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标题:〖实例16〗简单直线滑台的设计 [打印本页]

作者:鬼魅道长 时间:2015-1-14 10:00
标题:〖实例16〗简单直线滑台的设计

〖 实例16 〗 简单直线滑台的设计

直线滑台是工业应用里比较广泛的一种典型机构。

1. 问题描述

想设计一个直线运动机构，负载2Kg，中等速度，往复行程大约120mm，除原点外有3次停留，定位误差0.1mm左右，初步考虑使用步进电机驱动丝杠来完成，有哪些需要注意的地方？另外还有别的更好更便宜的方案吗？

2. 讨论

电机+丝杠的组合在直线运动单元中应该是应用最广泛的一种，其原理不用怀疑，但选用何种丝杠却应该考究一下。 提问者说，在一些产品的标准件书上看到丝杠分 精密滚珠丝杠、 压轧滚珠丝杠、 30 度梯形丝杠三种，但不明白这几种丝杠具体有什么区别，以及其分别应用的场合。

甲回答说，前两种都是 滚珠丝杆：最初滚珠丝杆的丝杆体用圆钢切削成型，因切削表面光洁度不够，再用 成型砂轮磨出螺旋槽。后来工艺发展，丝杆体可以不再需要切削，直接压轧而成，并且压轧后具有相当的精度尺寸和光洁度，在没有很高精度要求的场合，可以直接使用，于是就有了“压轧滚珠丝杠”这一种类；目前压轧工艺制作的滚珠丝杆体还不能达到很高精度，精密滚珠丝杠还必须采用磨削工艺，滚珠丝杆的螺母螺旋槽和丝杆螺旋槽间置有钢球，把螺母和丝杆间旋合移动从滑动变成了滚动，所以可以高速轻巧动作；30度梯形丝杠是传统的机械结构，普通车床的丝杆就是很好的例子。

乙补充说，方便起见，这次的设计应以滚动直线导轨配合滚珠丝杆为宜；直线运动器件和滚珠丝杆都可以很方便在市场购得，东西小，所费也有限；如果采用滑动导轨和30度梯形丝杠，不会有现成的，恐怕都要设计和逐一加工出来，费时费工，代价也许更高。况且精度要求并不高，一些便宜的丝杠和导轨都可以达到要求。

甲给出了如图16-1的设计方案，并解释说，导轨用了两根 表面淬火，磨削后 镀硬铬的光杆，配合加长直线轴承，滑块和导轨支架用硬铝块以 线切割制作；丝杆用市售普通M12X1.75三角螺纹螺柱改制，螺母用青铜相配，丝杆与支座间用618系列的深沟球轴承支承，51000推力轴承和圆螺母消除轴向间隙；光杆的价格约100元/米，直线轴承几十元一个，轴承几元一个，加上其它，代价不会超过500元，这样的结构，完全可以适应要求的工况并有极长工作寿命。

(, 下载次数: 365)

提问者担心三角螺纹的牙型不规范，且螺距较小，运动起来速度不太理想，甲回应说如果有这样的担心，可以做一根4头的，导程7mm，应该够了，也比较适合步进马达传动。

丙同意甲的观点，牙型在这种轻负荷场合关系不大，为加工方便，仍以普通三角为宜；行程控制应该和用滚珠丝杆一样，差别在滚珠丝杆可以预紧消间隙，而在这里的普通螺纹配合有间隙，正反转有空档。但达到工况所要求的精度不会有问题；即使增加一个消除螺纹配合间隙的结构，也是低代价和容易的；4个位置，两端可以用 止位挡块。中间两个只好按计算的步进电机步数了。用步进电机，无反馈，丢步在所难免。每次循环后清零应无大碍。

丙同时提出，这样低的精度要求，使用电机+丝杠的组合怕是浪费了，不若使用气缸驱动更为便宜。二个很便宜的定位气缸定两个位，终点用挡块，起点当然什么也不用了。气缸的总价格不会很高。另一种选择是一种行程125mm的气动滑台，又简洁又便宜，只是定位精度问题需要考虑。使用 磁性开关和 三位五通阀结合，由磁性开关响应时间不大于0.3毫秒和三位五通阀电磁铁最短励磁时间0.05秒看，虽精度较差，但只要重复性好，也许可用。而带有传感器的精密气缸价格太高。

