滚珠丝杠双螺母垫片预紧原理
滚珠丝杠副轴向间隙调整和预紧的基本原理
滚珠丝杠副轴向间隙调整和预紧的基本原理以滚珠丝杠副轴向间隙调整和预紧的基本原理为标题滚珠丝杠副是一种常见的传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧是确保其传动性能和使用寿命的重要因素。
本文将从滚珠丝杠副的基本结构开始，介绍轴向间隙的调整和预紧的原理和方法。
一、滚珠丝杠副的基本结构滚珠丝杠副由螺杆、螺母和滚珠组成。
螺杆是主动件，螺母是从动件，滚珠则位于螺杆和螺母之间，起到传递力和减小摩擦的作用。
滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧对其传动精度和运行平稳性具有重要影响。
二、轴向间隙调整的原理轴向间隙是指螺杆和螺母之间的间隙，它会直接影响滚珠丝杠副的传动精度和刚度。
滚珠丝杠副在使用过程中，由于各种原因会产生一定的磨损和松动，导致轴向间隙的变化。
为了保证传动性能，需要及时调整轴向间隙。
轴向间隙调整的原理是通过改变滚珠丝杠副的结构尺寸或使用补偿零件来实现。
一种常见的调整方式是通过调整螺杆和螺母的螺纹尺寸来改变轴向间隙。
通常情况下，可以通过加工或更换螺杆和螺母来实现轴向间隙的调整。
三、轴向间隙的预紧为了保证滚珠丝杠副的传动精度和刚度，需要对轴向间隙进行预紧。
预紧是通过施加一定的轴向力来减小螺杆和螺母之间的间隙，提高传动刚度和精度。
轴向间隙的预紧可以通过两种方式实现：外力预紧和内力预紧。
外力预紧是指通过外部装置施加一定的轴向力来实现，常见的方式有弹簧预紧和液压预紧。
内力预紧是指通过滚珠丝杠副自身的结构和工作原理来实现，常见的方式有端部预紧和滚珠预紧。
四、轴向间隙调整和预紧的方法轴向间隙的调整和预紧是滚珠丝杠副维护和保养的重要内容。
为了保证滚珠丝杠副的正常运行和使用寿命，需要定期检查和调整轴向间隙。
常见的轴向间隙调整和预紧的方法有以下几种：1. 加工或更换螺杆和螺母：通过更换或重新加工螺杆和螺母的螺纹尺寸来调整轴向间隙。
2. 使用补偿零件：通过在螺杆和螺母之间加入补偿零件，来调整轴向间隙。
3. 外力预紧：通过外部装置施加一定的轴向力，如弹簧预紧和液压预紧。
滚珠丝杠副的预紧方式
滚珠丝杠副的预紧方式滚珠丝杠副是一种常见的传动装置，广泛应用于机械行业中。
为了保证滚珠丝杠副的正常运行和稳定性，预紧是非常重要的一环。
本文将介绍滚珠丝杠副的预紧方式，以及各种方式的特点和适用场合。
一、弹簧预紧方式弹簧预紧方式是一种常见且简单的方法，它通过在滚珠丝杠的两端安装弹簧来提供预紧力。
弹簧的作用是保证滚珠丝杠副的间隙在一个合适的范围内，以提高传动的精度和刚度。
这种预紧方式适用于需求较低的场合，如一些低速、较小负载的机械设备。
它的优点是结构简单、易于实施，但是弹簧松弛或失效的话，就会导致预紧力不足，影响滚珠丝杠副的工作性能。
二、压盖式预紧方式压盖式预紧方式是通过在滚珠丝杠的外端盖上施加压力，使得滚珠丝杠与静止螺母之间产生压力，从而实现预紧效果。
这种方式适用于中小型机械设备，传动精度要求相对较低的场合。
具体的操作步骤是，先将盖板顶部的螺杆扣连紧固螺母松开，然后通过调整压力螺杆使螺杆与螺母间达到合适的预紧程度。
这种方式相比弹簧预紧更加可靠，但需要注意的是，过度预紧会增加滚珠丝杠副的摩擦力，降低传动效率。
三、双螺母预紧方式双螺母预紧方式是采用两个静止螺母的方式进行预紧，通过静止螺母之间的接触力产生预紧效果。
这种方式适用于高精度、高速、大负载的传动场合，能够提供更高的刚度和稳定性。
具体的操作步骤是，先将两个静止螺母之间的间隙调整到合适的程度，然后通过各种方法（如外力、扳手等）施加力矩使两个螺母紧固，实现预紧效果。
这种方式的优点是预紧力大、稳定性好，但是相对于其他方式来说，操作和调整稍微复杂一些。
四、其他预紧方式除了上述介绍的三种主要预紧方式外，还有一些其他的方式可以用于滚珠丝杠副的预紧，如压板式、快速预紧器等。
这些方式在一些特殊场合下有其独特的优势和适用性。
需要注意的是，无论采用何种预紧方式，都需要根据具体机械设备的要求来选择合适的方式。
在预紧过程中，应该遵循操作规程，确保预紧力的准确度和稳定性，以充分发挥滚珠丝杠副的传动性能。
滚珠丝杠螺母副预紧方法
滚珠丝杠螺母副预紧方法滚珠丝杠螺母副预紧方法，这听起来是不是有点儿高深莫测？别担心，今天咱们就像在咖啡店里聊天一样，轻松聊聊这个话题。
先说说什么是滚珠丝杠，简单来说，它就是一种能把旋转的运动变成直线运动的神奇东西。
想象一下，你在厨房里用搅拌机搅拌面糊，咕噜咕噜转得飞起，而如果能把这种转动变成推拉的动作，那就是滚珠丝杠的妙用啦。
说到预紧，那可不是让它喝杯茶就好了。
预紧的目的就是让这个小家伙在工作的时候更加稳定，减少松动。
就像咱们打篮球，要是球鞋松了，跑起来可是容易摔跤的。
你想啊，滚珠丝杠在高负荷、快速度的环境下，稍微一松，那就得闹笑话了。
比如说，你在机械设备上用的要是滑丝了，那可真是“骑虎难下”啊。
咱们来看看预紧的方法，首先是选择合适的螺母。
别小看这螺母，大小、材料、设计，都是有讲究的。
好比穿衣服，合身的才好看。
找对了螺母，才能把滚珠丝杠的性能发挥到极致。
然后呢，就得用点儿力气，别怕，大家都说“力气大就好”，可是力气得用在刀刃上，不然可真是“把牛头不对马嘴”了。
咱们可以试试手动预紧，听起来简单吧？其实这就像拧瓶盖，拧得太紧了，开的时候可是费劲，拧得太松了，液体又会漏出来。
控制好这个劲儿，才是正道。
要是你觉得手动太麻烦，那也可以用电动扳手。
这个工具就像个“帮手”，快速又省力。
不过要注意，电动扳手可不能“乱来”，不然你就得面临“后悔药都吃不下”的局面。
说到这里，大家可能会问，预紧得多少才算合适呢？这个就像咱们吃饭，吃饱就行，别吃撑了。
过度预紧可会造成螺母和丝杠的损伤，甚至让它们“闹离婚”。
所以，记得根据厂家给的标准来，别盲目追求“完美”。
还有个重要的环节，就是定期检查。
好比家里的水管，时间久了难免会漏水，要是不及时发现，那可是得大动干戈。
定期检查滚珠丝杠的预紧情况，确保它们始终保持在最佳状态，这样才能让机械设备健康长寿。
大家都希望“长命百岁”，机械也是一样的道理。
预紧完成后，别忘了记录。
你想想，如果下次再调试，得翻箱倒柜去找之前的数据，那可是费劲。
滚珠丝杠双螺母垫片预紧原理
下图为双螺母垫片预紧键与键槽间隙配 合时图 图3
注：为了更直观的展示，图中平键与键槽间隙与角度为夸大画法。
5、键与键槽配合不良
根据图4局部放大图看出，因平键与两个螺母的键槽有间隙，滚珠 螺母在正反转运行一段时间后，两个螺母产生相对旋转，导致两个 螺母轴向距离产生变化，预紧力减小甚至变为0。
图4
六．轴向位移近似计算：
键槽配合不良情况：因平键与两个螺母的键槽有间隙，滚 珠螺母在正反转运行一段时间后，两个螺母产生相对旋转， 导致轴向距离变化，预紧力达不到正常要求。
图2图6预紧力比较：Fa=Fb ＞Fc=Fd ≥0
垫片起调整两个螺母间轴向距离的作用。
图中有两个平键，一个通过与两个键槽侧面的配合， （平键与键槽的过盈量通常为0.02 ～0.03mm）,一 个平键防止两个螺母产生相对转动，另一个平键防止垫 片从螺母中脱出。
当键与两个螺母键槽的过盈量不足时，双螺母预紧力变 小，滚珠丝杠副传动精度就会变差。
垫片预紧双螺母预紧原理
○ 如下图5所示，假设平键旋 转产生相对中心线的角度 为Δα
○ 螺母相对旋转产生的轴向 位移ΔL= （Δα÷360）×丝 杠导程
图5
7、垫片预紧双螺母键母
圆柱螺母 Fd
滚珠丝杠
垫片
钢球
图6
正常预紧情况键与键槽配合不良情况预紧力比较
正常预紧：通过调整中间垫片厚度使法兰螺母与圆柱螺母 产生轴向移动，使其中的滚珠在承受载荷前就以一定的压 力分别压向滚珠螺母与滚珠丝杠滚道相反的侧面，产生一 定的变形，以达到消除轴向间隙与预紧的目的，平键与键 槽配合良好，两个螺母无相对旋转，预紧达到预期要求。
双螺垫片预紧介绍
1、垫片预紧双螺母滚珠丝杠副组成如下图 注：钢球未在图中画出
数控技术专业《2.1.3滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法》
滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法
4螺纹调整间隙法
螺纹调整间隙法:常用的双螺母消除间隙的方法之一，如下图，右螺母2外圆上有普 通螺纹，并用两螺母4、5固定。当调整圆螺母4时，即可调整轴向间隙，然后用锁紧 螺母5锁紧。这种方法结构紧凑，工作可靠，滚道磨损可随时调整，但预紧力不准确 。
滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法
滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法
2垫片调整间隙法
垫片调整间隙法:常用的双螺母消除间隙的方法之一，如下图，调整垫片4的厚度， 使左右两螺母1、2产生轴向位移，从而消除滚珠丝杠螺母副的间隙和产生预紧力。这 种方法简单、可靠，但调整费时，适用于一般精度的传动。
滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法
3齿差调整间隙法
