滚珠丝杠副螺旋面之间为滚动摩1.doc

滚珠丝杠副螺旋面之间为滚动摩擦，具有摩阻小、效率高、轴向刚度大、运动平稳、传动精度高、寿命长等突出特点。它早已在汽车和拖拉机的转向机构中得到应用。目前在要求高效率和高精度的场合广泛应用，例如飞机机翼和起落架的控制、水闸的升降机构和数控机床进给装置等。应该注意到滚珠丝杠副逆传效率高（可达到80%以上）、不自锁对使用带来的影响，例如用普通丝杠副提吊重物在半途暂停时因普通丝杠副的自锁使重物不会靠重力自动下移，但换成滚珠丝杠副就要采取措施防止重物自动下移。

一、滚珠丝杠结构
1、 滚珠丝杠副的种类与结构
滚珠丝杠螺母副：是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性。
工作原理是：当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，如图1和图2

1—返向器2—螺3—丝杠4—滚珠 （a）单圆弧 （b）双圆弧
图1滚珠丝杠副 图2 螺纹滚道型面

按滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式两种。
1）内循环式
内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。如图3。在螺母的侧面孔内，装有接通相邻滚道的反向器，利用反向器引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。一般在同一螺母上装有2—4个反向器，并沿螺母圆周均匀分布。
优缺点：滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小，但制造精度要求高。

图3 内循环示意图 1—凸键 2、3—反向键
2）外循环式
外循环方式的滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外做循环运动。如图4，（a）为螺旋槽式外循环（b）为插管式外循环。
优缺点：结构简单、制造容易、但径向尺寸大，且弯管两端耐磨性和抗冲击性差。

图4 外循环示意图
（a）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滚珠；4—挡珠器；5—丝杠
（b）插管式：1—弯管；2—压板；3—丝杠；4—滚珠；5—滚道
2、滚珠丝杠副的结构参数
滚珠丝杠副的主要参数有：公称直径D、导程L和接触角β。
1）公称直径D：是指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。它与承载能力直接有关，常用范围为30—80 mm，一般大于丝杠长度的1/35—/30。
2）导程L：导程的大小要根据机床加工精度的要求确定，精度高时，导程小一些；精度低时，导程大些。但导程取小后，滚珠直径将取小，使滚珠丝杠副的承载能力下降；若滚珠直径不变，导程取小后，螺旋升角也小，传动效率将下降。因此，一般地，导程数值的确定原则是：在满足加工精度的条件下尽可能取得大一些。
3、滚珠丝杠副的结构特点
1）摩擦因素小，传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率可达0.92—0.96，比常规的丝杠螺母副提高3—4倍。因此，功率消耗只相当于常规丝杠的1/4—1/3。
2）可预紧消隙。给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的间隙，反向运动时无死区，定位精度高，刚度好。
3）运动平稳，低速时不易出现爬行现象，传动精度高。
4）运动具有可逆性。可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母均可以作为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。
6）所需传动转矩小。
7）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度要求也高，故制造成本高。
8）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于处于重惯性力的作用，常需添加辅助制动装置。
4、滚珠丝杠副的安装支撑方式
为提高传动刚度，滚珠丝杠合理的支撑结构及正确的安装很重要一般采用高刚度的止推轴承支撑结构，以提高滚珠丝杠的轴向承载能力。

图5
（a）一端装止推轴承（固定-自由式）。其承载能力小，轴向刚度低，仅适用于短丝杠，如用于数控机床的调整环节或升降台式数控机床的垂直坐标中。
（b）一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定-支承式）。当滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定，另一端由深沟球轴承支承。为了减小丝杠热变的影响，止推轴承的安装位置应远离热源（如液压马达）。
（c）两端装止推轴承。。将止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，有助于提高传动刚度。但这种安装方式对热伸长较为敏感。
（d）两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定-固定式）。为了提高刚度，
丝杠两端采用双重支承，如止推轴承和深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构形式，可使丝杠的热变形能转化为止推轴承的预紧力。
二、滚珠丝杠维护
1、轴向间隙的调整
为了保证滚珠丝杠副的反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。除个别用单螺母消除间隙外，滚珠丝杠螺母副常用双螺母预紧消隙。其原理是：利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋轨道的两个相反侧面上，用这种方法消除间隙时，应注意预紧力不能过大，预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。因此，一般需要经过多次调整，以保证既能消除间隙又能灵活运转。调整时除螺母预紧外，还应特别注意使丝杠安装部分和驱动部分的间隙尽可能小，并且具有足够的刚度。
1）如图6，为双螺母垫片调隙式，改变垫片的厚度，使内外两个螺母产生轴向相对位移。

