滚珠丝杠副动力学与设计基础PDF电子书下载

第一章 滚珠丝杠副传动综述 1

第一节 滚珠丝杠副发展历程 1

第二节 滚珠丝杠副传动工作原理 5

第三节 滚珠丝杠副传动特点 6

一、传动效率高 7

二、传动的可逆性 7

三、同步性能好 10

四、传动精度高 10

五、使用寿命长 11

第四节 滚珠丝杠副传动构造与分类 11

一、滚道型面形状与特性 11

二、滚珠循环方式与特点 12

第五节 滚珠丝杠副尺寸系列、精度规范、材料与热处理 16

一、尺寸系列 16

二、精度规范 16

三、主要几何尺寸 16

四、材料和热处理 17

第二章 滚珠丝杠副运动学与动力学分析 19

第一节 简介 19

第二节 坐标变换 20

第三节 接触角分析 21

第四节 滚珠的运动分析 24

一、滚珠的速度 24

二、滑滚比 29

第五节 滚珠的力分析 31

一、惯性力和惯性矩 31

二、摩擦力和力矩，阻力和离心力 34

三、摩擦因数、阻力和离心力分析 37

第六节 机械效率分析 40

第七节 行星滚柱丝杠运动学和动力学分析 42

一、坐标变换及接触点位置 42

二、运动分析 44

三、动载荷分析 49

四、效率分析 50

参考文献 51

第三章 滚珠丝杠副弹性接触变形 53

第一节 滚珠螺旋副应力与变形分析基础 53

一、滚珠螺旋副的简化力学模型 53

二、两自由弹性体的接触问题 54

第二节 影响滚珠丝杠轴向接触刚度因素 56

一、滚道型面及相关结构参数 56

二、滚珠的列数、圈数及工作滚珠数确定 57

三、滚珠循环及滚珠丝杠副预紧方式 58

四、预紧力确定 61

第三节 单螺母滚珠丝杠副轴向接触刚度 62

一、赫兹点接触理论 62

二、滚珠丝杠副接触点处主曲率 64

三、螺旋滚道面方程求解 65

四、轴向接触变形与接触刚度 69

五、影响因素分析 71

第四节 双螺母滚珠丝杠副轴向接触刚度 73

一、双螺母预紧滚珠丝杠副的受力分析 73

二、双螺母预紧滚珠丝杠副的变形分析 74

三、双螺母预紧滚珠丝杠副轴向接触变形的求解及分析 76

四、双螺母预紧滚珠丝杠副轴向接触刚度的求解及分析 77

五、双螺母滚珠丝杠副轴向接触刚度影响因素的分析 78

第五节 滚珠丝杠副和行星式滚柱丝杠副静刚度比较 79

一、理论分析 79

二、行星滚柱丝杠副的载荷分布及变形 79

三、数值计算及结果分析 81

第六节 小结 82

参考文献 82

第四章 滚珠丝杠副摩擦机理及特性 83

第一节 概述 83

第二节 滚珠丝杠副摩擦力矩产生机理 83

一、弹性滞后阻力摩擦 84

二、滚珠与滚道面间差动滑动摩擦 85

三、滚珠与滚珠间滑动摩擦 85

四、滚珠在循环返回装置中摩擦 86

五、自旋滑动摩擦 88

六、润滑剂粘滞摩擦 88

第三节 摩擦力矩分析模型 89

一、由预紧载荷引起的摩擦力矩 89

二、摩擦力矩分析模型 92

第四节 滚珠丝杠副弹流润滑分析 92

一、Reynolds方程 93

二、点接触弹流油膜厚度 93

三、滚珠丝杠副的润滑状态判别 95

四、润滑弹流膜特征 95

第五节 滚道制造误差对摩擦力矩的影响分析 95

一、载荷对滑动摩擦因数的影响 95

二、滚道加工误差对摩擦力矩影响的平均效应 96

第六节 摩擦力矩波动频率的讨论 97

第七节 小结 97

参考文献 98

第五章 滚珠丝杠副额定载荷 99

第一节 概述 99

第二节 滚珠丝杠副额定静载荷 100

一、滚珠丝杠副额定静载荷定义 100

二、静态负载极限 100