齿差调整间隙法:常用的双螺母消除间隙的方法之一，如下图，两个螺母1、2的凸缘 为圆柱外齿轮，齿数差为1，两个内齿轮3、4用螺钉、定位销紧固在螺母座上。调整 时先将内齿轮卸下，根据间隙大小使两个螺母分别向相同方向转过1个齿或几个齿， 然后再插入内齿轮，使螺母在轴向相互移动了相应的距离，从而消除两个螺母的轴向 间隙。
思考一下
何种零件轮廓受反向间隙影响比较大？
今天，你离成功更近一步！
内容概要本ຫໍສະໝຸດ 课程主要介绍以下四个方面的内容：滚珠丝杠螺母副间隙的影响
垫片调整间隙法 齿差调整间隙法
螺纹调整间隙法
重点：滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法 难点：反向间隙如何影响机械加工精度
滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法
1滚珠丝杠螺母副间隙的影响
滚珠丝杠螺母副的滚珠与滚道间隙，会导致机床在该方向上反向传动时信号丧失，影 响反向传动精度和轴向刚度，所以必须消除轴向间隙。
滚珠丝杠副轴向间隙调整和预紧的基本原理
滚珠丝杠副轴向间隙调整和预紧的基本原理滚珠丝杠副是一种常见的传动装置，其主要用于将旋转运动转化为直线运动。
在滚珠丝杠副中，轴向间隙调整和预紧是其基本原理之一，对于其正常运行和传动效率的提高起着重要的作用。
滚珠丝杠副的轴向间隙调整是指通过调节滚珠丝杠副中滚珠与螺纹轴的间隙大小，来达到理想的传动效果。
轴向间隙的调整是为了保证滚珠与螺纹轴之间的接触紧密，从而减小传动过程中的能量损耗和噪音产生。
如果轴向间隙过大，滚珠在传动过程中容易发生滑动，导致能量损耗增加；而如果轴向间隙过小，会增加滚珠与螺纹轴之间的摩擦，同样会影响传动效率。
因此，通过调整轴向间隙，可以使滚珠丝杠副在传动过程中实现最佳的接触状态，确保传动效率的最大化。
滚珠丝杠副的预紧是指通过施加一定的预紧力，使滚珠与螺纹轴之间产生一定的弹性变形，从而达到紧密配合的目的。
预紧力的作用是使滚珠与螺纹轴之间的接触更加紧密，增加传动的刚性和稳定性，减小传动过程中的回程误差和振动。
预紧力的大小需要根据具体的应用需求来确定，过大或过小都会影响滚珠丝杠副的传动效果。
一般来说，预紧力应该足够大，以保证滚珠与螺纹轴之间的接触紧密，但又不能过大，以免产生过多的摩擦和能量损耗。
在实际应用中，轴向间隙调整和预紧通常是通过调整滚珠丝杠副中的预紧螺母来实现的。
预紧螺母通常由两个螺纹结构组成，一个用于调整轴向间隙，一个用于施加预紧力。
通过旋转调整螺母，可以改变滚珠与螺纹轴之间的间隙大小和预紧力的大小。
在调整过程中，需要根据实际需求，不断试验和调整，直到达到理想的传动效果为止。
除了轴向间隙调整和预紧外，滚珠丝杠副的正常运行还需要注意以下几点。
首先，要定期检查滚珠丝杠副的润滑情况，确保润滑脂的充足和良好的润滑效果。
其次，要保持滚珠丝杠副的清洁，避免灰尘和杂质进入，影响传动效果。
最后，要避免滚珠丝杠副在超负荷或过载情况下工作，以免导致滚珠丝杠副的损坏和传动效果的下降。
滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧是其正常运行和传动效率提高的基本原理之一。
变速箱任务三 滚珠丝杠的安装与调整
六、滚珠丝杠副的预压方式
（一）双螺母预压方式
以预压片尺寸调整预压方式
六、滚珠丝杠副的预压方式
（二）单螺母预压方式
预压方式Biblioteka 、任务实施一、丝杠直线度误差的检查与校直
将丝杠擦净，放在钳工的水平台上，通过光线透过间隙， 检查其母线与工作台面的缝隙是否均匀。转过90。继续进行检 查，不能出现弯曲现象，否则不能使用。一般来说，需要校直 酢丝杠，其弯曲度都不是很大，甚至用肉眼几乎看不出来。校 直时将丝杠的弯曲点置于两v形架的中间，然后在螺旋压力机 上，沿弯曲点和弯曲方向的反向施力F，就可使弯曲部分产生 塑性变形而达到校直的目的。
数量 1套 1把 1把
1套
1个 1把 1把 1套 1把
各1把
各1把 若干 若干 1根 1把 2个
备注
三、相关知识
一、滚珠丝杠螺母副简介
滚珠丝杠螺母传动机构，主要是将旋转运动变成直线运 动，同时进行能量和力的传递，或调整零件的相互位置。 其特点是：传动精度高、工作平稳、无噪声、易于自锁、 能传递较大的动在机械传动中应用广泛，如车床的纵、横 向进给机构，钳工的台虎钳等。
四、思考与练习
学习的重点是机械传动系统THMDZT-1机械装调设 备中滚珠丝杠副的拆装与调整，学习难点是如何正确掌 握和应用装调技术要点。学习中，学生要仔细听取指导 教师的讲解，练习中理论联系实际，认真体会每一个知 识和技能点，逐渐掌握滚珠丝杠副的拆装与调整操作技 能。
二、工作准备单
序号 1 2 3
4
5 6 7 8 9
10
11 12 13 14 15 16
名称 机械装调技术实训装置
普通游标卡尺 深度游标卡尺
杠杆式百分表
大磁表座 塞尺
浅谈数控机床丝杠传动间隙调整教学
浅谈数控机床丝杠传动间隙调整教学浅谈数控机床丝杠传动间隙调整教学摘要：职业学校教育的开展目标是培养理论联系实践、动手能力强的复合型高素质技术人才。
因此，必须重视对学生知识拓展应用能力的培养。
本文从设备设施和教学场景的准备、课题理论分析思考两方面入手，探讨了如何更有效地开展数控机床丝杠传动间隙调整教学。
关键词：加工精度影响因素调整检验在数控加工专业课教学中，经常出现因机床传动误差而造成的零件尺寸不合格的现象，这时就要对机床进行必要的调整。
在数控机床加工过程中，其运行精度决定着零件加工后的尺寸精度，因此在学生实习零件加工前，首先要保证机床的运行精度和可靠性。
数控机床的轴向间隙是容易产生尺寸误差的主要因素，轴向间隙主要是指进给传动滚珠丝杠螺母副间隙和固定或支撑轴承间隙，所以机床传动间隙的调整和补偿工作尤为重要和必要。
一、设备设施和教学场景的准备在教学前，教师根据教学内容与要求，选用有代表性的经济性数车为教具，有意识地向学生提出一些问题，比方在加工前测量，根据需要在程序中插入刀补，执行完一次进给后出现尺寸误差的原因是什么。
引导学生对编辑的加工程序进行分析，除了加工程序编写不合理、刀具、切削热因素以外，还有什么原因导致加工误差。
以此激发学生的兴趣与好奇心。
在教学过程中，通过问与答调动学生，让学生用自己的知识、思维去思考问题；在互动中使学生有兴趣学习新知识，在互动中培养学生提出问题的能力。
这涉及专业课教学中的各个层次，如怎样提出问题――首先由老师提问，并引导学生进行解答，把课题内容引入机床本体的刚性和间隙调整方面。
二、课题理论分析与思考在实践课的实践教学环节中，通过老师讲、示范操作，学生听、看、练的不同方式，增进学生对实践课的理解和掌握。
在实践课教学中，老师应注重实践教学环节的方案与内容，有意识地提出适宜的问题吸引学生的注意力。
比方，滚珠丝杠传动副是机床进给系统的主要部件，传动副间的间隙大小决定着加工过程刀具是否在合理轨迹内运行，如出现误差就需要制订一套解决的方案，丝杠间隙的调整就是其中一种解决策略。
滚珠丝杠副的精度等级与丝杠制造最大长度
外循环
结构
圈数 列数 螺母外径
特点
每个返向器 1 圈 2 列以上 小
通过返向器组成滚珠循环回路，每一个 返向器组成 1 圈滚珠链。承载小，适应 于螺母外径小、导程小的滚珠丝杠副结 构。
1.5 圈以上(2.5、3.5 圈) 1 列以上 大
11
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9
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精度等级
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单位 ：μm
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23
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36
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200
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20
26
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注： l 长度处支承轴径相对于 A 基准的径向圆跳动，当 l6 ≤ l 时为 t6 p ，当 l6 ＞ l 时，其允许值为：
t6
p
×
l6 l
表 8 支承轴径肩面对A基准的圆跳动t8
公称直径
数控车简答题78题
101、滚珠丝杆副进行预紧的目的是什么？简述“双螺纹垫片式”预紧方法的工作原理？答：1）滚珠丝杆副进行预紧的目的是消除滚珠丝杠副传动的反向间隙和提高滚珠丝杠副传动的轴向刚度。
2）原理：“双螺母垫片式”即在两个螺母之间加入垫片，把左右两个螺母撑开，使左、右两个螺母与丝杠的接触方向相反，从而实现滚珠丝杠副的预紧。
102、简述数控机床零件加工的一般步骤？答：1）开机，手动返回参考点，建立机床坐标系；2）将加工程序输入到CNC存储中；3）将零件装夹到机床上；4）对加工程序中使用到的刀具进行对刀，并输入刀具补偿值；5）确定工件坐标系；6）在自动方式下运行程序加工零件；7）检测被加工零件。
