高速滚珠丝杠试验台设计方案

文章编号:1001-2265(2009)11-0050-02收稿日期:2009-05-22　＊基金项目:国家自然科学基金(50675124)作者简介:张雪天(1981—),男,山东泰安人,山东建筑大学硕士研究生,主要从事机电系统的测试与控制的研究,(E-m a i l )x u e t i a n 0118@g m a i l .c o m ;宋现春(1965—),男,济南人,山东建筑大学机电工程学院教授,山东大学博士生导师,主要研究方向为精密机械设计与制造,机电一体化,(E -m a i l )s o n g x c h @sd u .e d u .c n 。

基于L a b V I E W 的高速滚珠丝杠副温升测试系统设计＊张雪天,宋现春,唐文成,周宏斌(山东建筑大学机电学院,济南　250101)摘要:介绍了基于虚拟仪器的滚珠丝杠副温升测试系统的设计方案。

系统硬件主要由温度传感器、温度变送器、低通滤波器、数据采集卡以及P C 机组成,负责温度的采集放大滤波和模数转换。

系统软件由图形化编程软件L a b V I E W 编写,负责将硬件采集并转换的数据在P C 机上显示分析。

关键词:L a b V I E W ;滚珠丝杠副;温升测试仪;数据采集中图分类号:T H 132.1 文献标识码:AT h e D e s i g n o f t h e T e m p e r a t u r e r i s e T e s t e r o f H i g h -S p e e d B a l l S c r e wB a s e d o n L a b V I E WZ H A N GX u e -T i a n ,S o n g X i a n -c h u n ,T A N GW e n -c h e n g ,Z H O UH o n g -b i n(S h a n d o n g J i a n z h u U n i v e r s i t y ,J i n a n 250101,C h i n a )A b s t r a c t :T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e d t h e t e m p e r a t u r e r i s e o f b a l l s c r e wd e s i g n t e s t e r .T h e s y s t e m 's h a r d w a r e m a i n -l y c o n t a i n s t h e t e m p e r a t u r e s e n s o r ,t e m p e r a t u r e t r a n s m i t t e r ,l o w -p a s s f i l t e r ,d a t a a c q u i s i t i o n c a r d a n d P Cm a -c h i n e ,I t i s r e s p o n s i b l e f o r a c q u i s i t i n g t h e t e m p e r a t u r e s i g n a l a n d t r a n s f o r mi t d i g i t a l s i g n a l .T h e s y s t e m 's s o f t -w a r e i s r e s p o n s i b l e f o r s h o w i n g t h e s i g n a l o n P C .K e y w o r d s :L a b V I E W ;b a l l s c r e wu n i t ;t h e t e m p e r a t u r e r i s e t e s t e r ;d a t a a c q u i s i t i o n0　引言滚珠丝杠副是数控机床的关键部件。

滚珠丝杠副加载测试试验台设计时超;范元勋【摘要】针对航天飞行器伺服控制系统中滚珠丝杠副受载情况的特殊性，开展对滚珠丝杠副的模拟加载和性能测试的研究，设计出一套伺服加载测试试验台，利用该试验台可测试精密滚珠丝杠副的多变载荷承载能力、轴向刚度、传动效率和启动力矩等性能，为用户提供准确可靠的检测报告。

阐述了此加载测试系统的主要功能和工作原理、结构组成、电气硬件控制和系统软件的设计。

%According to the particularity of the bal screw loading in aero craft servo control system, this paper researches on the bal screw simulation loading and performance test and designs a set of servo loading test benches which can be used to precisely test the changeable load bearing capacity, axial stiffness, transmission efficiency and starting torque and other performance of the lal screw pair. The accurate and reliable detection report is provided for the user. This paper describes the main functions and working principle and structure, of the load testing system and hardware and software design of the electrical control system.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P48-50,71)【关键词】滚珠丝杠副;伺服加载;数据采集【作者】时超;范元勋【作者单位】南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TH133.2随着电动伺服技术的发展，滚珠丝杠副因其优越的直线传动特性，在航天器电动伺服控制系统中的应用越来越广泛。

6000rpm滚珠丝杠副高速试验台设计计算要求: 速度40～120m/min加速度1g～2g计算方法：1、假设滚珠丝杠螺距10mm，则其转速为40×103÷10=4000rpm、60×103÷10=6000rpm。

