滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)和原理

1、滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)和原理滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)和原理文章來源：濟寧歐特精密機械有限公司訪問商鋪添加人：jwgdmy 添加時間：2009-7-6滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的 產(chǎn)品。滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)：滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)分為內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)（以圓形反向器和橢圓形反向器為代表）和外循環(huán)結(jié)構(gòu)（以插管為代表）兩種。這兩種結(jié)構(gòu)也是最常用的結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)性 能沒有本質(zhì)區(qū)別，只是內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸??；外循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸大。目前，滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)已有10多種，但比較常用的主要有：內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)；外循環(huán)結(jié)構(gòu)；端蓋結(jié)構(gòu)；蓋板結(jié)構(gòu)。滾珠絲杠原理：1、按照國標(biāo) GB/T17587.3-199

2、8及應(yīng)用實例，滾珠絲杠（目前已基本取代梯形絲桿，已俗稱絲桿）是用來將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動；或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件，并具有傳動效率高，定位準(zhǔn)確等2、當(dāng)滾珠絲杠作為主動體時，螺母就會隨絲桿的轉(zhuǎn)動角度按照對應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化成直線運動，被動工件可以通過螺母座和螺母連接，從而實現(xiàn)對應(yīng) 的直線運動。滾珠絲杠的特點：1、與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3滾珠絲桿的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到1/3以下，即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1/3 o在省電方面很有幫助。2、高精度的保證滾珠絲桿是用日本制造的世界最

3、高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。3、微進給可能滾珠絲桿由于是利用滾珠運動 ，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行 現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)精確的微進給。4、無側(cè)隙、剛性高滾珠絲桿可以加予壓，由于予壓力可使軸向間隙達到負值 ，進而得到較高的剛性 （滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時 ，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強）。5、高速進給可能滾珠絲桿由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給（運動）。精度公差：C10,C7,C5,C3,C2,C1- 數(shù)字越小，精度越高

4、。世界主要滾珠絲桿生產(chǎn)制造商：臺灣ZTPM 正攀滾珠絲桿， 臺灣上銀 hiwin滾珠絲桿，臺灣ABBA滾珠絲桿，臺 灣PMI滾珠絲桿，中國南京工藝滾珠絲桿，韓國 SBC滾珠絲桿、日本 THK滾珠絲 桿、日本NSK滾珠絲桿，德國 STAR滾珠絲桿等滾珠絲杠加工注意問題：滾珠絲杠加工時，螺桿預(yù)拉就是在裝配時用螺桿兩端的鎖緊螺母按要求對螺桿的 長度方向施加一定的拉力以調(diào)整螺桿正反螺母的反向緊度，原因是螺桿在運行中 溫升時，熱應(yīng)力效應(yīng)會使螺桿伸長，使螺桿的長度變得不穩(wěn)定。目的是為了有效 消除該部件的彈性變量以期獲得平穩(wěn)的運動精度。否則在微量進給時當(dāng)滑鞍或工 作臺的阻尼力大于螺桿及螺母的彈性力矩時工作臺

5、不發(fā)生位移，隨著不斷的進給 螺桿及螺母的累積彈性力矩超過工作臺阻尼力矩此時的工作臺產(chǎn)生沖動位移。雖 然總的進給量可能不受影響、但實際的步數(shù)、每步的進給量與控制器的輸出產(chǎn)生 誤差，其后果是嚴重影響加工精度。滾珠絲杠應(yīng)用：行業(yè)包括：IT產(chǎn)業(yè)、汽車、家用電器、工作機械、鐵路、鋼鐵、工程機械發(fā)電廠電廠、石化機械等。廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床，電子設(shè)備，自動化設(shè)備，激光設(shè)備，醫(yī)療器械等領(lǐng)域滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或 將直線運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功 能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺 絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義 就是將軸承從滾動動作變成

6、滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各 種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用 的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成 線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力， 同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。編輯本段特點1、與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之 間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高 的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力 矩達到1/3以下，即達到同樣運動結(jié)果所需的動 力為使用滾動絲杠副的 1/3。在省電方面很有 幫助。2、高精度的保證滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水 平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研 削