103、脉冲当量的含义？答：脉冲当量就是指数控系统每发出一个脉冲，使机床移动部件产生的位移量104、柔性制造系统由哪几个部分组成？请简单说明？答：1）加工子系系统：该系统由加工单元、柔性制造单元、加工中心、数控机床、以及各种自动清洗、检测和装配机等组成，是FMS的基础部分。
2）物流子系统：该系统由自动运送小车、各种输送机构、机器人、工件装卸站、工件存储工位、刀具输入输出站、刀库等构成。
物流子系统在计算机的控制下自动完成刀具和工件的输送工作3）信息子系统：该系统由主计算机、分级计算机及其接口、外围设备和各种控制装置的硬件和软件组成。
主要功能是实现各子系统之间的信息联系，地系统进行管理，确保系统正常工作。
105、列举出四种数控加工专用技术文件？答：1）工序卡；2）刀具调整单（刀具卡、刀具表）；3）机床调整单；4）数控加工程序单。
106、数控机床的定位精度包括哪些？答：1）伺服定位精度（包括电动机、电路、检测元件）；2）机械传动精度；3）几何定位精度（包括主轴回转精度、导轨直线平行度、尺寸精度）；4）刚度。
107、句词解释：DNC、刀具半径补偿？答：DNC：计算机群，由1台计算机直接管理控制一“群”数控机床。
刀具半径补偿：自动计算刀具中心轨迹，使其自动偏移零件轮廓一个刀具半径值，这种自动偏移计算即刀具半径补偿。
滚珠丝杠调整间隙和预紧的方法
滚珠丝杠调整间隙和预紧的方法宝子们，今天咱们来唠唠滚珠丝杠调整间隙和预紧的事儿。
咱先说说间隙这事儿。
滚珠丝杠要是有间隙，那可会影响它工作的精度呢。
一种调整间隙的方法就是双螺母法。
这双螺母就像是两个小伙伴，它们之间可以通过调整相对位置来改变间隙。
比如说，有一种是通过垫片来调整的。
在两个螺母之间加不同厚度的垫片，就可以让螺母之间的距离发生变化，从而减小或者消除间隙。
这就好比给两个小伙伴之间塞个小物件，让它们挨得更紧或者保持合适的距离。
再说说预紧哈。
预紧可是很重要的，就像给滚珠丝杠打个预防针，让它工作的时候更稳定。
预紧的方法也和双螺母有关呢。
有那种通过螺纹来预紧的双螺母结构。
一个螺母拧动的时候，就会对另一个螺母产生作用力，这样就实现了预紧。
这就像是两个小伙伴互相拉着手，给彼此一个力量，让它们不会轻易松开或者晃动。
还有一种是单螺母预紧的方法。
这个就有点像给单螺母做个特殊的“造型”，通过改变滚珠的大小或者数量来实现预紧。
比如说，让滚珠稍微大一点，这样在螺母和丝杠之间就会产生一定的预紧力。
这就像是给螺母穿上了一件稍微紧一点的衣服，让它和丝杠贴得更紧。
宝子们要知道，在调整间隙和预紧的时候，可不能乱来哦。
要根据滚珠丝杠的具体规格和使用要求来操作。
如果调整得不好，要么会让滚珠丝杠磨损得特别快，就像让一个人干过重的活，很快就会累垮一样；要么就不能达到想要的精度，就像你想射中靶心，结果因为工具没调好，总是射偏。
在操作的时候，一定要小心仔细。
如果自己不太确定，最好找个懂行的人来帮忙。
这就像是生病了找医生一样，专业的人干专业的事儿，这样才能让滚珠丝杠好好地工作，为咱们的设备或者机器准确无误地效力呢。
滚珠丝杠的间隙调整和预紧虽然有点小复杂，但只要咱们用心去了解和操作，就不是啥大难题啦。
考虑尺寸误差与径向载荷的双螺母滚珠丝杠静刚度分析
第３４卷第２４期中国机械工程V o l ．３４㊀N o ．２４２０２３年１２月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．２９５２Ｇ２９６２考虑尺寸误差与径向载荷的双螺母滚珠丝杠静刚度分析陈光宇１,２㊀翁直威３㊀张㊀松１,２１．山东大学机械工程学院,济南,２５００６１２．高效洁净机械制造教育部重点实验室,济南,２５００６１３．山东普鲁特机床有限公司,滕州,２７７５００摘要:同时考虑尺寸误差和外部径向载荷,改进了一种预紧双螺母滚珠丝杠的轴向静刚度计算模型.首先,基于赫兹理论,考虑制造过程中的尺寸误差和因装配不当等因素引起的径向外部载荷,改进了滚珠载荷分布和轴向静刚度模型.其次,采用N e w t o n ＧR a p h s o n 迭代法计算了双螺母滚珠丝杠的轴向静刚度,并在自行研制的加载试验台上进行了加载变形试验,验证了模型的正确性.最后,通过仿真分析,研究了外部轴向载荷㊁外部径向载荷和滚珠尺寸误差对双螺母滚珠丝杠轴向静刚度的影响.研究结果表明,所建立的双螺母滚珠丝杠静刚度模型对描述轴向变形位移和轴向静刚度有较好的效果,对指导预紧双螺母滚珠丝杠在静止或低速工况下的承载能力评估和精度设计有一定的参考意义.关键词:滚珠丝杠;轴向静刚度;径向载荷;载荷分布中图分类号:T H １３２D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２３．２４．００７开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):S t a t i c S t i f f n e s sA n a l y s i s o fD o u b l e Ｇn u t B a l l S c r e w sC o n s i d e r i n g D i m e n s i o n a l E r r o r s a n dR a d i a l L o a d sC H E N G u a n g y u １,２㊀W E N GZ h i w e i ３㊀Z H A N GS o n g１,２１．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,S h a n d o n g U n i v e r s i t y,J i n a n ,２５００６１２．K e y L a b o r a t o r y f o rH i g hE f f i c i e n c y a n dC l e a n M e c h a n i c a lM a n u f a c t u r e o fM i n i s t r y ofE d u c a t i o n ,J i n a n ,２５００６１３．S h a n d o n g P u l u t eM a c h i n eT o o l C o ．,L t d ．,T e n g z h o u ,S h a n d o n g,２７７５００A b s t r a c t :Ac a l c u l a t i o n m o d e l o f t h ea x i a l s t a t i cs t i f f n e s s f o ra p r e l o a d e dd o u b l e Ｇn u tb a l l s c r e ww a s i m p r o v e db y c o n s i d e r i n g b o t ht h ed i m e n s i o n a l e r r o r sa n dr a d i a l l o a d s ．F i r s t l y,b a s e do n H e r t z t h e o r y ,t h eb a l l l o a dd i s t r i b u t i o na n da x i a l s t a t i cs t i f f n e s s m o d e lw e r e i m p r o v e dc o n s i d e r i n g th ed i Ｇm e n s i o n a l e r r o r s i n t h em a n u f a c t u r i n g p r o c e s s e s a n d t h e r a d i a l l o a d s c a u s e d b y f a c t o r s s u c h a s i m p r o pＧe ra s s e m b l y ．S e c o n d l y ,t h eN e w t o n ＧR a ph s o n i t e r a t i v e m e t h o d w a su s e dt oc a l c u l a t e t h ea x i a l s t a t i c s t i f f n e s s e s o f t h ed o u b l e Ｇn u tb a l l s c r e w s ,a n dt h e l o a d i n g de f o r m a t i o nt e s t sw e r ec a r r i e do u to nt h e s e l f Ｇd e v e l o p e d t e s t b e n c h t o v e r i f y t h e c o r r e c t n e s s o f t h em o d e l ．F i n a l l y,t h e i n f l u e n c e s o f a x i a l l o a d s ,r a d i a l l o a d s a n db a l l d i m e n s i o n a l e r r o r so nt h ea x i a l s t a t i c s t i f f n e s s e so fd o u b l e Ｇn u tb a l l s c r e w sw e r e s t u d i e db y s i m u l a t i o n a n a l ys i s ．