【文章內容簡介】 在螺母滾道內循環(huán)。圖622 滾珠絲桿副結構滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內循環(huán)和外循環(huán)二種。內循環(huán) 內循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲桿表面保持接觸，在螺母的側面孔內裝有接通相鄰滾道的反向器，利用反向器引導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，在螺母體內或體外作循環(huán)運動。從結構上看，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整和施加預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 絲杠螺母結構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構變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。通常采用雙螺母預緊或單螺母（大滾珠、大導程）的方法，把彈性變形控制在最小限度內，以減小或消除軸向間隙，并可以提高滾珠絲杠副的剛度。1． 雙螺母預緊原理雙螺母預緊原理如圖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 雙螺母預緊原理隙。根據(jù)墊片厚度不同分成兩種形式，當墊片厚度較厚時即產生“預拉應力”，而當墊片厚度較薄時即產生“預壓應力”以消除軸向間隙。2． 單螺母預緊原理（增大滾珠直徑法）單螺母預緊原理如圖626所示，為了補償滾道的間隙，設計時將滾珠的尺寸適當增大，使其4點接觸，產生預緊力，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 單螺母預緊原理（增大滾珠直徑法）3． 單螺母預緊原理（偏置導程法）偏置導程法原理如圖627所示，僅僅是在螺母中部將其導程增加一個預壓量Δ，以達到預緊的目的。 圖627 單螺母預緊原理（偏置導程法）（三）滾珠絲杠副的軸向彈性變形 滾珠絲杠受軸向載荷后，滾珠和滾道面將產生彈性變形，軸向彈性變形量與軸向載荷之間的關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． 單螺母預緊（無預緊）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、結構有關的系數(shù)。 2．雙螺母預緊時的軸向變形量如圖628所示，對兩個螺母A和B施加預緊力后，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）。由于和成正比關系，假設其比例系數(shù)為k，則有，并且螺母A和B的變形量分別為： （613） （614） 圖628 雙螺母預緊 圖629 預壓曲線 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。 當時， （616） 又因為，所以 （617） 因此，當施加預緊力的3倍的軸向載荷時，預緊滾珠絲杠副變形量僅為無預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）； —預緊絲杠副的軸向彈性變形量（μm）； —預緊載荷（N）； —無預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)加預緊力調整后基本上能消除軸向間隙。應用該方法消除軸向間隙時應注意以下兩點：（1）預緊力大小必須合適，過小不能保證無隙傳動；過大將使驅動力矩增大，效率降低，壽命縮短。預緊力應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動部分的間隙，這些間隙用預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》標準規(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程公差。為了提高經(jīng)濟性，按實際使用的導程精度要求，在每一精度等級內再分項，用以規(guī)定各精度等級的檢查項目（表67）。項目1~5表示導程精度檢驗項目的規(guī)定內容，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．標注方法 滾珠絲杠副結構、規(guī)格、精度的標注方法如圖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 式標稱直徑(滾珠中心圓直徑)mm3040506070根據(jù)承載能力選用導程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徑螺紋牙頂圓角半徑（用于內循環(huán)）螺母外徑螺母內徑（外循環(huán)）（內循環(huán)）表66 滾珠絲杠副精度等級導程公差項 目符號精 度 等 級CDEFGH基本導程極限偏差/———2π弧度內導程公差/456———任意300mm內導程公差/510152550100螺紋全長內導程公差/導程誤差曲線的帶寬公差/—注：測量螺紋全長內導程誤差時，應在螺紋兩端分別扣除長度L0，L0＝(2~4)p(p為基本導程)。表67 導程精度檢驗項目序號項目符號檢驗項目選擇標號123451任意300mm螺紋長度內導程誤差√√√√√2螺紋全長內導程誤差√√√√3導程誤差曲線的帶寬√√√4基本導程偏差√√52π弧度內導程誤差√表68 種類機械精度等級要求機械種類坐 標 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)控坐標鏜床D、CD、CD、CD自動換刀數(shù)控機床D、CD、CD、CE坐標鏜床，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記法常用推力軸承為主的軸承組合，僅當軸向載荷很小時，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臨界轉速fc1單推—單推J—J1．軸向剛度較高；2．預拉伸安裝時，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；2．雙推端可預拉伸安裝；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；2．雙推端可預拉伸安裝；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緊軸承將會引起卸載，甚至產生軸向間隙，此時與第三、四種支承方式類似，但對第二種支承方式，其卸載結果可能在兩端支承中造成預緊力的不對稱，且只能允許在某個范圍內，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）滾珠絲杠副的設計計算 設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)，絲杠的轉速n （平均轉速nm或最大轉速nmax) (r／min)，以及滾道硬度HRC和運轉情況。 一般的設計步驟及方法如下： 1．絲杠副的計算載荷Fc(N)： (619)式中：—載荷系數(shù)，按表610選取；—硬度系數(shù)，按表611選?。弧认禂?shù)，按表612選取；—平均工作載荷（N）。表610 載荷系數(shù)載 荷 性 質無沖擊平穩(wěn)運轉一般運轉有沖擊和振動運轉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：—絲杠副的平均轉速（r/min）； —運轉壽命（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＝，平均轉速nm＝100r/min，最大轉速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：絲杠內徑：d1=(4) 穩(wěn)定性驗算： ① 假設為雙推—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)支承方式有關系數(shù)