高扭矩型滚珠花键
《工业机器人技术基础》教学设计 模块3 工业机器人的机械系统
（三）组合应用
滚珠丝杠和导轨在组合使用时，丝杠与导轨平行安装，电机驱动丝杠转动，这样运动体就可以在导轨上做线性运动。根据实际需要与安装环境的不同，通常一根丝杠配合一根或两根导轨组合使用。
参考以下形式：
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2.悬念导入
3.情景导入
4.激疑导入
5.演示导入
6.实例导入
7.其他形式
本章基本知识汇总
单元1工业机器人机械系统概述
一、机械系统的意义
最早的“机械”定义是古罗马建筑师维特鲁威在其著作《建筑十书》中所提出，主要是对搬运重物的机械和工具作了区别：“机械和工具之间似乎有着以下的区别，即机械是以多数人工和很大的力量而发生效果，如重弩炮和葡萄压榨机；而工具则是由一名操纵人员慎重地处理来达到目的，如蝎形轻弩炮或不等圆的螺旋装置。”因此，机械和工具都是实际生产中不可缺少的东西。古罗马数学家希罗认为机械的要素有五类：轮与轴、杠杆、滑车、尖劈、螺旋。这一论述反映了古典机械的特征。
因此，同步带传动被广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中，尤其在静音、无尘、干燥的工作环境下具有巨大的优势。
2.同步带的失效形式
（1）带体疲劳断裂。
（2）带齿剪断和压溃。
（3）带侧、带齿磨损，包布剥离。
（4）承载层伸长、节距增大，形成齿的干涉、爬齿。
2.齿轮机构的缺点
（1）制造和安装精度要求高，成本较高。
滚珠花键安全操作及保养规程
滚珠花键安全操作及保养规程1. 前言滚珠花键广泛应用于机械传动装置中，具有结构简单、传动效率高等优点。
然而，正确的操作及保养至关重要，对于保证设备正常运行和延长其使用寿命具有十分重要的意义。
本文档将介绍滚珠花键的安全操作和保养规程，以供广大读者参考。
2. 安全操作规程2.1 常规安全操作•在进行设备组装、拆卸、运输或维修工作时，必须严格按照设备操作说明书的要求进行，并着装个人防护用品，如手套、眼镜、口罩等。
•操作前应检查设备及配件是否完好无损、活动部件是否润滑。
•在操作过程中，严禁扭曲、弯曲或应力过大，否则可能导致滚珠花键疲劳、变形、脱落等问题。
•使用滚珠花键时，应根据其载荷、转速等参数选择合适的型号和规格，并仔细查看产品标识，确保其符合设备要求。
•在使用滚珠花键时，应根据配套设备的使用情况及外部环境等情况适当调整其间隙。
过大或过小的间隙都会导致滚珠花键产生不规则的振动或摩擦，影响设备的正常运行。
•操作人员应遵守相关规定，不得私自拆卸或修改滚珠花键的结构、外形、材质等参数，否则可能导致设备的故障或事故。
2.2 特殊安全操作为保障滚珠花键的安全操作，除了一般安全操作外，在某些情况下还需要采取一些特殊的安全操作措施。
•在滚珠花键长时间静置后重新投入使用前，应首先进行适当的预热。
长时间停止使用的滚珠花键内部会积累一定的氧化物、腐蚀物等物质，需要适当预热才能使其重新达到正常工作状态。
•在高温和腐蚀性环境中使用滚珠花键时，应选择适当材质的产品，对于必须使用普通材质的情况，可采取防护措施，如可以在周围涂以防腐涂料、降温等，以减少滚珠花键失效的风险。
•滚珠花键在运转时容易产生较高的温度，为避免过热伤害人员甚至引起火灾等事故，应在设备周围设置警示标识，并进行相应的防护措施。
3. 保养规程保养对于滚珠花键的寿命和性能表现具有重要意义。
适时进行保养工作，可以延长其寿命，提高设备的运行效率。
3.1 日常保养•定期清洁滚珠花键，使其表面干净、光滑，并使用适量的润滑油加以润滑，以减轻滚珠之间的摩擦，避免因过热而导致滚珠花键失效。