7、、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、 濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質(zhì)管理 體制使精度得以充分保證。3、微進給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn) 象,能保證實現(xiàn)精確的微進給。4、無側(cè)隙、剛性高滾珠絲杠副可以加予壓，由于予壓力可使 軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性（滾珠 絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械 裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性 增強）。5、高速進給可能滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以 可實現(xiàn)高速進給（運動）。精度公差：P5 .P7 -編輯本段世界主要滾珠絲杠生產(chǎn)制造商德國博士 力士樂（BOSCH-REXRO

8、TH ） 滾珠絲杠，德國布里斯（BLIS ）滾珠絲杠，德 國a曼內(nèi)斯曼（A MANNESMANN） 滾珠絲杠， 日本NSK滾珠絲杠、日本THK滾珠絲杠、日 本黑田精工（KURODA）滾珠絲杠、南京工藝裝 備制造廠滾珠絲杠（商標(biāo)中國藝工”），漢江機床廠滾珠絲杠，臺灣上銀HIWIN 滾珠絲杠、臺灣ABBA滾珠絲杠、韓國SBC滾珠絲杠等。編輯本段THK滾珠絲杠系列產(chǎn)品與應(yīng)用超高DN值滾珠絲杠：高速工具機，高速 綜合加工中心機端蓋式滾珠絲杠：快速搬運系統(tǒng)，一般產(chǎn) 業(yè)機械，自動化機械高速化滾珠絲杠：CNC機械、精密工具機、 產(chǎn)業(yè)機械、電子機械、高速化機械精密研磨級滾珠絲杠：CNC機械，精密工 具機，產(chǎn)業(yè)

9、機械，電子機械，輸送機械，航天 工業(yè)，其它天線使用的致動器、閥門開關(guān)裝置 等螺帽旋轉(zhuǎn)式（R1）系列滾珠絲杠：半導(dǎo)體 機械、產(chǎn)業(yè)用機器人、木工機、雷射加工機、 搬送裝置等軋制級滾珠絲杠：低摩擦、運轉(zhuǎn)順暢的優(yōu) 點，同時供貨迅速且價格低廉重負荷滾珠絲杠：全電式射出成形機、沖 壓機、半導(dǎo)體制造裝置、重負荷制動器、產(chǎn)業(yè) 機械、鍛壓機械滾珠絲杠副故障診斷滾珠絲杠副故障大部分是由于運動質(zhì)量下降、反向間隙過大、機械爬行、潤滑 不良等原因造成的。下表滾珠絲杠副常見故障以及診斷方法。序 號故障現(xiàn) 象故障原因排除方法1加工件 粗糙度 值局導(dǎo)軌的潤滑油不足夠，致使溜 板爬行加潤滑油，排除潤滑故障滾珠絲杠有局部拉毛或研

10、損更換或修理絲杠絲杠軸承損壞，運動不平穩(wěn)更換損壞軸承伺服電動機未調(diào)整好，增益過 大調(diào)整伺服電動機控制系統(tǒng)2反向誤 差大，加 工精度 不穩(wěn)定絲杠軸聯(lián)軸器錐套松動重新緊固并用百分表反復(fù)測試絲杠軸滑板配合壓板過緊或 過松絲杠軸滑板配合楔鐵過緊或 過松滾珠絲杠預(yù)緊力過緊或過松，珠絲杠螺母端面與結(jié)合面 （垂直，結(jié)合過松修理、調(diào)整或加墊處理，杠支座軸承預(yù)緊力過緊或過松_修理調(diào)整滾珠絲杠制造誤差大或軸向 竄動用控制系統(tǒng)自動補償能消除間隙，用 儀器測量并調(diào)整絲杠竄動潤滑油不足或沒有調(diào)節(jié)至各導(dǎo)軌面均有潤滑油其他機械干涉排除干涉部位3滾珠絲 也在運 轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn) 矩過大二滑板配合壓板過緊或研損滾珠絲杠螺母反向器損壞，滾