假设滚珠丝杠螺距20mm，则其转速为40×103÷20=2000rpm、60×103÷20=3000rpm。

90×103÷20=4500rpm、120×103÷20=6000rpm。

若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到40m/min时，所用时间为：40÷60=10×t ，t=1/15 s＝67ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到60m/min时，所用时间为：60÷60=10×t ，t=1/10 s＝100ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到90m/min时，所用时间为：90÷60=10×t ，t=3/20s＝150ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到120m/min时，所用时间为：120÷60=10×t ，t=2/10 s＝200ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到60m/min时，所用时间为：60÷60=20×t ，t=1/20 s＝50ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到90m/min时，所用时间为：9 0÷60=20×t ，t=3/40 s＝75ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到120m/min时，所用时间为：120÷60=20×t ，t=1/10 s＝100ms。

2、加减速移动距离为：当t=1/15 s时，S=1/2×10×（1/15）2＝1/45m＝22mm。

当t=1/10 s时，S=1/2×10×（1/10）2＝1/20m＝50mm。

收稿日期:2004年7月高速滚珠丝杠副综合性能试验台的研制开发宋现春1 刘 剑1 王兆坦2 刘宪银2 李保民21山东大学2山东济宁博特精密丝杠制造有限公司摘 要:研制开发了一种用于测量高速滚珠丝杠副综合性能参数的试验台。

利用该试验台可以对滚珠丝杠副的加速度、速度、温升、热位移、定位精度等综合性能参数进行测试,为用户提供准确可靠的检测报告。

介绍了试验台机械设计制造中应注意的问题,给出了测试系统的软件、硬件实现方法。

关键词:高速滚珠丝杠副, 加速度, 速度, 温升, 热位移, 定位精度Research and Development of Test System of C onbination Propertyof High -Speed Ball Screw UnitSong Xianchun Liu Jian Wang Zhaotan et alAbstract:T he test system used to measure the conbi nation property parameters of hi g h -speed ball screw unit is developed to test the accelerati on,speed,temperature variation,thermal deformation and posi tioning accuracy and etc.and supply accurate and reliable report for the customer.T he problems should be pai d attention to while designing and manufacturing of the test system are i ntroduced,and the realization method of the software and hardware of the system i s g i ven.Keywords:hig h speed ball screw unit, acceler ation, speed, temperatur e variation, thermal defo rmat ion, po -sitioning accuracy1 引言近年来,随着现代制造技术水平的提高,数控机床、机器人等机械设备的进给速度越来越快,必然带动滚珠丝杠副向高速化的方向发展。

滚珠丝杠精度保持性测试试验台设计-图文第一章概述1.1课题背景及意义1.1.1课题背景近年来，随着数控技术及相关专业的发展，滚珠丝杠副作为一种高效、节能、高精度、低成本的传动与定位元件已经广泛地应用于机械、航天航空、卫星、仪器仪表、核工业等各个领域。

随着现代制造技术水平的提高，数控机床、机器人等机械设备的进给速度越来越快，必然带动滚珠丝杠副向高速化的方向发展。

滚珠丝杠副产品出现了供不应求的局面。

在数控技术方面随着现代制造技术的发展突飞猛进，一批又一批的高速数控机床应运而生，其功能随主机的要求不断扩展提高，从20世纪40～50年代的“敏捷省能传动”到70年代“精密定位”，再从80年代的“大导程快速驱动”到90年代后期的“精密高速驱动”，在这一发展过程中，产品不断升级换代，达到质的飞跃。

在驱动速度不断提高并向更高速度推进的过程中，不仅要求有性能卓越的高速主轴，而且也对进给系统提出了很高的要求：（1）大进给速度应达到40m/min或更高;（2）加速度要高达到1g以上;（3）动态性能要好,达到较高的定位精度。

因此为适应高速化要求（40m/min以上）、满足承载要求且能精密定位的滚珠丝杠副就成为能实现数控机床高速化首选的传动与定位部件。

而且作为伺服进给驱动系统中的重要执行机构——滚珠丝杠副，其发展必然与具有高效快速、节省能源、零间隙高刚度传动、跟随灵敏、不污染环境且周边环境的适应性强等特点的高速切削机床的发展同步，将始终占据直线运动应用领域的绝大部分市场。

为适应高速切削加工的要求，高性能的滚珠丝杠副已成为滚珠丝杆副产品的发展趋势。

它要求滚珠丝杠副在高速度的基础上具有高的精度稳定性，达到高刚度、高负载、自润滑、低噪声、小温升、长寿命等性能，这就要求滚珠丝杠副在设计、制造及试验检测技术上不断的创新。