图6 双螺母垫片调隙式结构
优缺点：这种调隙方式能精确地调整预紧量，结构简单，刚度高，工作可靠，但调整不方便，滚道磨损时不能随时进行调整。
2）如图7，为螺纹调隙式，转动调整螺母1，使螺母2产生轴向位移。

图7 双螺母螺纹调隙式结构 1、2—锁紧螺母
优缺点：这种调隙方式结构简单，调整方便，滚道磨损时可随时进行调整，但预紧量不很准确。
3）如图8，为齿差调隙式，通过调整螺母端头上的外齿相对内齿的啮合角度来消除间隙。

图8 双螺母齿差调隙式结构
优缺点：这种调隙方式能精确微调预紧量，工作可靠，滚道磨损时调整方便。但结构复杂，用于需获得准确预紧力的精密定位系统。
2、支撑轴承的定期检查
定期检查丝杠支撑与床身的连接是否损坏，以及导轨间的平行度是否保持在允许误差范围内，如有上述问题，要及时坚固松动部位，更换支撑轴承或调整丝杠对导轨的平行度。
3、滚珠丝杠螺母副的防护
1）若滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用防护罩防护：用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管、锥形套管、折叠式的塑料或人造革等形式的防腐蚀及耐油的防护罩。
2）如果滚珠丝杠副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈对螺母进行密封，密封圈厚度为螺母的2—3倍，装在滚珠螺母的两端。密封圈有接触式和非接触式两种。
4、滚珠丝杠螺母副的润滑
可用润滑剂来提高耐磨性和传动效率，润滑剂可分润滑油和润滑脂两大类。
1）润滑油：为一般机油或90号—180号透平油、140号或N15主轴油，通过壳体上的油孔注入螺母的内部。
2）润滑脂：一般采用锂基润滑脂，通常加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。
5、滚珠丝杠螺母副的使用
滚珠丝杠螺母副在使用时应注意：
1）滚珠螺母应在有效行程内运行，必要时，在行程两端配置限位装置，以避免螺母行程脱离丝杠轴而使滚珠脱落；
2）滚珠丝杠副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向时，必须防止传动停止或电动机失电后，因部件自重而产生的逆传动。
3）滚珠丝杠螺母副的正常工作环境温度范围为－60——60度。
6、滚珠丝杠螺母副的安装
滚珠丝杠螺母副仅用于承受轴向负荷，径向力、弯矩会使滚珠丝杠螺母副附加表面接触应力等负荷，从而可能造成丝杠的永久性损坏。正确的安装是有效维护的前提。因此，滚珠丝杠螺母副安装到机床时，应注意以下几点：
1）丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线。
2）安装螺母时，尽量靠近支撑轴承。
3）安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位。
4）滚珠丝杠安装到机床时，请不要把螺母从丝杠上卸下来。如必须卸下来时要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。螺母装卸时应注意以下几点：
（1）辅助套外径应小于丝杠底径0.1—0.2 mm
（2）辅助套在使用中必须靠紧丝杠螺纹轴肩。
（3）卸装时，不可用力过大，以免螺母损坏。
（4）装入安装孔时要避免撞击和偏心
滚珠丝杠副的安装
滚珠丝杠副系统的安装方式：
滚珠丝杠的支承主要有以下四种，由于支承方式不同，使容许轴向载荷及容许回转转速也有所不同。
固定－固定 适用于高转速，高精度

固定－支承 适用于中等转速，高精度

支承－支承 适用于中等转速，中精度

固定－自由 适用于低转速，中精度，短轴丝杠

滚珠丝杠副在安装时应注意以下事项：
    滚珠丝杠副仅用于承受轴向负荷。径向力、弯矩会使滚珠丝杠副产生附加表面接触应力等不良负荷，从而可能造成丝杠的永久性损坏。因此，滚珠丝杠副安装到机床时，应注意：
    ·丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线；
    ·安装螺母时，尽量靠近支撑轴承；
    ·同样安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位。
    滚珠丝杠副安装到机床时，请不要把螺母从丝杠上拆卸下来。
但在必须螺母卸下来的场合时，要使用比丝杠底径小0.2～0.3mm的安装辅助套筒。(如图)

将安装辅助套筒推至螺纹起始端面，从丝杠上将螺母旋至辅助套筒上，连同螺母、辅助套筒一并小心取下，注意不要使滚珠散落。
安装顺序与拆卸顺序相反。必须特别小心谨慎的安装，否则螺母、丝杠或者其它内部零件可能会受损或掉落，导致滚珠丝杠传动系统的提前失效。
滚珠丝杠副的预压方式：
   为防止造成丝杠传动系统的任何失位，保证传动精度，消除任何可能的轴向背隙并能增加刚性，要提高螺母的接触刚度，必须施加一定的预压力。
（1）双螺母预压方式
     此预压由两螺母间之预压片产生，
    “拉伸预压”是由过大的预压片有效的挤压分开螺母。“压缩预压”是由过小预压片，再以螺栓将螺母拉在一起。拉伸预压是雄联精密级滚珠丝杠最常使用的方式。然而也能依您的需求制造压缩预压滚珠丝杠。