11、絲杠卡死或軸端螺母預(yù)緊 力過大修復(fù)或更換絲杠并精心調(diào)整絲杠研損更換伺服電動機與滾珠絲杠聯(lián)接 小司軸調(diào)整同軸度并緊固連接座無潤滑油調(diào)整潤滑油路超程開關(guān)失靈造成機械故障檢查故障并排除司服電動機過熱報警檢查故障并排除4絲杠螺 母潤滑 不良分油器是否分油檢查定量分油器油管是否堵塞清除污物使油管暢通5滾珠絲 杠副噪滾珠絲杠軸承壓蓋壓合不良調(diào)整壓蓋，使其壓緊軸承滾珠絲杠潤滑不良檢查分油器和油路，使?jié)櫥统渥懵暆L珠產(chǎn)生破損更換滾珠電動機與絲杠聯(lián)軸器松動擰緊聯(lián)軸器鎖緊螺釘What about Material and Heat-Treatment?( 材料和熱處理）The hardness of ball g

12、roove on the shaft largely influences life expectancy of a ball screw. In addition, the shaft must possess a strength required as a drive shaft.滾道的硬度大大影響絲杠的壽命。止匕外，絲杠必須有足夠的強度以滿足作為一 個驅(qū)動軸的需求。The following table shows the material composition and heat treating details of a ball screw system.下表列出了絲杠部件的材料

13、構(gòu)成和熱處理工藝。PARTS 零件MATRIAL材料HEAT TREATMEN熱處理f f二/ AN center /Chromium molybdenum steel AISI 4150HV (dia. 15mm or larger)Induction hardening 感應(yīng)淬火f Asia11 WFWmim Hwanm i /Chromium molybdenum steel SCM415 (SCM21) (dia. 14mm or smaller)Carburization滲碳Chromium molybdenum steel SCM20 (SCM22)Carburization滲碳C

14、enter (Original material hardness)oHigh-carbon chromium bearing steel SUJ 2Through Hardening通體淬火crew shafts and nuts are surface hardened for the following reasons.絲杠和的原因如下：ll races are hardened since it largely affects life.滾道必須淬硬，因為會大ey are not through-hardened to avoid becoming brittle and prone

15、to breakag他們不進行通體淬火的原因是防止變脆易遭破壞。er cases where high temperature immunity and anti-corrosive property are destainless steel (SUS440C) is used.The stainless steel components are heat treated toachieve HRc5659 hardness.在高溫或者耐腐蝕的環(huán)境中，可以要求使用不銹鋼制品(SUS440C).不銹鋼制品熱處理后的硬度可以達到 HRc5659精密滾珠絲杠副選用和使用中的注意事項預(yù)緊載荷的確定為

16、了防止造成絲杠傳動系統(tǒng)的任何失位，保證傳動精度，提高絲杠系統(tǒng)的 剛度是很重要的，而要提高螺母的接觸剛度，必須施加一定的預(yù)緊載荷。施加了預(yù)緊載荷后，摩擦轉(zhuǎn)矩增加，并使工作時的溫升提高。因此必須恰當(dāng)?shù)卮_定預(yù)緊載荷(最大不得超過10%勺額定動載荷)，以便在滿足精度和剛度 的同時，獲得最佳的壽命和較低的溫升效應(yīng)。潤滑在使用滾珠絲杠副時，必須要有足夠的潤滑，如果潤滑不夠，將導(dǎo)致摩擦和磨損的增加，造成故障或壽命縮短等。油潤滑 一般情況下，用于滾動軸承的礦物油都適用。 特別是在高轉(zhuǎn)速情況下，以油潤滑比脂潤滑佳，這時滾珠絲杠副的溫升較小。 油潤滑的補充潤滑量和間隔，按下表，按表中的油量，至少可以達到 8小時