三、滚珠丝杠额定静载荷计算 102

第三节 滚珠丝杠副的额定动载荷 104

一、Lundberg-Palmgren滚动疲劳统计理论 104

二、滚珠螺旋的螺母工作行程对承载能力的影响 112

三、滚珠丝杠副的额定动载荷 114

第四节 计算实例 123

参考文献 126

第六章 滚珠丝杠副典型失效分析 127

第一节 表面损伤失效 127

一、接触疲劳 127

二、磨损 128

三、腐蚀 129

第二节 严重变形 129

第三节 断裂失效 130

一、丝杠中频淬火后磨削产生裂纹 131

二、钢珠破裂 132

三、反向器凹陷或断裂 132

四、滚珠丝杠肩部断裂 132

第四节 运动间隙过大 132

一、丝杠预紧及预紧力丧失问题 132

二、扭转变形问题 133

三、轴承选用不当 133

四、支承座的表面平行度或平面度超差 134

五、螺母座或轴承刚度不足 134

六、螺母座或轴承座组装不当 134

七、电动机与滚珠螺杆结合不当 134

第五节 卡滞 134

一、发生卡滞 134

二、动作不顺畅 135

第六节 温升 135

一、润滑影响 135

二、预紧力影响 136

三、预拉伸影响 136

四、Dn值影响 136

第七节 小结 136

第七章 滚珠丝杠副传动设计及计算 137

第一节 滚珠丝杠传动系列尺寸选择 137

一、强度计算 137

二、稳定性计算 142

三、临界速度计算 144

第二节 滚珠丝杠传动驱动力矩和效率计算 145

第三节 设计计算步骤与实例 146

一、设计计算步骤 146

二、计算实例 147

第四节 滚珠丝杠传动简化计算法 148

一、受力分析 148

二、工作滚珠的计算 149

三、工作寿命的分析 150

四、设计步骤与方法 153

第五节 行星滚柱丝杠设计 154

一、行星滚柱丝杠的结构 154

二、行星滚柱丝杠的参数 154

三、滚柱的布置 156

四、内齿圈和滚柱的端齿轮设计 157

五、行星滚柱丝杠的设计 158

六、精密传动机构行星滚柱丝杠的几何建模 158

七、材料选择及处理 160

第六节 数控机床滚珠丝杠可靠性优化设计 161

一、滚珠丝杠副静载荷的可靠性设计 161

二、滚珠丝杠副动载荷的可靠性设计 162

第七节 滚珠丝杠副的智能化设计 164

一、滚珠丝杠副选型智能化 164

二、基于Pro/E的滚珠丝杠参数化设计 165

第八节 计算实例 167

一、计算动载荷 168

二、选择滚珠丝杠副的系列尺寸 170

三、传动效率和驱动力矩计算 170

四、稳定性验算 170

五、临界转速计算 170

参考文献 172

第八章 滚珠丝杠副循环返回装置 173

第一节 概述 173

第二节 内循环反向器设计与分析 174

一、内循环反向器回珠槽的设计 174

二、五次抛物线型回珠曲线及反向器设计 175

第三节 外循环反向器设计与分析 188

一、套筒—螺旋槽式反向器的设计 188

二、插管式反向器的设计 189

三、滚珠丝杠副中滚珠与反向器的碰撞 195

第四节 滚珠丝杠副反向间隙调整方法 197

一、反向间隙测量 198

二、反向间隙调整方法 199

参考文献 202

第九章 滚珠螺旋传动防止逆转装置 203

第一节 对滚珠螺旋传动中防逆转装置的要求 203

第二节 防逆转装置的机构和工作原理 204

第三节 自锁器的选择和计算 206

一、单向自锁器 206

二、滑块拨叉自锁器——双向自锁器 213

三、自锁器主要工艺及使用特点 215