滚珠花键的典型应用实例
滚珠花键的典型应用实例
1 滚珠花键的应用
滚珠花键是精密加工机械组件之一，在工业操作中有着广泛的应用。
它主要用于机械设备中起到关节作用，一般用于控制机械设备的
行走或传动方向、速度和力度，从而达到执行精确控制的目的。
滚珠花键的特性决定了它在工程设备中有着重要的作用，并受到
人们的重视。
它由花键托座和可动的滚珠机柱两部分组成。
它具有轻便、厚壁、操作精准、运动平稳等特点。
并且滚珠花键具有灵敏性好、负载能力大等优点，使用寿命长，维护简单，可弯曲路径更加复杂，
承受载荷性能较高。
因此，滚珠花键广泛应用于机床、机电一体化、
铸造机械、制造业机械等领域。
滚珠花键的典型应用实例之一为水平液压机，水平液压机的组成
部分有滚珠花键和滚珠机柱等，滚珠花键在这种水平液压机中作为连
接活动零件，在整个系统中起着调节和传递运动和力量的作用。
此外，滚珠花键还可以用于打印机中，以此优化他们的动作任务，促使打印
的过程更加平稳高效。
滚珠花键的应用范围非常宽广，它们可以帮助机械设备实现更加
精确的操作，更安全、更高效的生产操作，从而帮助提高生产效率。
NB滚珠花键SSP系列
表B-6 予圧と回転方向すきま
単位：μｍ 表B-7 予圧と使用条件
呼び番号
標準 軽予圧﹡（T1）中予圧﹡（T2） 予圧区分 予圧記号
使用条件
SSP 4・4AM
表B-2
軸の種類
形状と特長
研削軸
●精密研削加工仕上げ ●高精度 ●軸端加工、表面処理等が可能 ●呼び径：4〜100
スタンダード スプライン
●規格寸法、形状 ●精度等級：上級 ●短納期 ●呼び径：4〜60（P.B-28参照）
コマーシャル軸 （無研削軸）
●一般産業用 ●転送面特殊加工付 ●ローコスト ●軸端加工・表面処理等が可能 ●呼び径：20〜50 ●最長5,000㎜（P.B-29参照）
֎ຊମ ߯ٿ
B-2
BALL SPLINE
形 式
スプライン外筒の形式
NBボールスプラインにはさまざまな外筒形式が用意されており、用途に合わせて選択できます。全ての外筒はシール が標準装備されています。
表B-1 外筒形式
形状と特長
寸法表 ページ
SSP SSPS
ボ
●円筒キー溝付スプライン外筒
ー
●専用キー付 ●呼び径：SSP 4〜100
ル
P.B-18
ス プ
：SSPS 4〜25
ラ イ
ン
円筒形
SSP-AM SSPS-AM
●軽量・コンパクト外筒 ●固定用皿ざぐり付 （SSP4AM） ●専用キー付（SSP5AM） ●呼び径：4、5
P.B-20
SSPM
●円筒キーレススプライン外筒 ●固定用ロックプレート2枚付 ●呼び径：6〜10
P.B-22
SSP 40A
25
THK花键选型参考
2 选择类型
在滚珠花键分类表中选择合适条件的类型， 暂定其粗略尺寸。
A～A
3 花键轴强度的探讨
●暂定花键轴径 ●暂定花键轴长度 ●花键轴的固定方法
A～A
●花键轴的容许载荷 ●花键轴的变位量（挠曲、扭转）
4 预测使用寿命
计算承载负荷,然后由寿命计算公式 求出额定寿命。
A～A
T•L
θ = 57.3
ʜʜʜʜʢʣ
G • IP
轴的刚性 ＝
扭转角 单位长度
＝ θɾℓ ＜ ˃ -
"
∶扭转角
()
L ∶花键轴长度
(mm)
G ∶横向弹性系数
(7.9×104N/mm2)
ℓ ∶单位长度
(1000mm)
Ip ∶极断面二次矩
(mm4)
（参照A上的表3和A上的表4）
-
［参考］截面系数（圆）
;1
π • E
ZP ∶极截面系数
d ∶轴外径
(mm3) (mm)
T∶扭矩
A
502C
选择的要点