滚珠丝杠副在高速驱动时主要存在的问题是：噪声、温升、精度。

滚珠丝杠副噪声产生的原因主要有：滚珠在循环回路中的流畅性、滚珠之间的碰撞滚道的粗糙度、丝杠的弯曲等。

高速精密滚珠丝杠综合性能试验台设计沈凯;祖莉【摘要】随着伺服技术的快速发展,加之电机技术已经相当成熟,高速驱动已经可以达到很高的水平。

基于这个原因,在机床行业提出了快速进给这个要求。

一般来说,高速进给的速度要达到60 m/min,加速度要达到1 g。

作为传动链的重要一环,对滚珠丝杠高速化的研究显得越来越重要。

在以往,试验环节被国内的丝杠生产厂家与研究机构严重忽视了,对丝杠的各种改进措施只有大概的、定性的了解,没有具体试验的支撑。

近年来,基础参数的获取逐渐被国内重视。

因此,高速滚珠丝杠副综合性能试验台的设计与开发显得越来越重要。

研发了一种高速精密滚珠丝杠综合性能试验台,可以测量滚珠丝杠的众多参数。

介绍了其通用性的机械结构,并简述了其测试系统的搭建。

%As the servo technology develops rapidly, and motor technology becomes more mature, the high speed driving reaches a very high level. For this reason, a new concept-High Speed Feed is introduced into machine tool industry. In general, high speed feed means that the speed reaches 60 m/min and the acceleration reaches 1 g. With it as an important part of transmission chains, it is more and more important to study the high speed bal screw(HSBS), but the importance of its tests is ignored ly the factories in our country. they just know the parameters which may have influence on the performance. New more and more attention is paid to the basic data. So it is important to develop the test:Instrument (HSBSPTI) for the high speed bal screw performance. This paper introduces its test instrument which can be used to test manyparameters of the bal screw, its main common mechanical structure. and the development of the test system.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】3页(P30-32)【关键词】精密滚珠丝杠;综合性能;试验【作者】沈凯;祖莉【作者单位】南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TH1310 引言随着机械技术的不断发展，机床行业、工业机器人等领域对快速进给提出越来越高的要求。

滚珠丝杠副是机械系统的关键传动部件。

特别是近年来随着数控产品的发展，对滚珠丝杠副的定位精度提出了更高的要求。

滚珠丝杠副在承受工作负载时，滚珠与螺纹滚道的接触点必然产生弹性接触变形【I J。

这些弹性变形对于用来精密传动的滚珠丝杠副来说，将会影响其轴向间隙和轴向刚度，从而影响到传动质量心，J。

为了检测滚珠丝杠副承受工作负载时丝杠与螺母之间的变形，我们研制开发了滚珠丝杠副刚度试验台，该系统已经在山东济宁博特精丝杠制造有限公司投入使用，取得了满意的效果。

1 刚度检测系统方案设计滚珠丝杠副刚度检测系统方案设计如图1所示，螺母固定架和液压缸固定架通过圆钢柱连接组成牢固的框架结构，保证加载时，螺母固定架与液压缸固定架之间没有相对位移。

环型固定块通过螺栓联结固定在螺母固定架上，被检测丝杠通其螺母上的安装孔被螺栓固定在环型固定块上。

可沿着T型导轨作轴向移动的丝杠防转装置夹紧被检测丝杠副的丝杠，阻止丝杠转动，但丝杠右端没有轴向约束，可在载荷作用下有微小的轴向位移。

检测时，液压加载置通过液压头、导杆机构给被测试滚珠丝杠副的丝杠施加一轴向加载力，滚珠丝杠副的螺母固定。

丝杠与螺母间的位移由电感式微位移传感器检测。

调整液压系统的压力，由上位机同时采集轴向加载力和位移传感器的输出，即可获得丝杠副的刚度变化曲线。

11导轨2防转装置3丝杠4螺母固定架5环型固定块6测微头7螺母8磁力表座9圆钢柱10丝杠小头支撑装置11测力传感器12导杆13液压头14液压缸固定架图1 刚度检测系统方案图滚珠丝杠副轴向静态刚度R表示滚珠丝杠副反抗轴向变形的能力，规定为在加载方向上使某一零件产生变形△￡为1斗m时所需的力F(Ⅳ)：R=啦，＆L需要强调的是滚珠丝杠副轴向静态刚度受滚珠与滚道之间的曲率比，接触角、螺旋升角、预紧状态等多种因素的影响，轴向弹性位移与载荷的关系是非线性的，因此滚珠丝杠副的刚度在不同载荷下是不同的∞J。