丁说，若担心精度问题，其实还可以用步进电机驱动固定在工作台上的同步带，使用直线导轨导向，每次回原点清零，定位误差可以确实地控制在0.1mm之内。

3. 结论

因为身处微电子行业，需要设备具有快速响应和运行能力，最终提问者采取了甲的最后一套方案，实际定位精度在±0.02左右，完全满足要求。这套设计因为要求极低，所以把成本放在了第一位，如果精度要求很高的时候，则电机+滚珠丝杠+直线导轨的组合就不能避免了，加上合适的传感器，效果非常好，装配时再调整好 平行度和间隙，就可以达到很高的精度。

https://zhuanlan.zhihu.com/c_1051171562501287936

作者:lbbmx 时间:2015-1-14 10:29
案例分析，道长真给力。我们一般用压轧滚珠丝杠，便宜呀。

作者:LXK445604 时间:2015-1-14 10:45
简单实用的结构，精典的案例分析，通俗易懂的对话讲解，这个值得顶！

作者:peace80 时间:2015-1-14 11:00
小滑台大学问啊，这里面涉及机构、材料、气动、传感、电磁、伺服步进等知识。

作者:水水5 时间:2015-1-14 11:08
4头的三角螺纹得专门加工吧，成品不好买吧？
我觉得还是梯形丝杠更合适，这个市场上应该比4头的三角螺纹常见的多。