花键轴强度的探讨
【花键轴同时承受扭转和挠曲作用时】
当弯矩和扭矩同时作用在滚珠花键的花键轴上时,考虑当量弯矩(Me)和当量扭矩(Te),从而分别计算花 键轴径的大小，然后取其中花键轴径较大的值。
● 工业用机器人的架柱以及机械臂
● 在花键轴外圈上按120均等排列了3条突出 ● 自动装卸机
部,并配有2列（总共6列）钢球列分别从左右方 ● 传送机
将其夹住。钢球的接触部为角接触构造，很容 ● 自动搬运装置
易对其施加预压。
● 轮胎成型机
● 由于钢球的循环都在梯型花键内径部进行,故 ● 点焊机主轴
梯型花键外径可小型化。
NB滚珠花键
1,000 1,250 ─ ─ ─ ─ 153 97 102 65 76 47 59 35 48 28
1,250 1,600 ─ ─ ─ ─ 195* 127* 130 85 93 59 70 43 55 33
1,600 2,000 ─ ─ ─ ─ ─ ─ 171 116 118 77 86 54 65 40
槽扭曲是相对于花键部有效长度之内任意选取的 100mm表示的。如果超过100mm时，与表B-3的值 成比例。
表B-3 花键轴·槽扭曲公差（最大）
轴的类型 精度等级
公差
研磨轴
高级
精密级（P）
13µm／100mm 6µm／100mm
表B-4 相对于花键轴支持部的各部精度公差（最大）
公称型号
①零部件安装部的 半径方向圆周偏差
●一般产业用 ●带有传送面特殊加工 ●低成本 ●可进行轴端加工、表面处理等 ●轴径尺寸 : 20～50 ●最长5,000mm（参考P.B-29）
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2011-11-21 13:30:18
精 度
研磨加工的NB滚珠花键如图那样测量，分为高级和精密级（P）。 经济型请咨询NB。
尺寸表 页码
SSP SSPS
圆柱型
˔带有圆柱键槽的花键外筒 ●带有专用键 ●轴径尺寸441ʙ 4414ʙ
P.B-18 滚 珠 花 键
SSPM
●圆柱无键式花键外筒 ●带有两片固定用锁板 ●轴径尺寸6～10
P.B-20
SSPF SSPFS
SSP 40A
SSP 50A SSP 60A
－6～＋3 －18～－6 －30～－18
SSP 80
SSP 80L
SSP100 SSP100L
滚珠花键的工作原理
滚珠花键的工作原理
滚珠花键是一种通过滚珠实现相互咬合的连接装置，常用于传递旋转运动或转动力矩。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 嵌入：滚珠花键的一个端面通常会有一个咬合平台，滚珠通过首先与咬合平台接触，然后逐渐嵌入花键槽中。
2. 压力分散：滚珠在嵌入过程中，受到来自传动力或转矩的压力，这会导致滚珠对咬合平台施加力，并沿花键槽轴向逐渐推动。
3. 偏斜：由于滚珠在花键槽内滚动，滚珠会偏离直线轨迹，并逐渐进入花键槽的倾斜面。
滚珠的倾斜运动让其进一步深入花键槽中。
4. 累积压力：滚珠在花键槽内的倾斜运动也会导致滚珠对花键槽施加一个额外的压力。
由于该压力是垂直于滚珠与花键槽接触面的，因此它会增加滚珠与花键槽之间的咬合强度。
通过以上步骤，滚珠花键可以实现滚珠与花键槽之间的高强度咬合，从而传递旋转运动或转动力矩。
同时，滚珠的滚动减少了摩擦，并能够在花键槽中自由转动，提高了传动的效率和寿命。
精密滚珠花键轴
十五、滚珠花键元田精密机械提供的滚珠花键的功能是传动，它既能做轴向直线滑动，又能做旋转运动，主要应用领域有：医疗设备，半导体设备，检测设备，裁切设备，缠绕设备等等。
