滚珠丝杠选型培训教程

第一章 滚珠丝杠 第一节滚珠丝杠 滚珠丝杠 是丝杠轴与丝母间以钢球为滚动体 将回转运动转变为直线运动的机械元件 可以将直线运动转变为回转运动 也可以将回转运动转化为直线运动 丝杠 丝母B 丝母A 键 固定键用螺钉 弯管 钢球 密封圈 弹簧卡 压板 固定压板用螺钉 垫片 钢球在丝母与丝杠间的沟道中边自转滚动边向前滚动 通过循环机构做无限循环运动 因为滚珠丝杠是滚动运动 与滑动丝杠相比效率较高 所以回转运动转化为直线运动 直线运动转化为回转运动效率可达到88 96 另经磨削加工的精密滚珠丝杠 因为是精密加工 可以达到微米级的进给精度 第二节 滚珠丝杠的特点 1 摩擦小 效率高 驱动扭矩约为滑动丝杠的1 3左右2 高精度保证 生产时在温度控制非常严格的工厂内加工 使用最高水平的机械设备进行加工 检查 装配 以及完备严格的品质保证体系 都高精度的产品提供了保证3 精度高 可实现微进给 由于起动扭矩特别小 没有滑动丝杠的爬行现象 能够正确的进行微进给 4 无间隙 刚性高 可以先予压 在轴线上产生0间隙或负间隙 刚性也大大提高 5 可以高速进给 由于丝杠的效率高 发热小 因而可以实现高速进给 第三节滚珠丝杠的钢球循环机构 1 循环弯管式也称 外循环式 为最普通的 钢球从丝杠轴上 沿弯管的牙嘴部导入 通过弯管返回 形成无限循环运动 2 回球器式也称 内循环式 是最紧凑的丝母 钢球通过回球器改变进行方向 返回丝杠轴的原先位置 3 端盖式适用于高速进给的丝母 钢球从端盖部导入 通过丝母上的贯通孔 返回起始位置 4 钢板循环式是如同弯管式的 将钢球导入后沿钢板上的沟进行循环 钢板回球式与回球器式相比 较多应用于小型滚珠丝杠 第四节 滚珠丝杠的安装方法 分类方法一 代表的安装方法 固定 自由固定 支持固定 固定根据使用要求 有必要对支持方法进一步探讨 分类方法二 水平安装垂直安装倾斜安装 滚珠丝杠的安装方法 图例1 固定 自由 固定 支持 滚珠丝杠的安装方法 图例2 固定 固定 固定 固定丝母旋转 第五节 滚珠丝杠滚珠的材料用于滚珠丝杆的钢珠的材料国内的材料是GCR15跟440C的 硬度是HR58 62 进口钢珠的材料是SUJ2 硬度是60 UP 钢珠的大小是有要求的 具体的要根据丝杆的外径跟导程来决定的 比如说导程是05的丝杆用的是3 175径是20导程是10的丝杆用的是6 350 外径是25导程是10的丝杆用的3 969的钢珠 钢珠的公差国产的是2 一档 进口的是2 5 一档 也有1 一档的 具体的要看生产厂家的标准 1 定位精度 滚珠螺杆的精度中 导程精度 系统的刚性是主要的影响因素 其他主要有温度而产生的热变形 安装面的精度等方面 第六节 丝杠精度要求 3 导程精度 累积基准导程与公称导程相同 但当使用过程中 由于温升所导致螺杆的热膨胀 或者由于外部负载使螺杆伸缩时 此时可以修正螺杆轴的基准导程负 正向予以补赏 此时可以将累积导程的目标值提出给本公司 或者由本公司几十年的经验推荐予用户 另外在补偿螺杆轴的热伸长时 也可以在安装时进行滚珠螺杆的预拉伸 一般以支撑轴承的负载能力上另加温升2 3 的预拉力 4 热变形 螺杆轴因热变形 会导致精度的变化 一般来说要尽量的降低温升所带来的影响1 控制发热量 选择适当的预压力 选择适当的润滑剂 使用较大的螺杆导程 降低转速2 强制冷却 螺杆轴制作成中空 通入冷却液 将热量带出 螺杆轴以润滑油或空气强制冷却3 预先避免温升的影响 求出累积导程误差的目标值 然后进行修正 预先高速运转 温度达到热平衡 螺杆安装时进行预拉伸 5 滚珠丝杠的润滑 使用滚珠螺杆时 必须要润滑 如果润滑不足够的话 会造成急速的摩擦发热 使滚珠螺杆的寿命大大缩短 滚珠螺杆一般来说3 5m min以下用润滑脂润滑 以上用稀油润滑 滚珠螺杆使用的润滑剂 润滑脂使用锂尼基系列的润滑油 其黏30 40cst 40 润滑油ISO等级32 100 低温时使用黏度低的润滑油 高温 高负载 低速时使用黏度高的润滑油 第七节 滚珠丝杠的防尘 滚珠螺杆如果有污物 异物进入螺母中就会很快的磨耗 急剧缩短螺杆的寿命 本公司的螺母前后两端皆有刮刷器 可以有效的防护一般的灰尘 如果工作在恶劣的环境中就必须采用其他防尘装置 褶皱保护罩 螺杆防护套 