以预压片尺寸调整预压方式
（2）单螺母预压方式
    单螺母有两种预压方式其中一种称为“增大钢珠直径预压方式”。此种方式内的钢珠比珠槽空间大(过大钢珠)使钢珠产生4点接触，如图8.3所示。另一种称为“变位导程预压方式”如图8.3所示。在螺母节距上有 δ值的偏移。这种方式用来取代传统双螺母预压方式，并在较短螺母长度及较小预压力下拥有较高刚性。然而此方式不适用于太高预压力。最好将预压力设计在5％动负荷以下。

一)、丝杠的功用、分类及结构特点
1、丝杠的功用
丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动副零件，它被用来完成机床的进给运动。机床丝杠不仅要能传递准确的运动，而且还要能传递一定的动力。所以它在精度、强度以及耐磨性各个方面，都有一定的要求。
2、丝杠的分类
机床丝杠按其摩擦特性分：
滑动丝杠 滚珠丝杠
丝杠 滚动丝杠
静压丝杠 滚柱丝杠
按其使用性能要求分：
不淬硬丝杠
丝杠
淬硬丝杠
按其精度要求分：
普通丝杠
丝杠
精密丝杠
3、丝杠结构的工艺特点
丝杠是细而长的柔性轴，它的长径比往往很大，一般都在20～50左右，刚度很差。加上其结构形状比较复杂，有要求很高的螺纹表面，又有阶梯及沟
槽，因此，在加工过程中，很容易产生变形。这是丝杠加工中影响精度的一个主要矛盾。
（二）、丝杠的精度要求
1、精度等级按丝杠的螺纹精度标准分，国家有标准。
2、具体指标有：
（1）单个螺距允差
（2）中径圆度允差；
（3）外径相等性允差；
（4）外径跳动允差；
（5）牙形半角允差；
（6）中径为尺寸公差；
（7）外径为尺寸公差；
（8）内径为尺寸公差。
（三）、丝杆加工的基本工艺路线：
对不淬硬丝杠：
毛坯（热处理）—校直—车端面打中心孔—外圆粗加工—校直热处理—重打中心孔（修正）—外圆半精加工—加工螺纹—校直、低温时效—修正中心孔—外圆、螺纹精加工。
对淬硬丝杠：
毛坯（热处理）—校直—车端面打中心孔—外圆粗加工—校直热处理—重打中心孔（修正）—外圆半精加工加工螺纹—淬火、回火—探伤—修正中心孔—外圆、螺纹半精磨加工—探伤—修正中心孔—外圆、螺纹精磨加工。
（四）丝杠加工工艺主要问题分析
1、丝杠的校直及热处理： 丝杠工艺除毛坯工序外，在粗加工及半精加工阶段，都安排了校直及热处理工序。校直的目的是为了减少工件的弯曲度，使机械加工余量均匀。时效热处理以消除工件的残余应力，保证工件加工精度的稳定性。一般情况下，需安排三次。一次是校直及高温时效，它安排在粗车外圆以后，还有两次是校直及低温时效，它们分别安排在螺纹的粗加工及半精加工以后。
2、定位基准面的加工： 丝杠两端的中心孔是定位基准面，在安排工艺路线时，应一首先将它加工出来，中心孔的精度对加工质量有很大影响，丝杠多选用带有120。保护锥的中心孔。此外，在热处理后，最后精车螺纹以前，还应适当修整中心孔以保持其精度。
丝杠加工的定位基准面除中心孔外，还要用丝杠外圆表面作为辅助基准面，以便在加工中采用跟刀架，增加刚度。
3、螺纹的粗、精加工 粗车螺纹工序一般安排在精车外圆以后，半精车及精车螺纹工序则分别安排在粗磨及精磨外圆以后。不淬硬丝杜一般采用车削工艺，经多次加工，逐渐减少切削力和内应力；对于淬硬丝杠，则采用“先车后磨”或“全磨”两种不同的工艺。后者是从淬硬后的光杜上直接用单线或多线砂轮粗磨出螺纹，然后用单线砂轮精磨螺纹。
4、重钻中心孔：工件热处理后，会产生变形。其外圆面需要增加的加工余量，为减少其加工余量，而采用重钻中心孔的方法。在重钻中心孔之前，先找出工件上径向圆跳动为最大值的一半的两点，以这两点后作为定位基准面，用个端面的方法切去原来的中心孔，重新钻中心孔。当使用新的中心孔定位时，工件所必须切会的额外的加工余量将减少到原有值。