作者:925269815 时间:2015-1-14 11:08
感谢道长，案例分析很好，很实在

作者:天达国际 时间:2015-1-14 11:48
案例学习比自己看书研究价值高，谢谢

作者:bruciegao 时间:2015-1-14 12:17
想问一个速度也是要考虑进去的，还有一个螺杆寿命

作者:风雨1998 时间:2015-1-14 13:23
感谢分享。对各种传动机构的精度不了解咋办

作者:liuyanxue 时间:2015-1-14 14:55
望大师案例可以出的多些快些很给力

作者:silencemay2015 时间:2015-1-14 15:23
这——买一个才几十块钱，还要设计？

作者:翱翔天际 时间:2015-1-14 16:53
分析得细微入理！

作者:shiwandou 时间:2015-1-14 19:32
这个案例很经典，值得学习，常用的直线滑台方案。

作者:ananc7 时间:2015-1-14 20:49
那请问静音丝杆又是怎么一回事呢？

作者:桥明 时间:2015-1-14 21:21
案例经典，值得顶的作品。

作者:xiaotiexia 时间:2015-1-14 21:34
好专业！分析的好透彻！

作者:中山华生 时间:2015-1-15 09:50
做一根4头的，导程7mm?那我请问螺距多少?导程=线数x螺距

作者:中山华生 时间:2015-1-15 09:53
我弄错了,原来螺距=1.75mm

作者:qq820647955 时间:2015-1-15 10:11
学习了、。。

作者:electrode11 时间:2015-1-15 11:47
分析的很好，对丝杠用推力轴承预紧不是很了解啊，基础不牢

作者:浪人tjl 时间:2015-1-15 12:44
学习了

作者:刘永青87 时间:2015-1-15 21:10
这样必看参考书学的更加实际和实用

作者:倚竹凌霄 时间:2015-1-15 21:35
大侠经验丰富，思路清晰，希望大侠以后能经常分享一些此类经典案例，让我们这些初学者涨涨见识！

作者:小冬张 时间:2015-1-15 21:46
谢谢分享，受教了

作者:破刀屠神 时间:2015-1-15 21:57
很好

作者:unkill 时间:2015-1-16 14:35
赞，每例都追，都认真细读。谢谢道长

作者:RAJRLZD 时间:2015-1-17 08:15
用甲的方案精度能达到+-0.02觉得怀疑，普通螺纹传动？

作者:tiandiyun 时间:2015-1-17 08:55
不错的分析，到位

作者:汪文博 时间:2015-1-17 09:55

liuyanxue 发表于 2015-1-14 14:55
望大师案例可以出的多些快些很给力

如有一定精度要求，如何保证自制圆柱导轨和滑块无间隙。两导轨平行度如何保证，为何不买现成的直线导轨。

作者:一展刀锋 时间:2015-1-17 11:28
本例联系道长前面的一起看效果应该更好

作者:icedtan 时间:2015-1-17 12:51
对精度表示怀疑

作者:变形金刚oo7 时间:2015-1-17 13:13
米思米有现成的机构卖

作者:gyq720 时间:2015-1-18 10:19
丝杠用惯了，会考量这样子吗

作者:蜗牛也很牛 时间:2015-1-19 00:56
我们经常用当这些用thk的线轨，真心贵

作者:勇往直前82 时间:2015-1-19 20:01
很好的设计思路，值得学习！

作者:有你真好2014 时间:2015-1-19 21:12
收藏了，值得学习

作者:机器狼 时间:2015-1-19 21:36
想起自己在机床厂用表打线轨和丝杆的日子

作者:钱塘小春 时间:2015-1-20 10:22
我看过一个同步带滑台，用两个槽轮，卡在两个光轴之间，稳定性相当好

作者:我爱9580 时间:2015-1-20 14:09
案例分析，道长真给力。我们一般用压轧滚珠丝杠，便宜呀。

作者:一天八小时 时间:2015-1-20 16:42
在选择马达的时候，速度和定位精度是互相制约的，比如定位精度±0.1mm, 共0.2mm，要想达到这个精度那么步进马达的每一步前进大约至少要0.02mm吧，那么如果对于移动速度也有要求，比如一秒钟走50mm，就是2500步，市场上是否能找到一秒能转超过2500步的步进电机呢？小弟新人，还请给位老师解答，谢谢。

作者:js20060000 时间:2015-1-20 17:12
分析的很到位啊！

作者:曾经我爱你 时间:2015-1-20 17:27
学习了

作者:古晨1100 时间:2015-1-21 21:48
谢谢楼主

作者:蓝zuzu 时间:2015-1-22 11:02
路过

作者:scxhm 时间:2015-1-28 09:54
一个小小的滑台道理还真多

作者:liupt888 时间:2015-1-30 17:21
感谢楼主，受教了

作者:jiaqs2014 时间:2015-1-30 18:46
收藏下啊

作者:机械结构-弯月 时间:2015-1-31 10:23
小菜鸟学习了

作者:d414162 时间:2015-2-1 13:04
大赞啊

作者:自然力量 时间:2015-2-1 13:13
以前用光轴做导向轴的，光轴买现成，气缸驱动升降台

作者:千里马好 时间:2015-2-2 14:03
案例分析很好鬼魅道长道友

作者:原始人的锤子 时间:2015-2-2 15:20
每次看下都感觉有所收获

作者:yezhubenyue 时间:2015-2-2 16:07
xiexie

作者:非标UFO 时间:2015-2-3 13:49
带步进电机的直线模组，行程500，价格600我买过一套哈哈

作者:kzj61007 时间:2015-2-3 14:40
这是个好帖子，果断收藏

作者:8086cpu 时间:2015-2-5 15:46
这个实例真是好极了，深受启发，谢谢楼主！

作者:chengzhi1986 时间:2015-2-5 21:21
导杆用一根不是更节约成本吗/

作者:bbk1 时间:2015-2-6 09:49
很实用的东西。支持。

作者:想这好 时间:2015-2-6 10:00
学习了

作者:hmhnh 时间:2015-2-6 10:31
机械就应该细化结构利弊，但看书太头疼了，还是大侠这样整好，赞一个

作者:新新额 时间:2015-2-6 10:58

非标UFO 发表于 2015-2-3 13:49
带步进电机的直线模组，行程500，价格600我买过一套哈哈

真便宜，以前去买过不带伺服电机的直线模组都至少要1千多，而且行程才200的。想问下大侠哪里有这东西卖，有机会我也可以去买几套。小弟在佛山这边。

作者:宇越yy 时间:2015-2-6 19:48
跟着学习

作者:黄河源 时间:2015-2-7 08:15
性价比是第一位的

作者:kingtigerfxp 时间:2015-2-7 14:55
望大师案例可以出的多些快些案例学习比自己看书研究价值高

作者:cc_edmend 时间:2015-2-7 15:25
学习学习

作者:kptang 时间:2015-2-7 15:36
涨之势啦~~~~~~~~~~

作者:李泽 时间:2015-2-7 21:04
先下载再看

作者:羊白老 时间:2015-2-8 13:03

作者:wangbenyang 时间:2015-2-8 14:03
不错

作者:yancnc 时间:2015-2-9 10:12
利用同步带把电机的运动转换为直线运动，适用于负载小速度块精度要求较高（+-0.02mm）的场合且造价低，用于这种场合再合适不过了。现在轧制滚珠丝杠的价格与梯形丝杠的价格相差很小，如果不要求自锁的情况下建议使用滚珠丝杠，毕竟滚珠丝杠效率高很多。

作者:free 时间:2015-2-9 15:25
支持楼主

作者:scuxyz 时间:2015-2-9 22:00
定位精度最好采用二次定位

作者:黑白先生 时间:2015-2-9 23:41
谢谢洗了一次脑.