根据GB／T17587．4_2008规定，不预紧的滚珠丝杠副轴向接触刚度是外加载荷等于0．3倍的额定动载荷时的轴向接触刚度，预紧的滚珠丝杠副轴向接触刚度是外加载荷等于0．1倍的额定动载荷时的轴向接触刚度H J。

6000rpm滚珠丝杠副高速试验台设计计算要求: 速度40～120m/min加速度1g～2g计算方法：1、假设滚珠丝杠螺距10mm，则其转速为40×103÷10=4000rpm、60×103÷10=6000rpm。

假设滚珠丝杠螺距20mm，则其转速为40×103÷20=2000rpm、60×103÷20=3000rpm。

90×103÷20=4500rpm、120×103÷20=6000rpm。

若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到40m/min时，所用时间为：40÷60=10×t ，t=1/15 s＝67ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到60m/min时，所用时间为：60÷60=10×t ，t=1/10 s＝100ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到90m/min时，所用时间为：90÷60=10×t ，t=3/20s＝150ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到120m/min时，所用时间为：120÷60=10×t ，t=2/10 s＝200ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到60m/min时，所用时间为：60÷60=20×t ，t=1/20 s＝50ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到90m/min时，所用时间为：9 0÷60=20×t ，t=3/40 s＝75ms。

若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到120m/min时，所用时间为：120÷60=20×t ，t=1/10 s＝100ms。

2、加减速移动距离为：当t=1/15 s时，S=1/2×10×（1/15）2＝1/45m＝22mm。

当t=1/10 s时，S=1/2×10×（1/10）2＝1/20m＝50mm。

滚珠丝杠课程设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN本科生专业课程设计（届）学生姓名：学号：专业名称：班级：指导教师：年月日目录专业课程设计计算说明书............................................................................... 错误!未定义书签。

原始数据........................................................................................................... 错误!未定义书签。

一、系统总体方案设计................................................................................... 错误!未定义书签。

二、机械系统的设计计算............................................................................... 错误!未定义书签。

三、控制系统设计........................................................................................... 错误!未定义书签。

专业课程设计计算说明书原始数据设计一台微机控制XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制, 控制方式采用步进电机开环控制。

其他参数如下：一、系统总体方案设计（一）机械系统1、传动机构采用滚珠丝杠副与齿轮或带减速。

2、导向机构采用滚动直线导轨。

3、执行机构采用步进电机。

（二）接口设计1、人机接口（1）采用键盘或BCD 码盘作为输入。

（2）采用LED 作为电源等指示标志。

（3）采用蜂鸣器或扬声器作为警报装置。

1.确定滚珠丝杠副的导程P h由传动关系图，工作台最高移动速度Vmax ，电机最高转速n max ，传动比i 等确定P hmaxmaxn i V P h •=当电机与滚珠丝杠副直联时i=1m axm axn V P h =计算出的P h 要取较大值圆整。

2.滚珠丝杠副的载荷及转速计算● 最小载荷F min机器空载时滚珠丝杠副的传动力，如工作台重量引起的摩擦力。

● 最大载荷F max选机器承受最大负荷时滚珠丝杠副的传动力。

如机床切削时，切削力滚珠丝杠轴向的分力与导轨磨擦力之和即为F max （这时导轨磨擦力是由工作台、工件、夹具三者总的重量以及切削力在垂直导轨方向的分量共同引起）。

● 滚珠丝杠副的当量转速n m 及当量载荷F m滚珠丝杠副在n 1, n 2, n 3, …n n 各种转速下，各转速工作时间占总时间的百分比 分别为t 1%, t 2%, t 3%… t n %,所承受的载荷分别是F 1, F 1, F 1… F n 。

%%%2211n n m t n t n t n n +⋅⋅⋅⋅⋅⋅++=3322321131%%%mn n n m n t n F t n F t n F F +⋅⋅⋅⋅⋅⋅++=当负荷与转速接近正比变化时，各种转速使用机会均等时，可采用下列公式计算：2minmax n n n m +=32minmax F F F m +=3.确定预期额定动载荷● 按滚珠丝杠副的预期工作时间L h (小时)计算：)(100603N f f f F L n C ca wm h m m •=● 按滚珠丝杠副的预期运行距离Ls(千米)计算：)(N f f f F P L C ca wm h s m •=● 有预加负荷的滚珠丝杠副还需按最大轴向负荷F max 计算：max F f C e am =式中L h —预期工作时间（小时）（见表-5）。

