周瑜飛

1.1滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)于維修

進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)電部件主要有：伺服電動(dòng)機(jī)及檢測(cè)元件、減速機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠螺母副、絲杠軸承、運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、主軸箱、立柱等）。這里主要對(duì)滾珠絲杠螺母副的維護(hù)與保養(yǎng)問(wèn)題加以說(shuō)明。

1.2滾珠絲杠結(jié)構(gòu)與維修

1、滾珠絲杠副的種類與結(jié)構(gòu)

滾珠絲杠螺母副：是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來(lái)改善摩擦特性。

工作原理是：當(dāng)絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則可沿著滾道流動(dòng)，如圖

1—返向器2—螺3—絲杠4—滾珠 （a）單圓弧 （b）雙圓弧

按滾珠返回的方式不同可以分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式兩種。

1）內(nèi)循環(huán)式

內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠表面保持接觸。如圖3—4—3。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(guò)絲杠的螺紋頂部進(jìn)入相鄰滾道，形成一個(gè)循環(huán)回路。一般在同一螺母上裝有2—4個(gè)反向器，并沿螺母圓周均勻分布。

優(yōu)缺點(diǎn)：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，但制造精度要求高。

2）外循環(huán)式

外循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)反向時(shí)，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運(yùn)動(dòng)。如圖3—4—4，（a）為螺旋槽式外循環(huán)（b）為插管式外循環(huán)

滾珠絲杠是絲杠和螺母之間以滾動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)元件。他將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)化為直線運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、但徑向尺寸大，且彎管兩端耐磨性和抗沖擊性差。

（a）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滾珠；4—擋珠器；5—絲杠

（b）插管式：1—彎管；2—壓板；3—絲杠；4—滾珠；5—滾道

2、滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù)

滾珠絲杠副的主要參數(shù)有：公稱直徑D、導(dǎo)程L和接觸角β。

1）公稱直徑D：是指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。它與承載能力直接有關(guān)，常用范圍為30—80mm，一般大于絲杠長(zhǎng)度的1/35—/30。

2）導(dǎo)程L：導(dǎo)程的大小要根據(jù)機(jī)床加工精度的要求確定，精度高時(shí)，導(dǎo)程小一些；精度低時(shí)，導(dǎo)程大些。但導(dǎo)程取小后，滾珠直徑將取小，使?jié)L珠絲杠副的承載能力下降；若滾珠直徑不變，導(dǎo)程取小后，螺旋升角也小，傳動(dòng)效率將下降。因此，一般地，導(dǎo)程數(shù)值的確定原則是：在滿足加工精度的條件下盡可能取得大一些。

1.3滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與維修

1）摩擦因素小，傳動(dòng)效率高。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率可達(dá)0.92—0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高3—4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠的1/4—1/3。

2）可預(yù)緊消隙。給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的間隙，反向運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)死區(qū)，定位精度高，剛度好。

3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，低速時(shí)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。

4）運(yùn)動(dòng)具有可逆性?？梢詮男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母均可以作為主動(dòng)件。

5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。

6）所需傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。

7）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲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）不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于處于重慣性力的作用，常需添加輔助制動(dòng)裝置。

優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、但徑向尺寸大，且彎管兩端耐磨性和抗沖擊性差。

（a）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滾珠；4—擋珠器；5—絲杠

（b）插管式：1—彎管；2—壓板；3—絲杠；4—滾珠；5—滾道

2、滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù)

滾珠絲杠副的主要參數(shù)有：公稱直徑D、導(dǎo)程L和接觸角β。

1）公稱直徑D：是指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。它與承載能力直接有關(guān)，常用范圍為30—80mm，一般大于絲杠長(zhǎng)度的1/35—/30。

2）導(dǎo)程L：導(dǎo)程的大小要根據(jù)機(jī)床加工精度的要求確定，精度高時(shí)，導(dǎo)程小一些；精度低時(shí)，導(dǎo)程大些。但導(dǎo)程取小后，滾珠直徑將取小，使?jié)L珠絲杠副的承載能力下降；若滾珠直徑不變，導(dǎo)程取小后，螺旋升角也小，傳動(dòng)效率將下降。因此，一般地，導(dǎo)程數(shù)值的確定原則是：在滿足加工精度的條件下盡可能取得大一些。

1.4 滾珠絲杠副的的精度

滾珠絲杠副的精度等級(jí)分為1、2、3、4、5、7、10七個(gè)等級(jí)（按JB/T 3162.2—1991的規(guī)定），1級(jí)精度最高，依次遞減，數(shù)控機(jī)床主要采用1—4級(jí)。

1.5滾珠絲杠副的安裝支撐方式與維修

為提高傳動(dòng)剛度，滾珠絲杠合理的支撐結(jié)構(gòu)及正確的安裝很重要一般采用高剛度的止推軸承支撐結(jié)構(gòu)，以提高滾珠絲杠的軸向承載能力。

（a）一端裝止推軸承（固定-自由式）。其承載能力小，軸向剛度低，僅適用于短絲杠，如用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控機(jī)床的垂直坐標(biāo)中。

（b）一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承（固定-支承式）。當(dāng)滾珠絲杠較長(zhǎng)時(shí)，一端裝止推軸承固定，另一端由深溝球軸承支承。為了減小絲杠熱變的影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源（如液壓馬達(dá)）。

（c）兩端裝止推軸承。。將止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，有助于提高傳動(dòng)剛度。但這種安裝方式對(duì)熱伸長(zhǎng)較為敏感。

（d）兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定-固定式）。為了提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承和深溝球軸承，并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)形式，可使絲杠的熱變形能轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力。

1.6滾珠絲杠軸向間隙的調(diào)整

為了保證滾珠絲杠副的反向傳動(dòng)精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。除個(gè)別用單螺母消除間隙外，滾珠絲杠螺母副常用雙螺母預(yù)緊消隙。其原理是：利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移，使兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋軌道的兩個(gè)相反側(cè)面上，用這種方法消除間隙時(shí)，應(yīng)注意預(yù)緊力不能過(guò)大，預(yù)緊力過(guò)大會(huì)使空載力矩增加，從而降低傳動(dòng)效率，縮短使用壽命。因此，一般需要經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，以保證既能消除間隙又能靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)整時(shí)除螺母預(yù)緊外，還應(yīng)特別注意使絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙盡可能小，并且具有足夠的剛度。

如圖為雙螺母墊片調(diào)隙式，改變墊片的厚度，使內(nèi)外兩個(gè)螺母產(chǎn)生軸向相對(duì)位移。

優(yōu)缺點(diǎn)：這種調(diào)隙方式能精確地調(diào)整預(yù)緊量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度高，工作可靠，但調(diào)整不方便，滾道磨損時(shí)不能隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

2）如圖，為螺紋調(diào)隙式，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺母1，使螺母2產(chǎn)生軸向位移。

優(yōu)缺點(diǎn)：這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，滾道磨損時(shí)可隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，但預(yù)緊量不很準(zhǔn)確。

1）如圖3—4—8，為齒差調(diào)隙式，通過(guò)調(diào)整螺母端頭上的外齒相對(duì)內(nèi)齒的嚙合角度來(lái)消除間隙。

優(yōu)缺點(diǎn)：這種調(diào)隙方式能精確微調(diào)預(yù)緊量，工作可靠，滾道磨損時(shí)調(diào)整方便。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于需獲得準(zhǔn)確預(yù)緊力的精密定位系統(tǒng)。

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