元田精密机械提供的滚珠花键的优点是：精度高，有三种精度供选择；价格好，相交日本的产品，价格要好很多；货期好，所有产品一个月内到货。
选型注意事项：1、WON的滚珠花键最大轴径目前为20。
2、选择型号前应了解花键轴的使用方法，是垂直使用，还是水平使用，判断是否承受弯矩。
3、实际承受的负载、弯矩、扭矩等值应低于样本提供参数。
4、系列选择：（1）负载小，弯矩小，成本低，选用WSP系列，带法兰，选WSPF系列，方法兰，WSPK系列；（2）空间大，各项参数高，要求成本低，选用WSPL系列，带法兰，选WSPFL系列，方法兰，WSPKL系列；（3）负载大，参数要求高，空间小，选WSPT系列，带法兰，WSPTF系列；（4）要求轴径是16和20的选WSPTO系列，带法兰，WSPTFO系列。
5、选择安装方式：（1）法兰安装，空间大，不需要预紧力，安装简单，更换方便，成本高。
（2）直接安装，要求空间小，可调节预紧力，成本低，安装更换难。
6、轴的选择：通常选择实心轴，强度高；需要穿线时，可以选择空心轴。
外径内径7、预负载选择：对刚性要求的不同，预负载可分为三级，CT高刚性要求、承52受大的冲击、振动时选用，CM中刚性要求、阻力要求小时选用，CL刚性62要求不高时选用。
838、精度选择：精度分为普通级、高级（H）、精密级（P），根据不同工况精度104要求来选择。
1269、材质选择：轴的材质有轴承钢和不锈钢两种，更高级别的防锈处理可进行168raydent 处理。
201410、可以根据客户图纸定制。
使用注意事项：1、滚珠花键的最高使用温度是100摄氏度，最高环境温度是120摄氏度。
2、刚性要求高时，花键套与安装孔应使用过盈配合（J7），刚性要求不高时可使用间隙配合，安装时应使用专用安装工具。
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●:可使用密封毡圈的型号 （参照A ） 。 使用带金属制保持器的滚珠花键型号不能安装密封毡圈。
公称型号的构成例
2 LBST50 UU CM +800L H K
公称型号 防尘 旋转方向 附件标记 间隙标记
（※1）
（※2）
精度标记 标准空心 花键轴的标识 （※3） （※4） 花键轴总长度 （单位mm）
滚珠花键
【旋转方向间隙为 “零” 】
高扭矩滚珠花键通过单个梯型花键施加预压,使旋转方向间隙为零,从而提高刚性。 像具有圆弧沟槽或哥德式沟槽的传统型滚珠花键一样,施加预压并不需要将2个梯型花键在圆周方向相 互扭转方可使用， 从而容易实现小型化设计。
【高刚性与精确定位】
因接触角大,并且用1个梯型花键就能施加预压,所以初期变位小,能获得高刚性和精确的定位精度。
与传统型滚珠花键不同,因不让无负荷的钢球在外周循环,所以梯型花键的外径可变小,从而可实现节 省空间的小型设计。
【钢球保持型】
由于使用球保持器,即使将花键轴从梯型花键里抽出,钢球也不会脱落。
【可作为重负荷用直线轴承使用】
因钢球滚动面被加工成与钢球半径大致相等的R沟槽形状,所以钢球的接触面积大,即使对径向载荷也 具有很强的承载能力。
滚珠花键
特殊花键轴
花键轴端或中间部分的直径比较大时,THK将按照 需求用切削加工制作花键部分。
空心花键轴 （K型）
需要配管、 配线、 排气或减轻重量的地方,可用中 空花键轴。
支承座内径公差
花键外筒和支承座的配合通常采用过渡配合。 如果滚珠花键的精度不需要很高， 也可以采用间隙配合。
表1 支承座内径公差 支承座内径公差 普通使用条件 需要减小间隙时 H7 J6
【可用1根轴代替2根平行轴】
因用1根轴就可以承受扭矩方向和径向方向的负荷,所以可以将以往2根轴平行使用的地方用1根轴来代 替,从而实现安装简单、 省空间的设计。