将螺杆轴保护起来 第二章 滚珠丝杠螺母副 工作原理和特点 滚珠丝杆螺母副由于在丝杆和螺母之间放入了滚珠 使丝杆与螺母间变为滚动摩擦 因而大大地减小了摩擦阻力 提高了传动效率 图示为滚珠丝杆副的结构示意图 丝杆 和螺母 上均制有圆弧型面的螺旋槽 将它们装在一起便形成了螺旋滚道 滚珠 在其间既自转又循环滚动 滚珠丝杠螺母副结构图例 1 丝杠2 滚道3 螺母4 滚珠 滚珠丝杠螺母副的优点传动效率高 摩擦损失小滚珠丝杆螺母副的传动效率 0 85 0 98 可实现高速运动 运动平稳无爬行由于摩擦阻力小 动 静摩擦系数之差极小 故运动平稳 不易出现爬行现象 传动精度高 反向时无空程滚珠丝杆副经预紧后 可消除轴向间隙 磨损小精度保持性好 使用寿命长 具有运动的可逆性可以将旋转运动转换成直线运动 也可将直线运动转换成旋转运动 即丝杆和螺母均可作主动件或从动件 滚珠丝杠螺母副的缺点由于结构复杂 丝杆和螺母等元件的加工精度和表面质量要求高 故制造成本高 由于不能自锁 特别是垂直安装的滚珠丝杆传动 会因部件的自重而自动下降 当部件向下运动且切断动力源时 由于部件的自重和惯性 不能立即停止运动 因此必须增加制动装置 结论由于其优点显著 虽成本较高 仍被广泛应用在数控机床上 2 结构类型 外循环滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面上的螺旋槽或插管返回丝杆螺母间重新进入循环 图示为常见的外循环结构形式 在螺母外圆上装有螺旋形的插管口 其两端插入滚珠螺母工作始末两端孔中 以引导滚珠通过插管 形成滚珠的多圈循环链 这种形式结构简单 工艺性好 承载能力较高 但径向尺寸较大 目前应用最为广泛 也可用于重载传动系统中 外循环式滚珠丝杠结构图例 内循环靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道 使滚珠成单圈循环 如图所示 反向器 的数目与滚珠圈数相等 这种形式结构紧凑 刚度好 滚珠流通性好 摩擦损失小 但制造较困难 适用于高灵敏 高精度的进给系统 不宜用于重载传动中 内循环式滚珠丝杠结构图例 3 滚珠丝杆副间隙的调整 为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度 必须消除滚珠丝杆螺母副轴向间隙 消除间隙的方法常采用双螺母结构 利用两个螺母的相对轴向位移 使每个螺母中的滚珠分别接触丝杆滚道的左右两侧 用这种方法预紧消除轴向间隙时 预紧力一般应为最大轴向负载的l 3 当要求不太高时 预紧力可小于此值 双螺母垫片式消隙如图所示 此种形式结构简单可靠 刚度好 应用最为广泛 在双螺母间加垫片的形式可由专业生产厂根据用户要求事先调整好预紧力 使用时装卸非常方便 双螺母垫片调整法 中间加垫片 图例 双螺母垫片调整法 端部加垫片 图例 双螺母螺纹式消隙如图所示 利用一个螺母上的外螺纹 通过圆螺母调整两个螺母的相对轴向位置实现预紧 调整好后用另一个圆螺母锁紧 这种结构调整方便 且可在使用过程中 随时调整 但预紧力大小不能准确控制 双螺母螺纹消隙图例 3 滚珠丝杆副间隙的调整 齿差式消隙如图所示 在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮 分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合 其齿数分别为Z1 Z2 并相差一个齿 调整时 先取下内齿圈 让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿 然后再插入内齿圈 则两个螺母便产生相对角位移 其轴向位移量为 式中Z1 Z2为齿轮的齿数 Ph为滚珠丝杠的导程 齿差式消隙图例 4 滚珠丝杆副的支承方式 一端装止推轴承 固定 自由式 如图a所示 这种安装方式的承载能力小 轴向刚度低 仅适应于短丝杆 一端装止推轴承 另一端装深沟球轴承 固定 支承式 如图b所示 滚珠丝杆较长时 一端装止推轴承固定 另一端由深沟球轴承支承 为了减少丝杆热变形的影响 止推轴承的安装位置应远离热源 两端装推力轴承 单推 单推式或双推 单推式 如图c所示 这种方式是对丝杠进行预拉伸安装 这样做的好处是