【文章內(nèi)容簡介】 在螺母滾道內(nèi)循環(huán)。圖622 滾珠絲桿副結(jié)構(gòu)滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)二種。內(nèi)循環(huán) 內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲桿表面保持接觸，在螺母的側(cè)面孔內(nèi)裝有接通相鄰滾道的反向器，利用反向器引導(dǎo)滾珠越過絲桿的螺紋頂部進入相鄰滾道，形成一個循環(huán)回路。一般在同一螺母上裝有2~4個滾珠用反向器，并沿螺母圓周均勻分布。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。其不足之處是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不方便。外循環(huán) 外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返向時，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外作循環(huán)運動。從結(jié)構(gòu)上看，外循環(huán)有以下三種形式，即螺旋槽式、插管式和端蓋式。圖623為端蓋式循環(huán)和插管循環(huán)原理圖。由于滾珠絲杠副的應(yīng)用越來越廣，對其研究也更深入，為了提高其承載能力，開發(fā)出了新型的滾珠循環(huán)方式（UHD）（圖624b），為了提高回轉(zhuǎn)精度，一種無螺母的絲杠副（圖624c）被研制成功。（二）滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴格要求，以保證其反向傳動精度。滾珠絲杠副的軸向間隙是承載時在滾珠與滾道型面接觸點的彈性 a) 端蓋循環(huán) b) 插管循環(huán)圖623 絲杠螺母結(jié)構(gòu)a) 通用方式 b) UHD方式 c) 新型“螺母”圖624 滾珠的排列方式和新型絲杠螺母結(jié)構(gòu)變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。通常采用雙螺母預(yù)緊或單螺母（大滾珠、大導(dǎo)程）的方法，把彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以減小或消除軸向間隙，并可以提高滾珠絲杠副的剛度。1． 雙螺母預(yù)緊原理雙螺母預(yù)緊原理如圖625所示，是在兩個螺母之間加墊片來消除絲杠和螺母之間的間圖625 雙螺母預(yù)緊原理隙。根據(jù)墊片厚度不同分成兩種形式，當(dāng)墊片厚度較厚時即產(chǎn)生“預(yù)拉應(yīng)力”，而當(dāng)墊片厚度較薄時即產(chǎn)生“預(yù)壓應(yīng)力”以消除軸向間隙。2． 單螺母預(yù)緊原理（增大滾珠直徑法）單螺母預(yù)緊原理如圖626所示，為了補償滾道的間隙，設(shè)計時將滾珠的尺寸適當(dāng)增大，使其4點接觸，產(chǎn)生預(yù)緊力，為了提高工作性能，可以在承載滾珠之間加入間隔鋼球。圖626 單螺母預(yù)緊原理（增大滾珠直徑法）3． 單螺母預(yù)緊原理（偏置導(dǎo)程法）偏置導(dǎo)程法原理如圖627所示，僅僅是在螺母中部將其導(dǎo)程增加一個預(yù)壓量Δ，以達到預(yù)緊的目的。 圖627 單螺母預(yù)緊原理（偏置導(dǎo)程法）（三）滾珠絲杠副的軸向彈性變形 滾珠絲杠受軸向載荷后，滾珠和滾道面將產(chǎn)生彈性變形，軸向彈性變形量與軸向載荷之間的關(guān)系與滾動軸承的計算相同，根據(jù)Herz的點接觸理論，和滿足下式： (611 )1． 單螺母預(yù)緊（無預(yù)緊）的軸向彈性變形 （612）式中： —鋼球和滾道的接觸角（45176。）；—鋼球直徑（mm）； —單個鋼球所受載荷（N）； —鋼球數(shù)； —和精度、結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。 2．雙螺母預(yù)緊時的軸向變形量如圖628所示，對兩個螺母A和B施加預(yù)緊力后，螺母A、B均變形至X點。如果這時作用有外力，則螺母A從X點向X1點、螺母B從X點向X2點移動（圖629）。由于和成正比關(guān)系，假設(shè)其比例系數(shù)為k，則有，并且螺母A和B的變形量分別為： （613） （614） 圖628 雙螺母預(yù)緊 圖629 預(yù)壓曲線 由于在外力作用下螺母A和B的變形量相同（方向相反），所以 （615）而且，當(dāng)僅有外力作用時，隨著的增加使接近零時，則外力幾乎全被螺母A吸收。 當(dāng)時， （616） 又因為，所以 （617） 因此，當(dāng)施加預(yù)緊力的3倍的軸向載荷時，預(yù)緊滾珠絲杠副變形量僅為無預(yù)緊滾珠絲杠副的二分之一，即剛度增加了一倍（見圖630）。 