A
501C
用途
高扭矩型滚珠花键被广泛用于工业用机器人的架柱以及机械臂、 自动装卸机、 传送机、 自动搬运装置、 轮 胎成型机、 点焊机主轴、 高速自动涂装导向轴、 铆接机、 卷线机、 放电加工机机头、 研磨床主轴驱动轴、 各 种变速装置、 精密分度轴等,是具有高度可靠性的直线运动系统。
b H8 3.5 4 5 7 10 15 18 20 28
t
+0.1 0
2 2.5 3 4 4.5 5 6 7 9
注） ○:可对应高温规格的型号 （带金属制保持器； 使用温度:最高100℃） 。
（例） LBS20 A CL＋500L H 高温标识
●:可使用密封毡圈的型号 （参照A ） 。 使用带金属制保持器的滚珠花键型号不能安装密封毡圈。
+0.1 0
润滑孔 r 0.5 0.5 1 1 1.5 1.5 2 2.5 3 3.5 3.5 d0 2 2 3 3 4 4 4 5 5 6 6
ℓ0 26 33 41 55 60 68 68 80 93 123 157
2.5 3 4 4.5 5 6 6 7 9 9 10
注） ○:可对应高温规格的型号 （带金属制保持器； 使用温度:最高100℃） 。
【可进行高速运动和高速旋转】
由于摩擦力小,并采用出色的润滑剂保持构造以及具有刚性的保持器,所以即使作高速直线运动,在润滑 脂的作用下也能满足长时间的使用需要。 此外,因负荷钢球与无负荷钢球的半径方向距离大致相等,即使 高速旋转时,作用在钢球上的离心力的影响也很小,能得到平滑稳定的直线运动。
【小型的设计】
A A A A A A B
A A A A A
A
501C
高扭矩型滚珠花键
结构与特长
高扭矩型滚珠花键如图1所示,在花键轴外圈上按120均等排列了3条滚动面突起部,并配有2列 （总共6 列） 负荷钢球列分别从左右方将其夹住。 滚动面被精密研磨加工成与球径相接近的R沟槽形状。 当花键轴或梯型花键承受扭矩时,在6列负荷钢球 中与扭矩方向一致的3列钢球均等地承受负荷,并且自动地决定旋转中心。 反转时,就由反方向的3列钢 球承受负荷。 各钢球列通过装在梯型花键内的保持器,持续进行整列循环运动,所以,即使将花键轴从梯型花键中抽 出,钢球也不会脱落。
梯型花键 g 6.6 15.4 36.7
花键轴 kg/m 0.22 0.42 0.55
注） 如上表所示,MA.1为使用1个梯型花键时的轴向容许力矩值。 如上表所示,MA.2为2个梯型花键紧靠使用时的轴向容许力矩值。 （若使用1个梯型花键， 精度上不够稳定,因此建议使用2个紧靠的梯型花键。 ） 有关滚珠花键轴按精度分类的最大长度的详细情况,请参照A 。
梯型花键 kg 0.06 0.14 0.25 0.44 1 1.7 3.1 5.5 9.5
花键轴 kg/m 1 1.8 2.7 3.8 6.8 10.6 21.3 32 45
注） 如上表所示,MA.1为使用1个梯型花键时的轴向容许力矩值。 如上表所示,MA.2为2个梯型花键紧靠使用时的轴向容许力矩值。 （若使用1个LBS型， 精度上也不够稳定,因此建议使用单个LBST型或使用2个紧靠的LBS型。 ） 有关滚珠花键轴按精度分类的最大长度的详细情况,请参照A 。
0 0.019 0 0.022 0 0.025 0 0.016
外径 公差
0 0.013
长度 L 40 50 60 70 90 100 110 140 160
0 0.4 0 0.3
键槽尺寸 公差
0 0.2
润滑孔 ℓ0 20 26 33 41 55 60 68 80 93 r 0.5 0.5 0.5 1 1 1.5 2 2.5 3 d0 2 2 2 3 3 4 4 5 5