T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e s t a t i c s t i f f n e s sm o d e l e s t a b l i s h e dh a s a g o o d e f f e c t o nd e s c r i b i n g t h e a x i a l d e f o r m a t i o nd i s pl a c e m e n t s a n d a x i a l s t a t i c s t i f f n e s s e s ,w h i c hh a s a g o o d r e f e r e n c e s i g n i f i c a n c e f o r g u i d i n g t h eb e a r i n g c a p a c i t y e v a l u a t i o n a n d p r e c i s i o nd e s i g no f t h e p r e l o a d e d d o u b l e Ｇn u t b a l l s c r e wu n d e r s t a t i c o r l o w Ｇs pe e d c o n d i t i o n s ．K e y wo r d s :b a l l s c r e w ;a x i a l s t a t i c s t i f f n e s s ;r a d i a l l o a d ;l o a dd i s t r i b u t i o n 收稿日期:２０２３０２１０基金项目:济南市高校院所创新团队项目(２０２０G X R C ０２５);山东省重点研发计划(２０２１S F G C ０９０２);山东省泰山学者工程专项(t s ２０１７１２００２)０㊀引言滚珠丝杠作为一种精密传动功能部件,具有传动精度高㊁使用寿命长[１]的优点,广泛应用于高端加工中心㊁智能设备和其他工业领域[２].实际应用中,因端部装配不当引起的径向偏心使得滚珠丝杠承受额外的径向载荷,直接影响着其机械性能,如轴向静刚度和位置精度[３Ｇ４].同时,滚珠丝杠制造过程中产生的尺寸误差对其承载性能造成的影响也不容忽视.因此,准确地描述滚珠丝杠服役过程中相关尺寸误差和径向载荷对其承载性能影响的内在规律,建立准确的滚珠丝杠轴向变形位移和轴向静刚度计算模型,对滚珠丝杠的精密装配和高端应用具有重要的指导意义.全滚珠的载荷分布显著影响滚珠丝杠的机械２５９２性能[５].Z HO U等[６]㊁王恒等[７]㊁W E I等[８]分别描述了滚珠丝杠的预紧力与空载阻力扭矩之间的关系,提出了计算滚珠丝杠摩擦扭矩的理论模型,建立了滚珠丝杠的动力学模型,然而他们假设所有的滚珠都承受均等的载荷,存在一定的局限性. M E I等[９]分析了几何误差对单螺母滚珠丝杠滚珠载荷分布的影响,对相关研究产生了深远的影响.L I N等[１０]提出了一个外部轴向载荷下考虑横向变形和几何误差的低阶静载荷分布模型,并进行了相关有限元分析计算.B E R T O L A S O 等[１１]采用应力场的光弹性法和位移场的标记跟踪方法测量了滚珠接触载荷和接触角的分布. Z H A O等[１２]使用运动学方法分析了引入的变形系数与定义的几何误差系数之间的关系.滚珠本身存在的尺寸误差[１３]所造成的滚珠接触载荷分布不均影响着轴向静刚度,进而使得定位精度降低.程强等[１４]㊁赵佳佳等[１５]分别提出了考虑滚珠几何误差的滚珠载荷分布模型,通过计算传动过程中的行程变动量,可以较好地预测滚珠丝杠的位置精度.T A K A F U J I等[１６]指出应考虑螺纹轴㊁螺母本身和螺纹的弹性变形来完善模型.K AMA L Z A D E H等[１７]分析了弹性接触变形对传动误差的影响,并提出补偿接触变形以提高滚珠丝杠的定位精度.X U等[１８]指出,螺距与丝杠直径之比越大,载荷分布的均匀性就越差,滚珠丝杠的刚度性能也越低.目前,关于双螺母滚珠丝杠轴向变形和静刚度的研究主要集中在仅承受外部轴向载荷的情况下,对同时承受轴向和径向复合载荷下轴向静刚度的研究相对较少.本文基于Z H E N等[１９]和L I U等[２０]进行的部分理论分析,主要建立了考虑尺寸误差和径向载荷的预紧双螺母滚珠丝杠轴向静刚度模型,揭示了尺寸误差㊁外部复合载荷㊁滚珠载荷分布和轴向静刚度的内在联系,并且在自主研制的滚珠丝杠加载试验台上进行了加载变形试验,验证了模型的正确性.最后,基于模型数值分析了外部径向载荷和尺寸误差对预紧双螺母滚珠丝杠轴向变形与静刚度的影响.１㊀预紧双螺母滚珠丝杠的轴向静刚度模型与单螺母滚珠丝杠相比,为了消除轴向间隙,提高轴向接触刚度,现代滚珠丝杠通常采用双螺母预紧结构.以广泛使用的双螺母垫片预紧式为例,首先需要准确计算出工作螺母与预紧螺母之间的轴向载荷分配.围绕工作螺母的载荷状态,通过描述全滚珠载荷分布计算出整个螺母的轴向变形位移,进一步可以获得轴向静刚度.在建立轴向静刚度模型时,本文同时考虑了尺寸误差和外部径向载荷的影响,并做出如下假设:①滚珠㊁丝杠滚道和螺母滚道之间的接触变形均在弹性范围内;②滚珠中心与丝杠滚道㊁螺母滚道的曲率中心在同一条线上;③滚珠与螺母滚道㊁丝杠滚道的接触角相同;④每个滚珠只承受丝杠㊁螺母接触区域的法向接触载荷,忽略相邻滚珠之间的相互作用.１．１㊀预紧双螺母滚珠丝杠的复合受载状态实际工程应用中,滚珠丝杠的安装不同于理想状态,往往存在着不同程度的径向偏心.这使得滚珠丝杠承受额外的径向载荷,螺母轴线相对于丝杠轴线产生偏移,丝杠和螺母之间全滚珠的载荷分布将不同于理想均匀状态而呈现出显著的不均匀性,进而影响轴向变形位移和静刚度.在机床进给轴的传动结构中,螺母通过法兰固定在工作台下方,丝杠轴的两端安装在基体的轴承座内,其安装方式为一端固定一端支撑.当机床运行时,丝杠在伺服电机的驱动下通过滚珠将驱动力传递给螺母.螺母将通过连接法兰的螺栓承受作用在工作台上的复合载荷,主要包括外部轴向载荷F a和径向载荷F r,如图１所示.滚珠将在复合载荷的影响下产生相应变形,使得螺母相对于丝杠分别产生轴向变形位移δa和径向变形位移δr .图１㊀预紧双螺母滚珠丝杠受载变形F i g．１㊀L o a d d e f o r m a t i o n o f p r e l o a d e d d o u b l eＧn u t b a l l s c r e w如图２所示,在双螺母滚珠丝杠承受外部载荷之前,螺母A和螺母B将在预紧垫片的作用下发生一定量的初始变形,承受外部载荷后,工作螺母A的实际轴向载荷将相对于预紧力增大,而预紧螺母B的实际轴向载荷将减小.图２中,Q A n i㊁Q B n i(i＝１,２, ,Z)分别为螺母A和螺母B中第i个滚珠与螺母滚道接触点处的法向载荷,Z为单个螺母中的滚珠数;βA i㊁βB i分别为螺母A和螺母B中第i个滚珠与螺母滚道接触点处的接触角.在这种情况下,工作螺母A的实际载荷为F A,相对于预紧力F P的增量为F１,预紧螺母B３５９２考虑尺寸误差与径向载荷的双螺母滚珠丝杠静刚度分析 陈光宇㊀翁直威㊀张㊀松图２㊀预紧双螺母滚珠丝杠的多向受载F i g．２㊀M u l t i Ｇd i r e c t i o n a l l o a d s t a t e o f p r e l o a d e dd o u b l e Ｇn u t b a l l s c r e w 的实际载荷为F B ,相对于预紧的减小量为F ２,可分别表示为F A ＝F P ＋F １F B ＝F P －F ２}(１)㊀㊀各参数之间的关系为F a ＝F A －F B ＝F P ＋F １－(F P －F ２)＝F １＋F ２(２)㊀㊀在外部载荷作用下,螺母A 和螺母B 的载荷状态发生变化,相应的轴向变形也会发生变化.工作螺母A 将产生额外的轴向压缩变形,预紧螺母B 将产生相应的恢复变形.当预紧垫圈被视为刚体时,它们的变形量应相等,可以表示为δA －δP ＝δP －δB(３)式中,δP 为仅预紧作用下螺母的轴向变形位移;δA ㊁δB 分别为预紧力和外部载荷共同作用下工作螺母A 和预紧螺母B 的轴向变形位移.基于H e r t z 接触理论,δA ㊁δB 可以表示为δA ＝K １(F P ＋F １)２/３δB ＝K １(F P －F ２)２/３}(４)式中,K １为轴向接触变形系数.联立式(３)㊁式(４),两螺母变形位移之间的关系可以表示为(F P ＋F １)２/３－F ２/３P ＝F ２/３P －(F P －F ２)２/３(５)㊀㊀因此,式(１)㊁式(２)㊁式(５)建立了求解两个螺母在预紧力和外载荷共同作用下各自轴向载荷分配的模型,其中F １值可以通过数值迭代法求解,进而得到F A 和F B .所有滚珠的法向接触载荷与工作螺母A 的实际轴向载荷之间的关系可以表示为F A ＝ðZi ＝１QA n is i n βAi c o s λ(６)式中,λ为滚珠丝杠的导程角.图３展示了滚珠在滚道中的空间分布,其中r m 为丝杠公称半径.每个滚珠的法向接触变形与螺母A 相对于丝杠的径向接触位移之间的关系可以表示为δr i ＝δr c o s ψi (７)ψi ＝σ＋(i －１)φ㊀㊀φ＝２πNZ式中,ψi 为第i 个滚珠在滚道中的位置角;σ为首个滚珠在滚道中的位置角;δr 为丝杠轴线沿F r 方向产生的位移;δr i 为第i 个滚珠沿径向的位移;φ为两个相邻滚珠中心的位置角;N 为单个螺母中的滚珠列数.