第十章 滚珠丝杠副系统设计 217

第一节 概述 217

第二节 滚珠丝杠副传动精度 218

一、间隙修正 220

二、导程误差修正 220

第三节 滚珠丝杠副传动系统的刚度 221

一、丝杠的刚度 222

二、滚珠螺母体的变形量及其刚度 224

三、支承轴承的轴向变形量及刚度 225

四、滚珠丝杠副传动系统总的动态变形量及综合弹性刚度系数 226

第四节 滚珠丝杠副传动系统驱动力矩 226

一、丝杠的加速力矩 227

二、丝杠的驱动力矩 227

三、滚珠螺旋的阻力矩 228

四、滚珠丝杠副传动系统的摩擦力矩 228

五、滚珠丝杠副的起动力矩 228

六、步进电动机的负荷力矩 228

第五节 滚珠丝杠副的热变形和预拉伸 229

一、滚珠丝杠副的温升 230

二、滚珠丝杠副的热变形 230

三、减少热变形影响的措施 231

第六节 丝杠对机床精度及稳定性的影响和解决方法 232

一、丝杠螺距误差 232

二、丝杠热变形误差 233

第七节 滚珠丝杠副的支撑单元设计选型 233

一、一端固定、一端自由方式 234

二、两端支承方式 234

三、一端固定、一端支承方式 234

四、两端固定方式 235

参考文献 236

第十一章 滚珠丝杠副润滑、防护及装配 237

第一节 润滑 237

一、润滑剂的功能 237

二、润滑剂对滚珠丝杠副摩擦及磨损的影响 237

三、对润滑剂的要求 239

四、润滑剂的选择 240

五、特殊使用环境下的润滑 240

六、润滑方式、润滑装置及润滑剂的补充和更换 242

第二节 冷却 244

第三节 防锈和表面处理 245

第四节 密封 245

第五节 防护 247

一、滚珠螺旋传动的安全防护装置 247

二、机床防护中的滚珠丝杠副防护罩 247

第六节 装配与调整 248

一、机床中滚珠丝杠的安装方式 248

二、滚珠丝杠的安装方法 250

三、滚珠丝杠的预拉伸 252

参考文献 256

第十二章 滚珠丝杠副性能测试与试验 257

第一节 滚珠丝杠副主要性能指标 257

一、滚珠丝杠副传动效率与摩擦力矩 257

二、定位（重复定位）精度、噪声、加速度、温度及温位移 257

三、轴向静刚度 258

四、轴向额定静载荷、动载荷及使用寿命 258

五、精度保持性与可靠性 259

第二节 精密滚珠丝杠副摩擦力矩测试 259

一、测试原理及方法 259

二、测试台构成 260

第三节 滚珠丝杠副综合性能动态测试 261

一、测试原理及方法 261

二、测试台构成 262

第四节 滚珠丝杠副轴向静刚度测试 263

一、测试原理及方法 263

二、数据采集系统 264

第五节 滚珠丝杠副精度保持性与寿命测试 265

一、测试原理 265

二、试验台构成 267

三、试验方法 268

第六节 滚珠丝杠副可靠性试验 269

一、试验原理 270

二、试验台构成 270

三、试验方法 271

参考文献 272

第十三章 滚珠丝杠副发展趋势 273

一、滚珠丝杠副产品高精度化是高档数控机床基本要求 273

二、滚珠丝杠副驱动方式日趋多样化 273

三、“滚动体”创新派生出高刚度重载产品 274

四、滚珠丝杠副运转速度大幅度提高，满足高速化、高加减速度要求 275

五、产品规格扩大，普通型和特殊型发展并进 279

六、从单一性能检测发展为综合性能全方位检测 282

七、在几何量精度动态检测基础上向滚道型面误差测量拓展 283

八、精度保持性及可靠性成为今后行业研究重中之重 284