剛度K可寫成： （618）式中：—剛度（N/μm）； —軸向載荷（N）； —預(yù)緊絲杠副的軸向彈性變形量（μm）； —預(yù)緊載荷（N）； —無預(yù)緊絲杠副的軸向彈性變形量（μm）。圖630 彈性變形曲線 ，而雙螺母式的經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后基本上能消除軸向間隙。應(yīng)用該方法消除軸向間隙時應(yīng)注意以下兩點：（1）預(yù)緊力大小必須合適，過小不能保證無隙傳動；過大將使驅(qū)動力矩增大，效率降低，壽命縮短。預(yù)緊力應(yīng)不超過最大軸向負載的l/3。 （2）要特別注意減小絲杠安裝部分和驅(qū)動部分的間隙，這些間隙用預(yù)緊的方法是無法消除的，而它對傳動精度有直接影響。 （四）滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級和標(biāo)注方法 1．主要尺寸 滾珠絲杠副的主要尺寸及其計算公式見表65。2. 精度等級 —82《滾珠絲杠副精度》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為六個等級：C、D、E、F、G、H。C級最高，H級最低。滾珠絲杠副精度包括各元件的制造精度和裝配后的綜合精度，如：絲杠公稱直徑尺寸變動量、絲杠和螺母的表面粗糙度、絲杠大徑對螺紋軸線的徑向圓跳動、導(dǎo)程誤差等。各等級對各項均有公差要求。表66列出了各精度等級的導(dǎo)程公差。為了提高經(jīng)濟性，按實際使用的導(dǎo)程精度要求，在每一精度等級內(nèi)再分項，用以規(guī)定各精度等級的檢查項目（表67）。項目1~5表示導(dǎo)程精度檢驗項目的規(guī)定內(nèi)容，未指定的檢驗項目，其誤差值（偏差值）不超過下一等級的規(guī)定值，H級不作規(guī)定。例如D3表示只檢驗3個項目，其余2個項目不得超過E級的規(guī)定。數(shù)控機床、精密機床和精密儀器用于進給系統(tǒng)時，根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求，可選用C、D、E級等；一般動力傳動，其精度等級偏低，可選用F、G級等。各類型機械精度等級要求，可參考表68。3．標(biāo)注方法 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)、規(guī)格、精度的標(biāo)注方法如圖631（各制造廠略有不同）：（五）滾珠絲杠副的安裝絲杠的軸承組合及軸承座、螺母座以及其它零件的連接剛性，對滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)的剛度和精度都有很大影響，需在設(shè)計、安裝時認真考慮。為了提高軸向剛度，絲杠支承表65 滾珠絲杠副的主要尺寸及其計算公式主要尺寸符號計 算 公 式標(biāo)稱直徑(滾珠中心圓直徑)mm3040506070根據(jù)承載能力選用導(dǎo)程mm56686810810121012根據(jù)承載能力選用螺旋升角一般滾珠直徑(mm)螺紋滾道半 徑一般目前，內(nèi)循環(huán)常數(shù)取外循環(huán)常數(shù)取或接觸角偏心距絲杠外徑絲杠內(nèi)徑螺紋牙頂圓角半徑（用于內(nèi)循環(huán)）螺母外徑螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）（內(nèi)循環(huán)）表66 滾珠絲杠副精度等級導(dǎo)程公差項 目符號精 度 等 級CDEFGH基本導(dǎo)程極限偏差/———2π弧度內(nèi)導(dǎo)程公差/456———任意300mm內(nèi)導(dǎo)程公差/510152550100螺紋全長內(nèi)導(dǎo)程公差/導(dǎo)程誤差曲線的帶寬公差/—注：測量螺紋全長內(nèi)導(dǎo)程誤差時，應(yīng)在螺紋兩端分別扣除長度L0，L0＝(2~4)p(p為基本導(dǎo)程)。表67 導(dǎo)程精度檢驗項目序號項目符號檢驗項目選擇標(biāo)號123451任意300mm螺紋長度內(nèi)導(dǎo)程誤差√√√√√2螺紋全長內(nèi)導(dǎo)程誤差√√√√3導(dǎo)程誤差曲線的帶寬√√√4基本導(dǎo)程偏差√√52π弧度內(nèi)導(dǎo)程誤差√表68 種類機械精度等級要求機械種類坐 標(biāo) 方 向X（橫向）Y（立向）Z（縱向）W（刀桿、鏜桿）開環(huán)系統(tǒng)數(shù)控壓力機E—E—數(shù)控繪圖機E—E—數(shù)控車床E、D—E—數(shù)控磨床D、C—D—數(shù)控線切割機D—D—數(shù)控鉆床EE、FE—數(shù)控銑床DDD—數(shù)控鏜床D、CD、CD、CE數(shù)控坐標(biāo)鏜床D、CD、CD、CD自動換刀數(shù)控機床D、CD、CD、CE坐標(biāo)鏜床，螺紋磨床D、CD、CD、CD儀表機床D、CD、CD、C—普通機床，通用機床FFF—圖631 南京工藝裝備制造廠標(biāo)記法常用推力軸承為主的軸承組合，僅當(dāng)軸向載荷很小時，才用向心推力軸承。