图３㊀滚珠在滚道中的空间分布F i g ．３㊀S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f b a l l s i n t h e r a c e w a y根据径向载荷平衡条件,螺母A 中所有滚珠的法向接触载荷与外部径向载荷F r 之间的关系可以表示为F r ＝ðZi ＝１QA n ic o s βA i c o s ψi (８)１．２㊀理想情况下全滚珠载荷分布模型根据上述分析,工作螺母A 的实际载荷将随着外部轴向载荷的增大而增大.而外部径向载荷和尺寸误差的存在将使螺母中每个滚珠的法向载荷出现巨大差异,因此,有必要对螺母中所有滚珠的载荷分布状态进行分析和建模.图４显示了螺母A 中单个滚珠的初始接触状态.丝杠和螺母滚道的法向截面为双圆弧形状,其中β０为变形前的初始接触角,Q A s i 为螺母A 中第i 个滚珠与丝杠滚道接触点处的法向载荷.根据前述假设,在承受复合载荷后,滚珠与滚道接触点的相对位置关系将因接触变形而改变.为了便于计算,将螺母滚道曲率中心O n 视为固４５９２ 中国机械工程第３４卷第２４期２０２３年１２月下半月图４㊀螺母A 中的初始接触角F i g ．４㊀I n i t i a l c o n t a c t a n gl e i nn u tA 定点,滚珠中心O b 和滚道曲率中心O s 在同一条线上.受载后它们的空间位置变化如图５所示.其中,点M 和点N 为承受外部载荷之前滚珠与滚道之间的接触点;点M ᶄ和点N ᶄ为承受外部载荷后滚珠与滚道之间的接触点;点O b ᶄ㊁点O s ᶄ分别为承受外部载荷后的滚珠中心和丝杠滚道曲率中心;βi 为承受外部载荷后第i 号滚珠的接触角;δa i ㊁δr i 分别为第i 号滚珠在滚珠丝杠轴向和径向上的位移.图５㊀位置点的变形关系F i g ．５㊀D i s pl a c e m e n t r e l a t i o no f p o s i t i o n p o i n t s 对于变形前的初始状态,丝杠滚道和螺母滚道的曲率中心之间的距离可以表示为D ＝O n O s ＝r n ＋r s －d b(９)式中,r s ㊁r n 分别为丝杠滚道法向截面半径和螺母滚道法向截面半径;d b 为滚珠的公称直径.变形后,根据图５所示的空间关系,丝杠滚道中心在法向接触平面内的横向位移可表示为δA i s i n βAi ＝(δs i ＋δn i )s i n βi ＝δac o s λ(１０)其中,δA i 为螺母A 中第i 个滚珠滚道法向截面内相关几何圆心的相对位移.同时,变形后丝杠和螺母滚道的曲率中心距离可以表示为O n O s ᶄ＝(D c o s β０＋δr i )２＋(D s i n β０＋δa c o s λ)２(１１)则螺母A 中第i 号滚珠与滚道之间的接触变形可以表示为㊀㊀㊀δA i ＝δs i ＋δn i ＝O n O s ᶄ－O n O s ＝㊀(D c o s β０＋δr i )２＋(D s i n β０＋δa c o s λ)２－D (１２)㊀㊀螺母A 中第i 个滚珠变形后滚珠滚道接触点处的接触角为βAi ＝a r c s i n D s i n β０＋δac o s λ(D c o s β０＋δr i )２＋(D s i n β０＋δa c o s λ)２(１３)㊀㊀基于H e r t z 接触理论,接触变形与接触载荷之间的关系为㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Q A i ＝Kδ３/２(１４)㊀K ＝[k s (e )πm a s３１４(３E ᶄ)２ðρs ＋k n (e )πm a n３１４(３E ᶄ)２ðρn ]－３/２㊀㊀㊀㊀㊀㊀１E ᶄ＝１－μ２s E s ＋１－μ２n E n式中,k s (e )㊁k n (e )分别为滚珠与丝杠㊁螺母之间接触点处的第一椭圆积分,e 为中间参数;m a s ㊁m a n 分别为滚珠与丝杠㊁螺母接触椭圆的短半轴系数;E ᶄ为等效弹性模量;ðρs ㊁ðρn 分别为滚珠与丝杠㊁螺母接触点的主曲率和;μs ㊁μn 分别为滚珠与丝杠㊁螺母接触侧的泊松比;E s ㊁E n 分别为滚珠与丝杠㊁螺母接触侧的弹性模量.结合上述各式,滚珠丝杠的全滚珠载荷平衡关系为F A ＝ðZi ＝１Kδ３/２A iD s i n β０＋δac o s λ(D c o s β０＋δr i )２＋(D s i n β０＋δa c o s λ)２c o s λF r ＝ðZ i ＝１Kδ３/２A iD c o s β０＋δr i (D c o s β０＋δr i )２＋(D s i n β０＋δa c o s λ)２c o s ψi üþýïïïïïïïïïïï(１５)１．３㊀考虑尺寸误差的全滚珠载荷分布模型滚珠丝杠的尺寸误差主要包括滚珠直径误差和丝杠导程误差.在滚珠丝杠传动过程中,滚珠的直径误差E D i 直接影响滚珠的载荷分布,丝杠的导程误差E P i 影响着螺母相对于丝杠的轴向变形,如图６所示.考虑到滚珠丝杠尺寸误差的影响,滚珠与滚道之间的接触变形修正为㊀δA i ᶄ＝(D c o s β０＋δr i )２＋(D s i n β０＋δa ＋E P i c o s λ)２－D ＋E D i (１６)５５９２ 考虑尺寸误差与径向载荷的双螺母滚珠丝杠静刚度分析陈光宇㊀翁直威㊀张㊀松图６㊀滚珠的尺寸误差F i g．６㊀D i m e n s i o n a l e r r o r o f t h e b a l l s ㊀㊀滚珠与滚道之间的接触角修正为㊀βA i ᶄ＝a r c s i nD s i n β０＋δa ＋E P ic o s λ(D c o s β０＋δr i )２＋(D s i n β０＋δa ＋E P i c o s λ)２＋E D i (１７)㊀㊀存在误差时,滚珠丝杠的全滚珠载荷平衡关系修正为F A ＝ðZi ＝１K (δA iᶄ)３/２㊀D s i n β０＋δa ＋E P ic o s λ(D c o s β０＋δr i )２＋(D s i n β０＋δa ＋E P i c o s λ)２＋E D i c o s λF r ＝ðZ i ＝１K (δA i ᶄ)３/２㊀D c o s β０＋δr i (D c o s β０＋δr i )２＋(D s i n β０＋δa ＋E P i c o s λ)２＋E D i c o s ψi üþýïïïïïïïïïïïïïï(１８)１．４㊀预紧双螺母滚珠丝杠的轴向静刚度尺寸误差和外部径向载荷的存在,使得不同空间位置的滚珠所承受的法向载荷显著不同.在承受外部载荷后,滚珠与滚道表面之间的法向弹性变形位移将导致螺母在轴向上相对于丝杠产生轴向变形.将预紧垫片视为一个理想刚体时,双螺母整体的轴向变形δx 实际上是螺母在承受外部载荷后的轴向变形δa |F a ,F r 与螺母在初始预紧状态下的变形δa |F P 之间的差值,可以表示为δx ＝δa |F a ,F r －δa |F P (１９)㊀㊀式(１８)和式(１９)构成了求解复合载荷下双螺母滚珠丝杠副轴向变形位移的理论模型.对于滚珠丝杠,其静刚度可描述抵抗轴向变形的能力,当预紧双螺母滚珠丝杠承受外部复合载荷时,其轴向静刚度K a 实际为发生单位轴向变形位移所需要的外部轴向载荷的大小,可以表示为K a ＝d F ad δx(２０)㊀㊀因此,式(５)㊁式(１８)㊁式(１９)和式(２０)构成了求解复合载荷下预紧双螺母滚珠丝杠轴向静刚度的理论模型.模型中包含了多个非线性方程,需要特定的迭代方法进行求解,并且针对多组外部复合载荷进行求解计算时需要单独迭代,从而可以获得多组轴向变形位移和静刚度.２㊀模型求解和试验验证２．１㊀轴向静刚度的求解计算以R ４０Ｇ８T ５ＧF D D C 型预紧双螺母滚珠丝杠为例进行求解计算,每个工作螺母中有６８个滚珠,其中６０个滚珠在滚道中承受载荷,８个滚珠在反向器中不承受载荷,其具体参数如表１所示.表１㊀R ４０Ｇ８T ５ＧF D D C 型滚珠丝杠的主要参数T a b ．１㊀M a i n p a r a m e t e r s o fR ４０Ｇ８T ５ＧF D D Cb a l l s c r e w参数数值丝杠公称半径r m (mm )４０滚珠公称直径d b (mm )４．７６２导程角λ(ʎ)３．５５导程L p (mm )８滚道半径r s ,r n (mm )２．４７６滚珠列数２．５ˑ２初始接触角β０(ʎ)４５泊松比μs ,μn０．３弹性模量E s ,E n (G P a)２１０滚珠个数Z ６８ˑ２预紧力F P (N )４４１０㊀㊀对于垫片式预紧结构,工作螺母A 和预紧螺母B 将由于外部载荷而同步轴向平移,因此它们的轴向变形位移应相同.随着外部轴向载荷增大,工作螺母A 的实际载荷会增大,而预紧螺母B 的实际载荷会相应减小,如图７所示.当外部轴向载荷增大到一定程度时,预紧螺母B 的实际载荷减小到０,此时的外部轴向载荷称为临界轴向载荷F l .此时,预紧螺母B 中的滚珠与滚道脱图７㊀螺母实际受载随外部轴向载荷变化F i g．７㊀A c t u a l a x i a l l o a do f t h e n u t s v a r i e sw i t h t h e e x t e r n a l a x i a l l o a d６５９２ 中国机械工程第３４卷第２４期２０２３年１２月下半月离接触,仅工作螺母A 承受载荷,相当于单螺母受载状态.