17、的補充潤滑時間。公稱直徑首次潤滑量補充潤滑量1620253240506380100脂潤滑采用脂潤滑的優(yōu)點可以使?jié)L珠絲杠傳動系統(tǒng)在一段很長時間后才需進行 補充。也就是說，在多數(shù)情況下，可以省去一套補充潤滑的裝置。補充潤滑脂 的限量為大約填入螺母內(nèi)空間容積的一半?？梢允褂盟懈呒墲L動軸承潤滑脂，但要注意潤滑脂廠家的提示說明！潤滑脂的補充通常在半年或一年進行更換，更換前應(yīng)消除舊潤滑脂后才能 更換新的潤滑脂。防塵滾珠絲杠與滾動軸承一樣，如果污物及異物（切屑碎屑）進入就會很快使 它磨損，成為損壞的原因。困此，必須采用防護裝置（折疊式或伸縮式絲杠護 套）將絲杠軸完全防護起來。另外雖沒有別的異物，但有浮塵時

18、要在螺母兩端采用刮屑式防塵圈。本公 司在供貨時螺母兩端采用刮屑式防塵圈。本公司在供貨時螺母兩端已裝有橡膠 防塵圈，以達到防塵的效果。設(shè)計與使用時注意防止逆轉(zhuǎn) 滾動螺旋傳動逆轉(zhuǎn)率高，不能自鎖。為了使螺旋副受力后不逆轉(zhuǎn)，應(yīng) 考慮設(shè)置防逆轉(zhuǎn)裝置，如采用制動電機、步進電機，在傳動系統(tǒng)中設(shè)有能夠自 鎖的機構(gòu)（如蝸桿傳動）；在螺母、絲杠或傳動系統(tǒng)中裝設(shè)單向離合器、雙向 離合器、制動器等。選用離合器時，必須注意其可靠性。防止螺母脫出在滾動螺旋傳動中，特別是垂直傳動，容易發(fā)生螺母脫出造成事 故，設(shè)計時必須考慮防止螺母脫出的安全裝置。安裝 滾珠絲杠副安裝到機床時，請不要把螺母從絲杠上拆下來。 但在必須把螺母卸下

19、來的場合時，要使用比絲杠底徑小0.20.3mm安裝輔助套筒。將安裝輔助套筒推至螺紋起始端面，從絲杠上將螺母旋至輔助套筒上，連 同螺母、輔助套筒一并小心取下，注意不要使?jié)L珠散落。安裝順序與拆卸順序相反。必須特別小心謹慎的安裝，否則螺母、絲杠 或其它內(nèi)部零件可能會受損或掉落，導(dǎo)致滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的提前失效。珠絲杠副的安裝滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動體的螺旋傳動元件。滾珠絲杠副 有多種結(jié)構(gòu)型式。按滾珠循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類。外循環(huán)回珠器 用插管式的較多，內(nèi)循環(huán)回珠器用腰形槽嵌塊式的較多。按螺紋軌道的截面形狀分為單圓弧和雙圓弧兩種截形。由于雙圓弧截 形軸向剛度大于單圓弧截形，因此

20、目前普遍采用雙圓弧截形的絲杠。按預(yù)加負載形式分，可分為單螺母無預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單 螺母加大鋼球徑向預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母差齒預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊。 數(shù)控機床上常用雙螺母墊片式預(yù)緊，具預(yù)緊力一般為軸向載荷的 1/3。滾珠絲杠副與滑動絲杠螺母副比較有很多優(yōu)點：傳動效率高、靈敏度 高、傳動平穩(wěn)：磨損小、壽命長；可消除軸向間隙，提高軸向剛度等。滾珠絲杠螺母傳動廣泛應(yīng)用于中小型數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)。在重 型數(shù)控機床的短行程(6m以下)進給系統(tǒng)中也常被采用。1 .滾珠絲杠副的安裝數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母 本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安裝及其支承的結(jié)構(gòu)

