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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