且临界轴向载荷F l 与预紧力F P 的大小有关.在具体的计算过程中,通过螺母载荷分配计算,将工作螺母A 的实际载荷及其轴向变形位移作为整个螺母组合的轴向变形位移从而简化计算,并使用N e w t o n ＧR a p h s o n 迭代法计算出整体轴向静刚度,具体求解流程如图８所示,其中e R R 为载荷收敛判据值,Δδa ㊁Δδr 分别为δa ㊁δr 的增量.图８㊀轴向静刚度求解流程F i g ．８㊀F l o wc h a r t o f s o l v i n g ax i a l s t a t i c s t i f f n e s s ２．２㊀试验验证为了验证考虑尺寸误差和径向载荷的双螺母滚珠丝杠轴向静刚度模型,本文使用山东大学自主开发的滚珠丝杠复合加载试验台开展验证试验.试验台的主要结构组成如图９所示,包括滚珠丝杠㊁直线导轨㊁工作台㊁轴向电动缸㊁伺服电机㊁轴承㊁支撑导轨㊁龙门架㊁压力传感器㊁水平液压缸㊁垂直液压缸和光栅尺.通过测量双螺母滚珠丝杠在预定载荷下的轴向变形位移,进而获得其轴向静刚度,最后对试验结果和理论结果进行了比较和分析.图９㊀滚珠丝杠加载试验台结构组成F i g ．９㊀S t r u c t u r e o f t h e b a l l s c r e wl o a d i n gt e s t b e n c h 本试验通过限制丝杠旋转并借助工作台向螺母同时施加轴向和径向载荷来达到载荷施加要求,过程中使用激光干涉仪(X L Ｇ８０,R e n i s h a w ,英国)测量滚珠丝杠的轴向变形位移,进而通过换算获得轴向静刚度,试验的现场设置如图１０所示.图１０㊀滚珠丝杠轴向变形试验现场F i g．１０㊀B a l l s c r e wa x i a l d e f o r m a t i o n t e s t s i t e 文献[２１]指出,对于双螺母滚珠丝杠,螺母安装方式对轴向静刚度存在一定的影响,主要呈现在工作螺母的受载状态.为在最大程度上降低滚珠丝杠的安装方式对承载性能的影响,试验中滚珠丝杠的安装遵循螺母法兰靠近固定端的原则.在安装过程中,严格遵循装配工艺要求,多次使用激光校正安装,使丝杠两端轴承座和螺母座成三点一线,从而保证丝杠轴线和配套的导轨轴线平７５９２ 考虑尺寸误差与径向载荷的双螺母滚珠丝杠静刚度分析陈光宇㊀翁直威㊀张㊀松行,尽可能地减小安装误差对于测量数据准确性的影响.试验台加载机构可同时向工作台施加外部轴向载荷和径向载荷.外部径向载荷施加０,２,４,６k N四组水平.保持每组径向载荷不变时,外部轴向载荷从０缓慢增大到４０％C a(C a为额定动载荷),即１８k N.激光干涉仪的当前位移测量数据每５００N记录一次.试验重复三次,取每个数据采集点的平均值作为最终测得的轴向变形位移.对于测试中使用的R４０Ｇ８T５ＧF D D C滚珠丝杠,根据工厂设置参数表和国家标准G B/T １７５８７．３ ２０１７,丝杠精度等级为P３,滚珠精度为G１６,具体参数见表１.根据文献[１３]的相关研究,滚珠丝杠制造过程中产生的尺寸误差服从正态分布,由相应精度公差值和拉依达准则(３σ准则),将滚珠直径误差(μm)设置为N(０,(０．８/６)２),将滚道导程误差(μm)设置为N(０,(４/６)２).以外部轴向载荷为X轴㊁测量的轴向变形位移为Y 轴,绘制了不同外部径向载荷条件下测量数据的散点图.同时基于M A T L A B软件,采用N e w t o nＧR a p h s o n迭代法计算了预紧双螺母滚珠丝杠在不同径向和轴向载荷下的轴向变形位移,数值计算结果与试验结果的对比如图１１所示.根据式(２０)将试验变形位移换算为轴向静刚度值并与理论值进行对比,如图１２所示.图１１㊀轴向变形试验结果与理论结果对比F i g．１１㊀C o m p a r i s o no f e x p e r i m e n t a l r e s u l t s a n d t h e o r e t i c a lr e s u l t s o f a x i a l d e f o r m a t i o n从试验结果对比中可以看出,轴向变形位移与轴向静刚度的试验值与理论值吻合良好.四个外部径向载荷水平下的平均相对偏差分别约为１４．３％㊁１３．８％㊁１２．１％和９％,表明模型具有较高的计算精度.当外部轴向载荷达到１２．４３k N时,轴向变形位移的曲线斜率增大,轴向静刚度呈现一次急剧下降的趋势.这是因为１２．４３k N是预图１２㊀轴向静刚度试验结果与理论结果对比F i g．１２㊀C o m p a r i s o no f e x p e r i m e n t a l r e s u l t s a n d t h e o r e t i c a lr e s u l t s o f a x i a l s t a t i c s t i f f n e s s紧力F P为４．４１k N时双螺母滚珠丝杠的理论临界轴向载荷F l.当外部轴向载荷大于１２．４３k N 时,预紧螺母B中滚珠与滚道脱离接触并失去预紧效果,此时只有工作螺母A承受轴向载荷,相当于单螺母受载状态.根据１．１节中建立的螺母载荷分配模型,当预紧力F P＝４．４１k N时,轴向临界载荷F l为１２．４３k N,对应的临界轴向变形位移为δl.图１１中,当外部轴向载荷F a为１２．４３k N,外部径向载荷F r为２,４,６k N时,轴向变形位移δa均大于F r＝０时的位移值,也就是说F r分别为２,４,６k N 时双螺母滚珠丝杠的轴向临界载荷F l实际上会略小于１２．４３k N.出现这一现象的原因是在螺母载荷分配计算过程中对径向载荷进行了简化处理,忽略了它造成的影响.值得注意的是,图１１中显示轴向变形位移的试验测量值通常高于理论值,轴向静刚度的试验值通常低于理论值.这是因为在建立模型时,主要考虑了滚珠与滚道间的接触变形,而忽略了实际工作台㊁轴承㊁丝杠㊁螺母等的变形和扭转刚度带来的影响.由于试验设备和条件的限制,无法准确测量试验台轴向传动系统各部件的准确变形,只能从整体变形位移的角度来验证模型的准确性,因此,本文建立的计算模型可以在一定程度上通过考虑外部径向载荷和尺寸误差来计算滚珠丝杠的载荷分布,进而获得预紧双螺母滚珠丝杠的轴向变形位移和轴向静刚度.３㊀结果和讨论３．１㊀外部径向载荷对轴向静刚度的影响图１３显示了预紧双螺母滚珠丝杠的轴向变８５９２中国机械工程第３４卷第２４期２０２３年１２月下半月形位移随外部轴径向载荷的变化.在保持外部径向载荷不变的情况下,当外部轴向载荷从０变化到１８k N 时,轴向变形位移相应按照不同的趋势增大.当外部径向载荷从０变化到６k N 时,滚珠丝杠的轴向变形位移急剧增大,并且变化得越来越快.当不承受外部径向载荷时,轴向变形位移随外部轴向载荷线性变化,这与L I U 等[２０]的模型计算相符.由图１３可以看出,在外部轴向载荷较小的情况下,外部径向载荷对滚珠丝杠的轴向变形位移的影响更集中.当外部轴向载荷F a ＜９k N 和外部径向载荷F r ＞３k N 时,轴向变形位移变化非常剧烈,这是由于外部径向载荷使得部分滚珠与滚道脱离接触所致.图１３㊀轴向变形位移随外部载荷变化F i g ．１３㊀V a r i a t i o no f t h e a x i a l d e f o r m a t i o nd i s pl a c e m e n t w i t h e x t e r n a l l o a d s当外部轴向载荷F a ＝５k N ㊁外部径向载荷F r 在１~５k N 之间变化时滚珠的载荷分布如图１４所示.工作螺母A 中的滚珠有２．５圈,相应的滚珠载荷分布呈现２．５个正弦周期.当外部径向载荷增大时,滚珠载荷分布的幅度相应地增大,滚珠的载荷分布峰值出现在１号㊁２４号和４９号滚珠上,它们恰好为工作螺母A 的受力侧.随着外部径向载荷逐渐增大,滚珠上的最大法向接触载荷从２０２．３８N 增大到５１０．２３N ,最小法向接触载荷从１２５．３５N 减小到０,所有滚珠的法向接触载荷极差从７７．０２N 增大到５１０．２３N .当外部径向载荷F r ＞３k N 时,非承载滚珠开始出现,承载载荷的滚珠数量减少,每个滚珠将由于更大的法向接触载荷而发生更大的变形,因此滚珠丝杠将产生更大的轴向变形位移.外部轴向载荷F a ＝９k N ㊁外部径向载荷F r 在１~５k N 之间变化时滚珠的载荷分布如图１５所示.与F a ＝５k N 相比,F a ＝９k N 时每个滚珠上的载荷分布相应增大,但保持相同的周期性变化.随着外部径向载荷的增大,滚珠的载荷分布幅度增大,但增大的速度减小.滚珠的最大法向接触载荷从２８７．６５N 增大到５９１．８７N ,最小法向载荷从１５３．５７N 减小到７８．４３N ,所有滚珠的法图１４㊀F a ＝５k N 时滚珠载荷分布随F r 的变化F i g．１４㊀V a r i a t i o no f b a l l l o a dd i s t r i b u t i o nw i t h F r w h e n F a ＝５k N向接触载荷极差从３４．０８N 增大到５１３．４４N .当外部径向载荷较大时,不受载滚珠的数量显著减少,所有滚珠载荷分布的差异性变化缓慢.当螺母承受同样水平的外部径向载荷时,较大的外部径向载荷会使得承载滚珠的数量更多,滚珠载荷的差异性也同时减小.图１５㊀F a ＝９k N 时滚珠载荷分布随F r 的变化F i g．１５㊀V a r i a t i o no f b a l l l o a dd i s t r i b u t i o nw i t h F r w h e n F a ＝９k N图１６展示了预紧双螺母滚珠丝杠的轴向静刚度随外部轴向载荷和外部径向载荷的变化.在保持外部轴向载荷不变的情况下,轴向静刚度随着外部径向载荷的增大而相应减小,并且减小速度越来越快.当外部轴向载荷较小时,外部径向载荷的增大使得轴向静刚度显著减小.然而,对于不同水平下的外部径向载荷,随着外部轴向载荷的增大,轴向静刚度呈现不同的变化规律.当图１６㊀轴向静刚度随外部加载的变化F i g．１６㊀V a r i a t i o no f t h e a x i a l s t a t i c s t i f f n e s sw i t h e x t e r n a l l o a d s９５９２ 考虑尺寸误差与径向载荷的双螺母滚珠丝杠静刚度分析陈光宇㊀翁直威㊀张㊀松。