表69中列出了四種典型支承方式及其特點。除表中所列特點外，當(dāng)滾珠絲杠副工作時，因受熱（摩擦及其它熱源）而伸長，它對表69 滾珠絲杠副支承形式序號支承方式簡圖特點支承系數(shù)壓桿穩(wěn)定fk臨界轉(zhuǎn)速fc1單推—單推J—J1．軸向剛度較高；2．預(yù)拉伸安裝時，須加載荷較大，軸承壽命比方案2低；3．適宜中速、精度高，并可用雙推—單推組合。12雙推—雙推F—F1．軸向剛度最高；2．預(yù)拉伸安裝時，須加載荷較小，軸承壽命較高；3．適宜高速、高剛度、高精度。43雙推—簡支F—S1．軸向剛度不高，與螺母位置有關(guān)；2．雙推端可預(yù)拉伸安裝；3．適宜中速、精度較高的長絲杠。24雙推—自由F—O1．軸向剛度低，與螺母位置有關(guān)；2．雙推端可預(yù)拉伸安裝；3．適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短絲杠。 第一種支承方式的預(yù)緊軸承將會引起卸載，甚至產(chǎn)生軸向間隙，此時與第三、四種支承方式類似，但對第二種支承方式，其卸載結(jié)果可能在兩端支承中造成預(yù)緊力的不對稱，且只能允許在某個范圍內(nèi)，即要嚴格限制其溫升，故這種高剛度、高精度的支承方式更適宜于精密絲杠傳動系統(tǒng)。普通機械常用第三、四種方案，其費用比較低廉，前者用于長絲杠，后者用于短絲杠。 （六）滾珠絲杠副的設(shè)計計算 設(shè)計滾珠絲杠副的已知條件：工作載荷F(N)或平均工作載荷Fm(N)，使用壽命(h)，絲杠的工作長度(或螺母的有效行程)L(m)，絲杠的轉(zhuǎn)速n （平均轉(zhuǎn)速nm或最大轉(zhuǎn)速nmax) (r／min)，以及滾道硬度HRC和運轉(zhuǎn)情況。 一般的設(shè)計步驟及方法如下： 1．絲杠副的計算載荷Fc(N)： (619)式中：—載荷系數(shù)，按表610選?。弧捕认禂?shù)，按表611選??；—精度系數(shù)，按表612選取；—平均工作載荷（N）。表610 載荷系數(shù)載 荷 性 質(zhì)無沖擊平穩(wěn)運轉(zhuǎn)一般運轉(zhuǎn)有沖擊和振動運轉(zhuǎn)1~~~表611 硬度系數(shù)滾道實際硬度HRC≥5855504540表612 精度系數(shù)精度系數(shù)C、DE、FGH 2．計算額定動載荷（N） (620)式中：—絲杠副的平均轉(zhuǎn)速（r/min）； —運轉(zhuǎn)壽命（h）； —計算載荷（N）。 3．根據(jù)在滾珠絲杠系列中選擇所需要的規(guī)格，使所選規(guī)格的絲杠副的額定動載荷。 4．驗算傳動效率、剛度及工作穩(wěn)定性，如不滿足要求則應(yīng)另選其它型號并重新驗算。 5．對于低速（）傳動，只按額定靜載荷計算即可。 例61 試設(shè)計一數(shù)控銑床工作臺進給用滾珠絲杠副。已知平均工作載荷Fm＝3800N，絲杠工作長度l＝，平均轉(zhuǎn)速nm＝100r/min，最大轉(zhuǎn)速nmax＝10000r/min，使用壽命＝15000h左右，絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為58~62HRC，傳動精度要求。解：(1) 求計算載荷Fc（其中，系數(shù)由表661612查得）(2) 根據(jù)壽命條件計算額定動載荷(3) 根據(jù)必須的額定動載荷選擇絲杠副尺寸，由查表613，得如下規(guī)格：規(guī)格型號公稱直徑公稱導(dǎo)程p絲杠外徑d鋼球直徑dW絲杠底徑d1循環(huán)圈數(shù)動負荷Ca(KN)FFZD3210332103FFZD4006540645FFZD5006550645考慮各種因素，選FFZD50065，其中： 公稱直徑：D0=50mm 導(dǎo)程：p=6mm 螺旋角：λ=arctan(6/(50π))=2176。11′ 滾珠直徑：d0=4mm 滾道半徑：R ==4= 偏心距：絲杠內(nèi)徑：d1=(4) 穩(wěn)定性驗算： ① 假設(shè)為雙推—簡支（F—S），因為絲杠較長，所以用壓桿穩(wěn)定性來求臨界載荷式中：—絲杠的彈性模量，對于鋼 —絲杠危險截面的軸慣性矩 m4 —長度系數(shù)，兩端用鉸接時， m所以 N故 （參考表614），絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。表614 穩(wěn)定性系數(shù)支承方式有關(guān)系數(shù)