各种配件 A
A
501C
LBS型 （中负荷型）
ℓ
φ
φ
梯型花键尺寸 公称型号 D LBS 15 ○● LBS 20 ○● LBS 25 ○● LBS 30 ○● LBS 40 ○● LBS 50 ○● LBS 70 ○● LBS 85 ○● LBS 100 23 30 37 45 60 75 100 120 140
1根轴上 梯型花键的个数 （只有1个时无标识）
(※1)参照A
。(※2)参照A
。(※3)参照A
。(※4)参照A
。
A
〃ީс䖳䈭൞ᢶᵥ᭥ᤷ㖇ㄏ䗉ޛ ޢ〦ශਭᶛỶ㍘
501C
高扭矩型滚珠花键
滚珠花键
单位∶mm
基本额定扭矩
基本额定载荷 （径向）
静态容许力矩
质量
CT N•m 90.2 176 312 696 1290 1870 3000 4740 6460 8380 13900
C0T N•m 213 381 657 1420 2500 3830 6090 9550 14400 19400 32200
C kN 9.4 14.9 22.5 37.1 55.1 66.2 90.8 119 137 148 196
C0 kN 20.1 28.7 41.4 66.9 94.1 121 164 213 271 306 405
A
501C
微型滚珠花键
（附带两个密封垫片的总长度）
φ
（不附带两个密封垫片的总长度）
φ
φ
°
ℓ
LBS6、8型
梯型花键尺寸 公称型号 D LBS 6 LBS 8 LBS 10 12 16 19 外径 公差
0 0.011 0 0.013
长度 L 20 25 30
0 0.2
键槽尺寸 L2 20.8 26.4 — L3 11 14.5 — D2 11.5 15.5 — b H8 2 2.5 3 t
+0.1 0
公差
ℓ0 10 12.5 17
C 0.3 0.3 0.3
0.8 1.2 1.5
注） LBS6、 8型为端盖式。 请切勿使LBS6、 8型的端盖受到冲击等。 THK不提供高温用微型滚珠花键。
公称型号的构成例
2 LBS6 UU CL +200L H
旋转方向 公称型号 防尘 附件标记 间隙标记 1根轴上 梯型花键的个数 （只有1个时无标识）
501C
高扭矩型滚珠花键
LBS、 LBST、 LBF、 LBR和LBH型
密封垫片 花键轴 梯型花键 钢球 保持器 止动环
图1 高扭矩型滚珠花键LBS型的结构
选择的要点 设计的要点 配件 公称型号 使用注意事项 润滑相关产品 安装步骤与维护
花键轴的横断面特性 等效系数 旋转方向间隙 精度规格 按精度分类的最大制造长度
C kN 4.4 7.8 13 19.3 31.9 46.6 66.4 90.5 126
C0 kN 8.4 14.9 23.5 33.8 53.4 73 102 141 237
MA.1注） N•m 25.4 60.2 118 203 387 594 895 2000 3460
MA.2注） N•m 185 408 760 1270 2640 4050 6530 12600 20600
基本额定扭矩
基本额定载荷 （径向）
静态容许力矩
质量
CT N•m 1.53 4.07 7.02
C0T N•m 2.41 6.16 10.4
C kN 0.637 1.18 1.62
C0 kN 0.785 1.42 1.96
MA.1注） N•m 2.2 5.1 8.1
MA.2注） N•m 19.4 39.6 67.6
尺寸表 A
方形滚珠花键 LBH型
具有刚性的方形梯型花键,不需要支承座,可直接 装在机械主体上。 因而十分小巧,并且可获得高刚 性的直线运动导向装置。
尺寸表 A
A
501C
高扭矩型滚珠花键