L s —预期运行距离（km ）,一般取250km 。

调研报告班级：机械0903班学号：2009010073姓名：陈莹指导教师：王科社教授日期：2013-3-21一．调研题目高性能滚珠丝杠副精度保持性测试试验台设计及测试规范文件的制定二．调研场地北京信息科技大学图书馆北京精密天工滚珠丝杠股份有限公司三．调研目的了解高性能滚珠丝杠副精度保持性测试试验台设计的国内外技术现状和水平，正确估计自己的项目，同时也使所做的项目具有一定的先进性。

四．调研内容（一）.了解滚珠丝杠精度保持性测试试验台和滚珠丝杠的结构原理及其使用性能。

滚珠丝杠的结构：滚珠丝杠副的结构传统分为内循环结构(以圆形反向器和椭圆形反向器为代表)和外循环结构(以插管为代表)两种。

这两种结构也是最常用的结构。

这两种结构性能没有本质区别，只是内循环结构安装连接尺寸小；外循环结构安装连接尺寸大。

目前，滚珠丝杠副的结构已有10多种，但比较常用的主要有：内循环结构；外循环结构；端盖结构；盖板结构。

滚珠丝杠原理：1、按照国标GB/T17587.3-1998及应用实例，滚珠丝杠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。

滚珠丝杠副的特点1）传动效率高。

滚动摩擦降低了摩擦系数，减小了摩擦带来的功率消耗。

2）传动的可逆性，不能自锁。

正传动—回转运动转变为直线运动；逆传动—直线运动转变为回转运动。

3）同步性。

用几套同样规格的滚珠丝杠副同时驱动几个相同的部件或装置时，包括启动的同时性、运行速度和位移等具有较高的一致性。

4）传动精度高材料经过热处理之后尺寸稳定、通过预紧消除轴向间隙、滚动摩擦系数小工作温升较小、可通过预拉伸以补偿热伸长、行程累计误差小——可以获得较高的定位精度与重复定位精度。

滚珠丝杠精度保持性测试试验台。

对于机械产品来说，可靠性是评价机械产品性能的一个很重要指标，对于具有高速度，高精度和高负载能力的高性能滚珠丝杠副产品来说，精度保持性的高低是反应滚珠丝杠副性能的最重要的指标，精度保持性的高低直接反映滚珠丝杠副的工作能力，滚珠丝杠副的精度保持性的高低也是企业产品竞争力的一个重要保证。

本文简要介绍了丝杠测量仪工作台的研究概况以及发展的现状与趋势，并以丝杠测量仪工作台的结构设计为题，主要进行丝杠测量仪工作台及测量架的结构设计和计算。

根据设计要求，进行了电机的选择、工作台的设计及计算、测量架的设计及计算等。

并根据设计和计算结果绘制CAD装配图和部分零件图。

通过构思机构运动方式和传动结构布局、并对零部件进行三维实体造型和设计计算等环节，培养了我的设计、计算、制图能力，通过比较完整系统的设计过程，以提高我的独立分析与解决工程实际问题的能力。

关键词丝杠测量仪滚珠丝杠工作台Title The Structural Design of Screw Gauge TableAbstractThis paper describes the measuring table of the screw profile and the development status and trends, and screw gauge table design theme, the main table and the measuring instrument for measuring screw frame design and calculation . According to the design requirements for the motor selection, design and calculation table, measuring frame design and calculation. The results according to the design and CAD drawing assembly and some parts diagram.Institutions through the concept of structure and layout of the Movement and transmission, and three-dimensional solid modeling components and design aspects of computing, cultivated my design, calculation, drawing ability, by comparing the complete system design process to improve my independent analysis and The ability to solve practical engineering problems.Keywords Screw gauge Ball screw Table目录1 引言 (1)1.1 滚珠丝杠的类型 (1)1.2 滚珠丝杠的特点 (2)1.3 滚珠丝杠副的发展现状及趋势 (2)1.4 课题任务要求 (6)2 丝杠测量仪工作台部分设计 (7)2.1 电机的选择 (7)2.2 丝杠测量仪工作台部分的结构设计 (14)2.3 丝杠测量仪工作台部分的技术要求 (20)3 丝杠测量仪测量架部分的设计 (21)3.1 涡轮蜗杆的选择 (21)3.2 测量架部分其他零部件的选择 (27)4 总结 (30)结束语 (31)致谢 (32)参考文献 (33)1 引言所谓滚珠丝杠就是是将回转的运动转化为直线上的运动，或将直线上的运动转化为回转运动的优秀的产品。