计测功能）对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测.要求：体积小、精度高、抗干扰5、控制与信息处理单元（控制功能）将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果,按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。
要求：高可靠性、处理速度快、智能化6、接口将各组成单元或子系统连接成一有机的整体。
各要素或子系统之间能顺利进行物质、能量和信息的传递和交换。
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王子晓
滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杠螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常 用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杠螺母副中副的组成 组成：丝杠 螺母
滚珠
滚道（回珠器） 螺母座
2、滚珠丝杠螺母副的工作原理 在丝杠和螺母上都有圆弧形螺旋槽，将他们对合起来就形 成了螺旋滚道。在滚道内装有滚珠，当丝杠与螺母相对运动 时，滚珠沿螺旋槽先前滚动，在丝杠上滚过数圈以后通过回 程引导装置又逐个地滚回到丝杠和螺母之间，构成一个闭合 回路。 3、滚珠丝杠副优点： ①摩擦系数小，传动效率高，所需传动转矩小。 ②灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行，随行精度和定位精高。 ③磨损小，寿命长，精度保持性好。 ④可通过预紧和间隙消除措施来提高轴向刚度和反向精度。 ⑤运动具有可逆性。 滚珠丝杠副缺点：制造工艺复杂，成本高，在垂直安装时不能自 锁，因而需附加制动机构。
左螺母
特点： 结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方 便，但不能精确定量调整。
③齿差调隙式
如图所示，在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别 与紧固在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别是a和b 并相差一个齿，调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对 于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个 螺母便产生相对角位移，其轴向位移量X=1/a-1/b,这种调 整方法能精确调整预紧量，调整方便.可靠.但结构尺寸较 大，多用于高精度的传动。
一端装推力轴承，这种安装方式适用于行程小的短丝 杠，它的承载能力小，轴向刚度低。 一端装推力轴承，另一端装向心球轴承，此种方式用 于丝杠较长的情况，当热变形造成丝杠伸长时，其一端 固定，另一端作微量的轴向浮动。 两端装止推轴承，把止推轴承装在滚珠丝杠的两端并 施加预紧力，可以提高轴向刚度，而且丝杠工作时只承 受拉力，但这种方式对丝杠的热变形较为敏感。 两端装止推轴承及向心球轴承，它的两端均采用双重
滚珠丝杠的支承方式
课程导入
认识滚珠丝杠 滚珠丝杠的结构
滚珠丝杠的主要几种支承方式
什么是滚珠丝杠？
机床上的丝杠
滚珠丝杠的结构
滚珠丝杠的几种支承方式
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。如为减少受力后的变形，轴承座应有加强 肋，应增大轴承座与机床的接触面积，并采用高刚度的推力轴 承以提高滚珠丝杠的轴向承载能力。
滚珠循环过程中与丝杠始终接触 的为内循环。
内循环滚珠丝杠副的特点：
优点：径向尺寸紧凑，刚性好， 返回滚道较短，摩擦损失小。 缺点：反向器加工困难。
2、滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整
滚珠丝杠的传动间隙：轴向间隙 还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙 消除间隙的方法常采用双螺母结构：利用两 个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠 分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。 注意：预紧力不宜过大，否则会使空载力矩增大， 降低传动效率，缩短使用寿命。 双螺母丝杠消除间隙方法： 垫片调隙式 双螺母调隙式 齿差调隙式
①垫片调隙式
如图所示，调整垫片厚度使左 右两个螺母产生轴向位移，可 消除间隙和产生预紧力。 优点：结构简单，刚性好。 缺点：调整不便，滚道有 磨损时，不能随时消除间隙 和进行预紧。
（2）双螺母调隙式
左螺母外端没有凸缘而制有螺纹，并用两个圆螺母固定，用 平键限制螺母在螺母座内的传动，右螺母外端有凸缘。调整 时，只要拧动内侧圆螺母即可消除间隙并产生预紧力，然后 用外侧螺母锁紧。 右螺母 锁紧螺母 调整螺母
4、滚珠丝杠螺母副的结构 滚珠的循环方式有外循环和内循环。 滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环。 外循环滚珠丝杠副按滚珠循环时的返回方式主要有插管式和螺 旋槽式两种。 插管式外循环的特点： 结构工艺 性好， 但由于
管道突出于螺母体外，径 向尺寸较大。
螺旋槽式外循环的特点：
这种形式的结构比插管式结构径 向尺寸小，但制造较复杂。