滚珠丝杠副和直线导轨的装配

*** 知识拓展10分

钟

我创新(工作台面怎么装在连接析板上的）

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滚珠丝杠

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3—4—1和图3—4—2

1—返向器2—螺3—丝杠4—滚珠（a）单圆弧（b）双圆弧图 3—4—1滚珠丝杠副图3—4—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—4—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—4—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3—4—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3—4—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—80mm，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、滚珠丝杠副的的精度

滚珠丝杠副的精度等级分为1、2、3、4、5、7、10七个等级（按JB/T 3162.2—1991的规定），1级精度最高，依次递减，数控机床主要采用1—4级。

5、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。

(a)(b)

(c)(d)

图3—4—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。

6、常用滚珠丝杠结构见表3—2板书画图讲解。

二．丝杠的选用一般从以下几个方面考虑：

1、滚珠丝杠的安装方式

一端固定、一端自由的安装方式适用于转速较低、滚珠丝杠较短的情况。两端游动是一种常见的安装方法，适用于中等转速的情况。一端固定、一端游动则适用于中等转速、需要高精度运行的场合。而两端固定的安装则适用于高速运转、需要高精度运行的场合。

2.丝杠的最小底径尺寸

滚珠丝杠在正常使用时，须保证在轴向方向上被施加的最大压缩负荷不能使丝杠发生弹性变形，这就确定了丝杠的最小底径尺寸。

3．允许转速

随着滚珠丝杠转速的提高，会逐渐接近丝杠的固有振动频率，进而会发生共振以至不能继续转动。因此滚珠丝杠一定要在临界转速(共振点)以下使用。临界转速由下式决定：

为安全起见，丝杠的最大实际转速只允许取上述计算值的80％。

4.寿命

滚珠丝杠的寿命是指一批相同的滚珠丝杠在基本额定动载荷的作用下，90％达到10 转时的总回转

数。

L =(c ／f ) ×10

式中L——额定回转寿命，r／min基本额定动载荷，N轴向载荷，N负荷系数，见表2所示根据额定回转寿命L，可推知间时间寿命：

表2

使用条件负荷系数

无冲击平滑运动 1．O～ll2

普通运动 1．2～1．5

具有冲击和振动运动 1．5～2．O

Lh=L／60n

式中n——丝杠转速，r／min还可推知运行距离寿命

L=LI／IO