丝杠螺母

第二节滚珠丝杠传动部件

丝杠螺母机构又称螺旋传动机构，它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递力为主的（千斤顶），有以传动运动为主的（进给丝杠），还有调整零件之间相对位置的（螺旋测微器）。按照摩擦性质还有滑动(摩擦)丝杠螺母机构和滚动(摩擦)丝杠螺母机构之分。

滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工方便、制造成本低、具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(30％-40％)。

滚珠丝杠螺母机构：结构复杂、制造成本高，无自锁功能，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(92％-98％)，因此在机电一体化系统中得到广泛应用。

一、丝杠螺母机构的传动形式

丝杠和螺母间共有4种基本的传动形式

丝杠螺母的基本传动形式

一、丝杠螺母机构的传动形式

(a)螺母固定、丝杠转动并移动。因螺母本身起着支承作用，消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度。但其刚性较差，因此只适用于行程较小的场合。

(b)丝杠转动、螺母移动。需要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构紧凑、丝杠刚性较好，工作行程大，在机电一体化系统中应用较广泛。

一、丝杠螺母机构的传动形式

(c)螺母转动、丝杠移动。需要限制螺母移动和丝杠的转动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，很少应用。

(d)丝杠固定、螺母转动并移动。结构简单、紧凑，但在多数情况下，使用极不方便，很少应用

此外，还有差动传动方式

该方式的丝杠上有旋向相同、基本导程不同的两段螺纹。当丝杠2转动时，可动螺母1的移动距离为S＝n×(l01-l02)，如果两基本导程的大小相差较少，则可获得较小的位移S。因此，这种传动方式多用于各种微动机构中。

二、滚珠丝杠副的组成及特点

滚珠丝杠副主要包括由丝杆3、螺母2、滚珠4和反向器(滚珠循环反向装置)等四部分。滚珠丝杠副的结构类型可以从螺纹滚道的型面形状、滚珠的循环方式、消除轴向间隙的调整方法进行区别。

滚珠丝杠副实物图

三、滚珠丝杠副的截面形状

1.按螺纹滚道型面(法向)形状：分为单圆弧型和双圆弧型

单圆弧型的螺纹滚道特点：接触角随轴向载荷大小的变化而变化，加工成型简单。

双圆弧型的螺纹滚道特点：接触角在工作过程中基本保持不变，两圆弧相交处的小空隙可以存储润滑油以减少摩擦，加工成型复杂。

四、滚珠丝杠副的滚珠循环方式

分为内循环和外循环二种

特点:滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触，回路短,效率高,螺母的径向尺寸小，但反向器加工困难，装配调整不方便，反向器有固定式和浮动式。

五、滚珠丝杠副的轴向间隙的预紧调整方法双螺母螺纹预紧调整式

双螺母齿差预紧调整式

双螺母垫片调整预紧式

弹簧式自动调整预紧式

单螺母变位导程自顶紧式

双螺母螺纹预紧调整：旋转调整螺母2使丝杠左螺母向左，并用锁紧产生拉伸预紧。调整方便，但预紧量不易掌握。

双螺母齿差预紧调整：两端丝杠螺母3上分别有齿数为Z1、Z2的圆柱齿轮，并分别与相应的内齿圈2相啮合，一般Z1与Z2相差一个齿，若两螺母同向各转一个齿，则两螺母的相对轴向位移为s=l*|Z1-Z2|/Z1*Z2，其中l为丝杠导程，可实现定量精密微调。

双螺母弹簧自动预紧调整：用弹簧使两螺母间产生轴向位移。其特点是能在使用过程中自动补偿因磨损或弹性变形产生的间隙，但其结构复杂、轴向刚度低，适合用于轻载场合。

六、滚珠丝杠副的主要尺寸参数

公称直径d0：滚珠在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。

基本导程(或螺距)：丝杠相对螺母旋转2弧度时，螺母上基准点的轴向位移。

行程：丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。

此外，还有丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1、滚珠直径db、螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1、丝杠螺纹全长ls等。

七、滚珠丝杠副的精度等级及标注方法

精度等级：

根据JB3162.2-1982标准，分为C、D、E、F、G、H六个等级，最高级为C 级，最低级为H级

根据JB3162.2-1991或GB/T17587.3-1998标准，分为1、2、3、4、5、7、10七个等级。最高级为1级，最低级为10级

推荐采用的精度等级：数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和半闭环进给系统，可选1、2、3级，一般动力传动可选4、5级，全闭环系统可选2、3、4级

标注方法：GB/T17587.1-1998规定滚珠丝杠的标识符号应按下图给定顺序排列的内容标注。一般厂商往往省略GB字符，以其产品的结构类型号开头。

厂商常用的标注法

八、滚珠丝杠副的尺寸系列

国际标准化组织(1SO／DIS3408-2-1991)中规定：

公称直径(mm)：6，8，10，12，16，20，25，32，40，50，63，80，100，125，160及200。

基本导程(mm)：1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40。尽可能优先选用2．5，5，10，20及40。

九、滚珠丝杠副的支承方式

1.支撑方式

丝杠的支撑方式与其传动精度和刚度有很大关系，典型支撑方式有：

1．轴向刚度较高；

2．预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命比双推-双推低；3．适宜中速、精度高，并可用双推—单推组合。

1．轴向刚度最高；

2．预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高

3．适宜高速、高刚度、高精度。

1．轴向刚度低，与螺母位置有关；

2．双推端可预拉伸安装；

3．适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。

1．轴向刚度不高，与螺母位置有关；

2．双推端可预拉伸安装；

3．适宜中速、精度较高的长丝杠