21、剛度也是不可忽視的因 素。螺母座及支承座都應(yīng)具有足夠的剛度和精度。通常都適當(dāng)加大和機床結(jié)合 部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強度，新設(shè)計的機床在工藝 條件允許時常常把螺母座或支承座與機床本體做成整體來增大剛度。為了提高支承的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動軸承也是十分重要的。國 內(nèi)目前主要采用兩種組合方式。一種是把向心軸承和圓錐軸承組合使用，具結(jié) 構(gòu)雖簡單，但軸向剛度不足。另一種是把推力軸承或向心推力軸承和向心軸承 組合使用，其軸向剛度有了提高，但增大了軸承的摩擦阻力和發(fā)熱而且增加了 軸承支架的結(jié)構(gòu)尺寸。近年來國內(nèi)外的軸承生產(chǎn)廠家已生產(chǎn)出一種滾珠絲杠專 用軸承，這是一種能夠承受很大軸向力的

22、特殊向心推力球軸承，與一般的向心 推力球軸承相比，接觸角增大到60o,增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小滾珠的直徑。 這種新結(jié)構(gòu)的軸承比一般軸承的軸向剛度提高了兩倍以上，而且使用極為方便， 產(chǎn)品成對出售，而且在出廠時已經(jīng)選配好內(nèi)外環(huán)的厚度，裝配時只要用螺母和 端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時已經(jīng)調(diào)整好的預(yù)緊力。滾珠絲杠副安裝方式通常有以下幾種：(1)雙推一自由方式絲杠一端固定，端自由。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力。這種支承方式用于行程小的短絲杠。(2)雙推一支承方式絲杠一端固定，另一端支承。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力；支承端軸承只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動， 可以避免或減少絲杠因

23、自重而出現(xiàn)的彎曲。同時絲杠熱變形可以自由地向一端 伸長。(3)雙推一雙推方式絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時承受軸向力和徑向力，這種支承方式，可以對絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)拉力，提高絲杠 支承剛度，可以部分補償絲杠的熱變形。(4)采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動方式此時，螺母一邊轉(zhuǎn)動、一邊沿固定的絲杠作軸向移動：由于絲杠不動，可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制，避 免了細長滾珠絲杠高速運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運動靈活，可實 現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。此種方式可以對絲杠施加較大的預(yù)拉力，提高絲杠支承剛度，補 償絲杠的熱變形。2 .滾珠絲杠副的防護和潤滑(1)滾珠絲杠副的防護滾珠絲杠副和其他滾動摩擦的傳動器件一 樣，應(yīng)避

24、免硬質(zhì)灰塵或切屑污物進入，因此必須裝有防護裝置。如果滾珠絲杠 副在機床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套 管以及折疊式套管等。安裝時將防護罩的一端連接在滾珠螺母的側(cè)面，另一端 固定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠絲桿副處于隱蔽的位置，則可采用密封 圈防護，密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制 成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀；接觸式密封圈的防塵效果好，但 由于存在接觸壓力，使摩擦力矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈， 它采用硬質(zhì)塑料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣 可避免摩擦力矩，但防塵效果差。工作中應(yīng)避免碰擊

25、防護裝置，防護裝置一有 損壞應(yīng)及時更換。（2）滾珠絲杠副的潤滑潤滑劑可提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂兩大類。潤滑油一般為全損耗系統(tǒng)用油：潤滑脂可采用鋰 基潤滑脂。潤滑脂一般加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)，而潤滑油則經(jīng) 過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)。每半年對滾珠絲杠上的潤滑脂更換一次， 清洗絲杠上的舊潤滑脂，涂上新的潤滑脂。用潤滑油潤滑的滾珠絲杠副，可在 每次機床工作前加油一次。3 .滾珠絲杠副在高速數(shù)控機床上的應(yīng)用高速加工是面向21世紀(jì)的一項高新技術(shù)，它以高效率、高精度和高 表面質(zhì)量為基本特征，在航天航空、汽車工業(yè)、模具制造、光電工程和儀器儀 表等行業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟效益，是當(dāng) 代先進制造技術(shù)的重要組成部分。為了實現(xiàn)高速加工，