作者:yunpppl000 时间:2015-2-10 23:08
学习了

作者:变形金刚oo7 时间:2015-2-11 11:26
学习了

作者:shideen 时间:2015-2-12 14:37
个人觉得气缸现在没有优势。。

作者:萧mj 时间:2015-2-12 17:16
感觉比直接看书要容易明白一点，顶

作者:蟑螂_2012 时间:2015-2-13 00:52
有条理，分析透彻

作者:王蒙0000 时间:2015-2-13 08:08
又学习了，谢谢大侠分享经验啊

作者:swjkyo 时间:2015-2-13 12:28

简单实用的结构，精典的案例分析，通俗易懂的对话讲解，这个值得顶！感谢分享

作者:shanchangzheng 时间:2015-2-13 17:24
针对使用情况我从人工、加工成本上说明下，我感觉这样的结构也不是优的。
1.行程长度只有120mm,支撑端轴承位可以去掉。
2. a、两端铝件需要加工，需要采购铝料----下料---銑削---线切割加工---线切割加工，部设计门多、周期长。
b、线切割加工中心距和轴承孔位精度不高，不过考虑实际运用精度不高也没有太大影响。
c、中间安装螺母的矩形块，可能原料的尺寸比支撑端的料要大，这就会造成原料采购规格多一种，加工也麻烦，需要镗或者线切割，成本高。
所以考虑：
1、两端导轨支撑采用圆形直线导轨铝座，是标准件，易采购，精度高。如果空间够的话可以采用带铝托导轨，负载更好（不过最小规格的好像是SBR16的）。
2、支撑丝杆部分采用带座轴承，看图上比例，尺寸是可以的。
3、中间螺母固定采用一块钢板，选用滑块（方形），与钢板连接，精度不严的话，钢板10mm 厚可以火焰切割直接用，不加工，后期发黑看不出来。

请大家指正！

作者:无敌小蒋 时间:2015-2-13 18:11
好东西，先收藏，谢谢楼主

作者:长枪破空 时间:2015-2-14 08:40
以前设计过，差不多就是这样

作者:mrplplplpl 时间:2015-2-14 08:50
谢谢楼主的帖子,学习了

作者:lisheng268 时间:2015-2-16 15:40
仔细研究研究

作者:风一样的神 时间:2015-2-16 16:56
值得借鉴学习

作者:qiushui1688 时间:2015-2-19 08:16
很有实用性！谢谢分享！

作者:在别处chen 时间:2015-2-19 17:33
我是机械设计的，不懂电气，学习了！

作者:whb636918 时间:2015-2-21 07:37
很好的设计十解说

作者:hawk23 时间:2015-2-25 12:19
前段时间看了道长的这篇帖子，并未引起很深的思考
但因为年前的一个项目，我再看这篇帖子的时候，有了一些想法
不是关于滚珠丝杠的，而是关于同步带传动的
有一台小设备需要改造，小设备上用了一个同步带驱动的滑台
滑台运行的时候，再回程的时候出现爬行
后来拆开防尘罩，发现如下问题：
1. 同步带没有张紧，且电机支架长时间未重新张紧，同步带松弛，回程时同步带与带轮之间有滑动
2. 滑台固定在同步带上层，而回程时，同步带下层受拉
如果重新张紧皮带，问题应该可以解决
现在想请教下，在设计同步带的时候，固定端在上层和下层有区别么？有专门做过这个研究的吗？

作者:zhancaijinbao 时间:2015-2-25 18:22
从头看到结尾，对我这种新人很有帮助，谢谢楼主

作者:qq38829895 时间:2015-2-25 20:00
铜套的磨损是否要考虑？

作者:stoplonely 时间:2015-2-28 17:04
经典丝杆机构。

作者:liao123 时间:2015-3-15 15:59
学习了

作者:降台诗春 时间:2015-3-16 08:30
学习后感觉受益匪浅

作者:dotaman 时间:2015-3-19 16:41
拿板凳学习。

作者:wyg20140218 时间:2015-3-30 21:05
"即使增加一个消除螺纹配合间隙的结构，也是低代价和容易的；"
多头螺纹的自锁性是低于单头螺纹的。一般这种场合是螺母与螺杆配对加工的，存在一定的间隙是不可避免的。常用的消除间隙的方法是1.用两个螺母对顶；2.采用弹簧垫；3.采用止动垫；4.涂粘合剂。但是这是在固定的时候用的吧。文中提及的增加一个消除螺纹配合间隙的结构指的是在动态的情况下吧？一时想不起这机构该如何做，能不能再介绍一下？

作者:1115432780 时间:2015-3-30 21:35
分析受教了

作者:wo103838 时间:2015-4-3 13:59
道长什么时候更新下一波，期待，哈哈

作者:skyyun 时间:2015-4-5 12:25
好帖，学习了，不过看回帖内容，感觉如果不是保持静止支持力的话，还是不推荐t型丝杆，传递效率太低了。

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