超长丝杆辅助支撑进给平台结构

原文出处:
CN102218665A 一种具有跟载辅助支撑的丝杠进给平台
Inventor 叶佩青张辉王仁彻祝莉平赵彤 
Original Assignee 清华大学 
Priority date 2011-05-04
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大行程的丝杠如果不加辅助支撑，但由于丝杠细长比较大，丝杠在自身重量和外部径向受力作用下，会产生很严重的弯曲变形 ，另外丝杆在工作时，处于高速旋转状态，原本丝杆弯曲的部分又受到离心力的作用叠加，使其弯曲程度进一步增加。

实际安装运行时，如果支撑工作台的两条导轨在竖直方向的不平行度较大时，会导致丝杠局部承受较大的径向力，而对于仅两端支撑的细长丝杠，这种径向力引起的弯曲变形对丝杠螺母而言是破坏性的 ；文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3312.html

因而对于大行程的丝杆，增加辅助支撑是很有必要的。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3312.html

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丝杠的预拉伸

丝杠的预拉伸力能有效抑制丝杠的弯曲，但是有些场合没有进行预拉伸处理，或预拉伸量较小时 ( 预拉伸量主要用于补偿丝杠的热伸长量，而现在采用的比较先进的丝杠中空冷却或螺母冷却会大大降低丝杠的热伸长量，预拉伸量也会比较小 )，丝杠的弯曲形变得不到很好的抑制，也都会使得丝杠的弯曲现象加重。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3312.html

丝杠弯曲会降低丝杠的传动效率，间接影响丝杠的运动精度，加速丝杠磨损，影响丝杠和螺母的寿命，因此，为减小丝杠由于径向受力引起的弯曲变形，必须进行辅助支撑。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3312.html

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目前用于辅助支撑、抑制丝杠弯曲的装置主要有三类 ：定点临时支撑装置、隔板随动支撑装置和连杆滑块支撑装置。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3312.html

定点临时支撑装置

定点临时支撑装置只能起临时性支撑作用，工作台运动一段距离，就得重新调整支撑装置的位置，既限制了丝杠行程，也不可能应用于高速条件下。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3312.html

隔板随动支撑装置

隔板随动支撑装置将支撑板与辅助螺母固连，并架装在两条导轨上，能起到随动支撑丝杠的作用，但当两条导轨在竖直方向的不平行度较大时，不能保证很好的支撑效果。

连杆滑块支撑装置

连杆滑块支撑装置通过连杆将两支撑块固连，支撑块可在丝杠上滑动，移动部件 ( 螺母工作台 ) 推动一边的支撑块滑动，为了减轻碰撞，设置了缓冲器，通过连杆带动另一边的支撑装置也一起运动，起到随动支撑，但该装置的支撑块与丝杠之间是滑动接触，摩擦系数大，而且移动部件与支撑块经常要发生碰撞，也会影响工作台的运动精度。

超长丝杆辅助支撑进给平台结构

包括丝杠 1，丝杠 1 两端均设置有轴承支撑装置 2，丝杠 1的其中一端部连接驱动电机 3 的输出轴。两轴承支撑装置 2 之间的丝杠 1 上螺纹连接有工作台传动螺母 4，工作台传动螺母 4 上设置有工作台 5，工作台 5 底端两侧分别设置有一与丝杠 1 平行的导轨 6，工作台 5 可在两条导轨 6 上滑动，并通过导轨 6 支撑工作台 5 上的负载。

两轴承支撑装置 2 之间设置有抑制丝杠 1 弯曲的跟载辅助支撑装置 7。跟载辅助支撑装置 7 包括分别设置在工作台传动螺母 4 两侧的辅助传动螺母 71，两辅助传动螺母 71 与丝杠 1 螺纹连接，每一辅助传动螺母 71 上均通过法兰盘连接一滑块 72，两个滑块 72 的上端均设置为圆环状，穿设在丝杠 1 上，两个滑块 72 的下端向下延伸，且均设置有一导槽，与导槽配合，在丝杠 1 下方设置有一与丝杠 1 平行的辅助支撑导轨 73，滑块 72 下部与辅助支撑导轨 73 形成移动副。两滑块 72 上均设置有一压力传感器 74。

工作原理 ：

驱动电机3带动丝杠1高速旋转，通过丝杠螺母将丝杠的旋转运动转换为工作台传动螺母 4 带动工作台 5 的直线进给运动，工作台 5 上竖直方向上的负载主要靠导轨 6 支撑，丝杠 1 依靠两端的轴承支撑装置 2 实现固定和径向支撑。辅助传动螺母 71 随着工作台传动螺母 4 作同步的直线运动，则跟载辅助支撑装置 7 可以伴随工作台 5 的运动始终保持在其两侧起辅助支撑作用，可有效抑制丝杠 1 由于径向受力导致的弯曲变形，实现跟载辅助支撑的功能。

在工作过程中，还可以通过压力传感器74检测辅助支撑导轨 73 在两侧滑块 72 处所承受的径向力，在受径向力过大时，即可警示操作人员调整两条导轨 6 的安装精度。

下面以滚珠丝杠进给平台为例，说明涉及的跟载辅助支撑装置 7 的具体应用 ：滚珠丝杠进给平台在安装时会调整导轨 6 的静态安装平行度，但在动态运行中或导轨滑块由于磨损，出现两条导轨 6 在竖直方向的不平行度较大时，工作台 5 会出现一定程度的倾斜，并通过工作台传动螺母 4 导致丝杠 1 承受较大的径向力而弯曲，当情况比较严重时，对丝杠 1 及螺母内的滚珠都会造成破坏性影响。这时就可以通过跟载辅助支撑装置7 的滑块 72，在工作台传动螺母 4 两侧对丝杠 1 起辅助支撑作用。滑块 72 在辅助传动螺母71 的带动下与工作台 5 作同步运动，使其能实现跟载辅助支撑作用。可以根据实际的负载状况，以及丝杠 1 上工作台传动螺母 4 的发热状况，调整两侧辅助传动螺母 71 的安装距离，但安装距离应尽可能小，以减小对丝杠 1 行程的影响。