双螺母垫片式
双螺母垫片式、双螺母螺纹式、齿差式三种滚珠丝杠的消隙简单方法1.双螺母垫片式消隙此种形式结构简单可靠、刚度好，应用最为广泛，在双螺母间加垫片的形式可由专业生产厂根据用户要求事先调整好预紧力，使用时装卸非常方便2.双螺母螺纹式消隙利用一个螺母上的外螺纹，通过圆螺母调整两个螺母的相对轴向位置实现预紧，调整好后用另一个圆螺母锁紧，这种结构调整方便，且可在使用过程中，随时调整，但预紧力大小不能准确控制。
3.齿差式消隙在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为Z1、Z2，并相差一个齿。
调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量为：式中Z1、Z2为齿轮的齿数，Ph为滚珠丝杠的导程。
滚珠丝杠副的调整方法：滚珠丝杠螺母副的调整主要是对丝杠螺母副轴向间隙进行消除。
轴向间隙是指丝杠和螺母无相对转动时，两者之间的最大轴向窜动量。
除了结构本身的游隙之外，在施加轴向载荷后，轴向变形所造成的窜动量也包括在其中。
一般在机加工过程中消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙，满足加工精度要求的办法有两种.1软调整法：在加工程序中加入刀补数，刀补数等于所测得的轴向间隙数或是调整数控机床系统轴向间隙参数的数值。
但这都是治标不治本的办法。
因为滚珠丝杠螺母副的轴向间隙事实上仍是存在的，只是在走刀时或工作台移动时多运行一段距离而已。
由于间隙的存在会使丝杠螺母副在工作中加速损坏，还会使机床震动加剧；噪声加大；机床精加工期缩短等。
1.2硬调整法：是使用机械性的方法使丝杠螺母副间隙消除，实现真正的无间隙进给。
此种办法对机床的日常工作维护也是相当重要的。
是解决机床间隙进给的根本办法。
但相对软调整过程要复杂一些，并需经过多次调整，才可达到理想的工作状态。
在此我主要对滚珠丝杠螺母副的硬性间隙调整作较详细地介绍。
滚珠丝杠螺母副一般是通过调整预紧力来消除间隙（硬调整）的，消除间隙时要注意考虑以下情况：预加力能够有效地减小弹性变形所带来的轴向位移，但不可过大或过小。
[模具]滚珠丝杠副轴向间隙的调整方法概要
![[模具]滚珠丝杠副轴向间隙的调整方法概要](https://img.taocdn.com/s3/m/5817ae3c650e52ea5518987c.png)
[模具]滚珠丝杠副轴向间隙的调整方法⑦滚珠丝杠副轴向间隙的调整方法滚珠丝杠副除了对本身单一方向的转动精度有要求外，对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向传动精度。
滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有的间隙的综合。
通常采用双螺母预紧的方法，把弹性变形控制在最小范围内，以减小或消除轴向间隙，并可以提高滚珠丝杠副的刚度。
应用双螺母时预紧方法消除轴向间隙时应注意以下几点：i.预紧力大小必须合适，过小不能保证无隙传动，过大将使驱动力矩增大，效率降低，寿命缩短。
预紧力应不超过最大轴向负载的1/3。
ii.要特别注意减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙，这些间隙用预紧的方法消除的，而它对传动精度有直接影响。
这里选用垫片调隙式消除轴向间隙的方法。
垫片调整式是指用螺钉连接滚珠丝杠两个螺母的凸缘，并在凸缘间加垫片。
调整垫片的厚度使螺母产生微量的轴向位移，以达到消除轴向间隙和产生预紧力的目的。
该形式结构紧凑，工作可靠，调整方便，应用广。
缺点是不很准确，并且当滚道磨损时不能随意调整，除非更换垫圈。
⑧滚珠丝杠副的安装i.支承方式的选择为了保证滚珠丝杠副传动的刚度和精度，应选择合适的支承方式，选用高刚度、小摩擦力矩、高运转精度的轴承，并保证支承座有足够的刚度。
滚珠丝杠副的支承按其限制丝杠轴的轴向窜动情况，分为三种形式。
这里选用一端固定、一端游动(F-S) 形式的安装方法，固定端采用深沟球轴承和双向推力球轴承，可分别承受径向和轴向负载，螺母、挡圈、轴肩、支承座台肩、端盖提供轴向限位，垫圈可调节推力轴承的轴向预紧力。
游动端需要径向约束，轴向无约束。
采用深沟球轴承，其内圈由挡圈限位，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩。
ii.制动装置由于滚动丝杠副的传动效率高，又无自锁能力，故需安装制动装置以满足其传动要求。
本装置使用摩擦离合器制动。
iii.润滑和密封a.润滑润滑剂可提高滚珠丝杠副的耐磨性和传动效率。
数控机床滚珠丝杠螺母传动副间隙测量调整
数控机床滚珠丝杠螺母传动副间隙的测量与调整摘要：滚珠丝杠螺母传动副在数控机床上的运用十分普遍，主要用于机床主轴的传动，将来自电机的旋转运动转化为执行部件的直线运动。
为了提高进给运动的位移精度，减少传动误差，除了要保证各个传动部件的制造精度、装配精度，还要在数控机床的传动系统中采用各种间隙消除机构，采用合理的预紧措施来消除传动间隙。
本文主要介绍滚珠丝杠螺母传动副间隙的测量与调整。
间隙的测量采用三点测量法，间隙的消除采用双螺母式滚珠丝杠间隙调整机构，对于间隙的测量方法、调整方法，都极尽从理论上分析他们的原理和特点。
关键词滚珠丝杠螺母传动副间隙测量调整润滑中图分类号：文献标识码：a 文章编号：1674-098x(2011)12(c)-0000-001 滚珠丝杠螺母传动副间隙的测量数控机床加工过程中，会有丝杠轴向串动现象，串动量记为δ，这种串动是由多种间隙共同产生的，称为广义的滚珠丝杠螺母传动副间隙，它主要包括三个方面的间隙：1、滚珠、丝杠、螺母三者之间的间隙（狭义的滚珠丝杠螺母传动副间隙，也称为反向间隙），此为常见的主要间隙，以下记为δ1。
2、丝杠与轴承内圈之间的间隙，轴承本身内、外圈之间的间隙、轴承外圈与轴承座之间的间隙，记为δ2。
3、轴承座的弹性变形及松动δ 3。
针对上面提到的三种间隙，在进行测量时，选择三个不同的测量位置同时进行测量，将测量出的数值进行比较计算，得出所需要的间隙数值，这种方法称为三点测量法。
如图1、图2所示。
图1主要表示千分表的测量位置，图2主要表示间隙的位置。
1、工作台滑板2、床身导轨3、床身4、滚珠丝杠 5丝杠轴承座 6、垫铁1、工作台滑板2、丝杠轴承座3、轴承4、测量钢球5、滚珠丝杠6、丝杠螺母具体测量步骤如下：（一）丝杠轴向串动量δ、丝杠轴承座的松动或弹性变量δ3的测量1、将数控机床传动系统的伺服电机脱开，露出丝杠，在丝杠端面的中心孔装一个10mm直径的钢球，将磁力千分表a测量在钢球上，将千分表b测量在丝杠轴承座上，千分表c测量在滑板侧面。
双螺母防松原理
双螺母防松原理双螺母防松原理是指在螺纹连接中采用两个螺母来共同作用，以防止螺母在振动或负载作用下松动的一种方法。
这种原理广泛应用于机械设备、汽车、航空航天等领域，能够有效提高螺纹连接的可靠性和安全性。
首先，双螺母防松原理的基本原理是利用两个螺母之间的摩擦力和相互作用力来防止松动。
在正常情况下，两个螺母之间会产生一定的压力，使得它们之间的摩擦力增大，从而阻止螺纹松动。
同时，两个螺母之间的相互作用力也会使得它们共同承担负载，减小单个螺母的受力，提高了连接的稳定性和可靠性。
其次，双螺母防松原理的设计结构也起到了重要作用。
通常情况下，双螺母的设计会考虑到螺纹的螺距、螺纹角度、螺纹长度等因素，以确保两个螺母之间能够产生足够的压力和摩擦力，从而有效地防止松动。
此外，双螺母的安装和拆卸也需要按照一定的顺序和方法进行，以确保其正常的工作状态。
另外，双螺母防松原理还可以通过一些辅助措施来增强其效果。
例如，在螺母上添加垫圈、弹簧垫片等零部件，能够增加螺母之间的摩擦力和压力，进一步提高连接的可靠性。
同时，在螺纹表面涂覆防松胶或者使用锁紧螺钉等方式，也可以有效地防止螺母的松动。
总的来说，双螺母防松原理是一种简单而有效的螺纹连接防松方法，能够在不同领域中发挥重要作用。
通过合理的设计结构和辅助措施，可以有效地提高螺纹连接的可靠性和安全性，为各种机械设备和工程项目提供了可靠的连接保障。
在实际应用中，我们应该根据具体情况选择合适的双螺母防松方案，并严格按照安装要求进行操作，以确保其正常工作和使用效果。
机电一体化分析论述题
三、分析论述题1. 简述如图2所示死杠螺母传动机构的特点。
P24A ：结构简单，传动精度高。
螺母支撑丝杆可消除轴向蹿动，刚性较差。
B ：结构紧凑，丝杆刚性较高，要限制螺母移动，需导向装置。
C ：结构复杂，占用空间较大，传动时间需限制螺母移动和丝杆转动。
D ：结构简单，紧凑，丝杆刚性较高，但使用不方便，使用较少。
2. 试分析单圆弧轨道和双圆弧轨道的结构特点（设计、制造、使用与维护） P25单圆弧滚道：结构简单，传递精度由加工质量保证，轴向间隙小，无轴向间隙调整和预紧能力，加工困难，加工精度要求高，成本高，一般在轻载条件下工作。
双圆弧滚道：结构简单，存在轴向间隙，加工质量易于保证，在使用双螺母结构的条件下，具有轴向间隙调整和预紧能力，传递精度高。
3. 试分析图示消除滚珠丝杠轴向间隙调整与预紧的工作原理与结构特点。
P31 双螺母垫片调整预紧的工作原理：在丝杆固定不动的条件下，增加垫片的厚度，可使两螺母产生相对位移，以达到消除间隙、产生预紧拉力之目的。
结构特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整不方便。
4. 试分析图示消除滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的工作原理与结构特点 P30双螺母螺纹预紧调整的工作原理：右边螺母的外端有凸缘，而左边螺母螺母的外端虽无凸缘，但制有螺纹，并通过两个圆螺母固定。
调整时旋转右侧调整圆螺母消除轴向间隙并产生一定的预紧力，然后用左侧锁紧螺母锁紧。
预紧后两个螺母中的滚珠相向受力，从而消除轴向间隙。
结构特点：结构简单、刚性好、预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定位地进行调整。
5. 简述燕尾形导轨组合的特点和间隙调整 P53 特点：制造、调试方便。
间隙调整：镶条（垫片）方法同时调整垂直和水平两个方向的间隙。
a) 螺母固定、丝杆转动并移动c) 螺母转动、丝杆移动d) 丝杆固定，螺母转动并移动b) 丝杆转动，螺母移动图1 丝杠螺母传动机构的基本传动形式6、简述双三角形组合导轨组合的特点和间隙调整 P52 特点：同时起支撑和导向作用。
数控车床滚珠丝杠螺母副的诊断与维修两例
数控车床滚珠丝杠螺母副的诊断与维修两例滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置，其结构原理是在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺母滚道。
螺母上有滚珠回路管道，将几圈螺母滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。
当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，从而迫使螺母轴向移动。
珠丝杠螺母副具有传动效率高、摩擦损失小、运动平稳、传动精度高以及给予适当预紧，可消除丝杠和螺母间隙、反向时无空行程、定位精度高、使用寿命长等特点。
因此，被广泛用于数控机床等高精度设备的进给传动链中。
滚珠丝杠螺母副常见故障表现有以下几种现象：故障现象一：加工零件粗糙度值过高。
造成此类故障首先考虑是否是由于导轨的润滑油不足，致使溜板爬行造成的；其次是滚珠丝杠螺母有局部磨损或损坏造成运动不平稳。
故障现象二：反向误差大，加工精度不稳定。
这类故障往往是由于丝杠联轴器松动、丝杠滑板配合过松及润滑油不足造成的。
故障现象三：滚珠丝杠在运转中扭矩过大。
这类故障主要是由滑板配合过紧或磨损、滚珠丝杠反向器损坏、丝杠卡死及润滑油不足造成的。
故障现象四：滚珠丝杠螺母副噪声。
噪声主要走来源于滚珠丝杠轴承压盖压合不良、丝杠与滑板配合过松、电动机与丝杠联轴器松动、滚珠破损。
笔者根据下列两例典型的故障，简要分析故障产生的原因及解决方法。
典例一：一台型号为cjk6140h数控车床加工过程中发现z轴反向误差大，加工精度不稳定。
同时，快速移动z轴时，伴随的有噪声。
通过对z轴重复定位精度检测发现z轴误差在0.26mm左右。
故障分析与解决：作为维修人员，首先想到的是这台数控车床已经使用五年左右，可能是丝杠轴滑板配合压板及楔铁长期磨损造成配合间隙过大引起的。
笔者重新调整或研磨大滑板前后压板并对中滑板楔铁适当预紧，并用0.03mm塞尺进行检测。
笔者重新开机试机后发现问题依然存在。
笔者此时可以确认是滚珠丝杠螺母副和联轴器的问题。
滚珠丝杠螺母副构简图
滚珠丝杠螺母副构简图————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：滚珠丝杠螺母副结构图及其工作原理本次观察了实训车间的数控车床、数控铣床、加工中心，作为它们进给伺服系统机械传动结构中的滚珠丝杠螺母副的结构都是一样的。
滚珠丝杠螺母副的结构原理图·组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。
·工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。
而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。
回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。
特点：·传动效率高：机械效率可高达92%~98%。
·摩擦力小：主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。
·轴向间隙可消除：也是由于滚珠的作用，提高了系统的刚性。
经预紧后可消除间隙。
·使用寿命长、制造成本高：主要采用优质合金材料，表面经热处理后获得高的硬度。
滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的成为外循环（如图b），始终与丝杠保持接触的成为内循环（如图a）。
(a) 内循环（b）外循环(1)外循环外循环是常用的一种外循环方式。
这种结构是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。
再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔。
另外，在螺母内进出口处各装一挡珠器，并在螺母外表面装一套筒，这样构成封闭的循环滚道。
外循环结构制造工艺简单，使用较广泛。
其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。
(2)内循环内循环均采用反向器实现滚珠循环，数控机床反向器有两种型式。
圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽。
反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键定位，以保证对准螺纹滚道方问。
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1、垫片预紧双螺母滚珠丝杠副组成如下图 注：钢球未在图中画出
反向器 压键螺钉 平键 起键螺纹孔
滚珠丝杠
法兰螺母
垫片 圆柱螺母
图1
2、垫片预紧双螺母滚珠丝杠副剖视图如下 平键 Fa
法兰螺母
滚珠丝杠
垫片
圆柱螺母 Fb
钢球
图2
3、垫片预紧双螺母预紧原理
• 图2局部放大图展示了双螺母垫片预紧原理： • 通过调整中间垫片厚度使法兰螺母与圆柱螺母产生轴向移
• 当键与两个螺母键槽的过盈量不足时，双螺母预紧力变小， 滚珠丝杠副传动精度就会变差。
4、下图为双螺母垫片预紧键与键槽间隙配合时图 注：为了更直观的展示，图中平键与键槽间隙与角度为夸大画法。
图3
5、键与键槽配合不良
根据图4局部放大图看出，因平键与 两个螺母的键槽有间隙，滚珠螺母 在正反转运行一段时间后，两个螺 母产生相对旋转，导致两个螺母轴 向距离产生变化，预紧力减小甚至 变为0。
• 1）正常预紧：通过调整中间垫片厚度使法兰螺母与圆柱 螺母产生轴向移动，使其中的滚珠在承受载荷前就以一定 的压力分别压向滚珠螺母与滚珠丝杠滚道相反的侧面，产 生一定的变形，以达到消除轴向间隙与预紧的目的，平键 与键槽配合良好，两个螺母无相对旋转，预紧达到预期要 求。
• 2）键槽配合不良情况：因平键与两个螺母的键槽有间隙， 滚珠螺母在正反转运行一段时间后，两个螺母产生相对旋 转，导致轴向距离变化，预紧力达不到正常要求。
• 3）图2图6预紧力比较：Fa=Fb ＞Fc=Fd ≥0
动，使其中的滚珠在承受载荷前就以一定的压力分别压向 滚珠螺母与滚珠丝杠滚道相反的侧面，产生一定的变形， 以达到消除轴向间隙与预紧的目的。 • 垫片起调整两个螺母间轴向距离的作用。 • 图中有两个平键，一个通过与两个键槽侧面的配合，（平 键与键槽的过盈量通常为0.02 ～0.03mm）,一个平键防止 两个螺母产生相对转动，另一个平键防止垫片从螺母中脱 出。
图4
6、轴向位移近似计算： 如下图5所示，假设平键旋转产生相对中心线的角度为Δα 螺母相对旋转产生的轴向位移ΔL= （Δα÷360）×丝杠导程
图5
7、垫片预紧双螺母键与键槽配合不良滚珠丝杠副剖视图如下
平键
圆柱螺母
Fc
Fd
法兰螺母
滚珠丝杠
垫片
钢球
图6
8、正常预紧情况键与键槽配合不良情况预紧力比较