10142）滾珠絲杠是機(jī)械設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的傳動(dòng)元件，主要用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，具有高效快速、高精度、高剛性以及適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]。目前，基于滾珠絲杠設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般由絲杠部分旋轉(zhuǎn)，通過(guò)在絲母內(nèi)部通道的滾珠帶動(dòng)絲母部分直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而完成直線(xiàn)傳動(dòng)的過(guò)程。當(dāng)直線(xiàn)傳動(dòng)的行程較長(zhǎng)時(shí)，這種傳動(dòng)方式存在一定的弊端。這是因?yàn)殡S著絲杠長(zhǎng)度的增加，自身重力變大，在傳動(dòng)過(guò)程中絲杠的彎曲變形也會(huì)隨之變大，同時(shí)使絲杠產(chǎn)生比較嚴(yán)重的的振動(dòng)，導(dǎo)致整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作精度降低，

9)0 前言滾珠絲杠副是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的核心部件，是決定零件加工精度的關(guān)鍵。然而，由于滾珠與絲杠之間是滾動(dòng)接觸，隨著工作時(shí)間加長(zhǎng)，摩擦因數(shù)在0.003～0.01之間變化，導(dǎo)致絲杠傳動(dòng)效率不穩(wěn)定，不能持續(xù)高效地進(jìn)行傳動(dòng)。導(dǎo)致滾珠絲杠副傳動(dòng)效率低下的主要原因有：(1)滾珠絲杠副弧槽形狀設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致油泥異物殘留在滾道壁上，增大了摩擦因數(shù)；(2)滾珠絲杠副抗污垢能力較弱，自身容納油泥異物很有限；(3)承受了來(lái)自外界的超重載荷等，致使?jié)L道出現(xiàn)過(guò)大的塑性變形。因

前言1.1 滾珠絲杠副的發(fā)展歷程1874年，美國(guó)設(shè)計(jì)出一種螺旋壓力機(jī)是以滾珠絲杠副傳動(dòng)的。之后德國(guó)和英國(guó)也有研究滾珠絲杠副傳動(dòng)。我國(guó)滾珠絲杠副的理論能追溯至一百年前，且當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式是合理的、科學(xué)的，與如今的結(jié)構(gòu)相似但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到精度要求且但滾珠絲杠副只是作為一個(gè)概念出現(xiàn)，并未真正進(jìn)行生產(chǎn)出來(lái)。直至1940年，滾珠絲杠副真正發(fā)揮其作用是在美國(guó)，通用汽車(chē)公司將其用于汽車(chē)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上。滾珠絲杠副在汽車(chē)上的應(yīng)用引起了當(dāng)時(shí)廣泛的關(guān)注。后1943 年飛行器上的一

0 引言行星滾柱絲杠壽命試驗(yàn)臺(tái)作為檢測(cè)行星滾柱絲杠全壽命周期可靠性和環(huán)境適應(yīng)性的重要手段，是擴(kuò)大行星滾柱絲杠產(chǎn)品應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，國(guó)產(chǎn)行星滾柱絲杠在壽命檢測(cè)環(huán)節(jié)的落后正嚴(yán)重制約著行星滾柱絲杠技術(shù)的提升。行星滾柱絲杠主要由絲杠、滾柱和螺母組成，具有將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)[1]。與滾珠絲杠相比，具有更高的承載能力和使用壽命。行星滾柱絲杠在精密傳動(dòng)領(lǐng)域，特別是在航空航天領(lǐng)域，得到了越來(lái)越多的重視和肯定。在實(shí)際應(yīng)用中在壽命方面，行星滾柱絲杠高于滾珠絲杠

高精度傳動(dòng)的滾珠絲杠副自身系統(tǒng)剛度會(huì)直接影響數(shù)控機(jī)床的精密加工能力。如果在滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度不足的情況下，就進(jìn)行精密加工作業(yè)，那么絲杠整體會(huì)出現(xiàn)抵抗變形能力不足的情況。雖然滿(mǎn)負(fù)荷工作不至于被損壞，但絲杠傳動(dòng)卻不能及時(shí)達(dá)到所預(yù)期的位置。而隨之受影響的還有絲杠的壽命，傳動(dòng)精度以及疲勞等其他關(guān)鍵參數(shù)，這在需要保持高精度的數(shù)控傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中是致命的，所以要充分重視滾珠絲杠副的系統(tǒng)剛度。筆者通過(guò)對(duì)滾珠絲杠安裝方式和預(yù)緊前后的分析，得出系統(tǒng)剛度的變化規(guī)律，這對(duì)于絲杠的精

于單、雙圓弧滾珠絲杠副來(lái)說(shuō)，存在根本性不同的地方在于滾珠絲杠副滾道法向截面形狀不同。這就會(huì)對(duì)滾珠絲杠副本身的傳動(dòng)性能，軸向剛度以及承載能力帶來(lái)一定變化。然而兩者在傳動(dòng)性能方面上的優(yōu)劣情況，目前還沒(méi)有具體的研究說(shuō)明，為了能夠掌握兩種絲杠的傳動(dòng)特點(diǎn)，通過(guò)研究單雙圓弧法向截型對(duì)絲杠傳動(dòng)性能的影響，達(dá)到掌握滾珠絲杠主要的法向截型傳動(dòng)性能，以便在以后的滾珠絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)研究過(guò)程中進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。1 單、雙圓弧滾珠絲杠副的法面截型如圖1所示，是單、雙圓弧滾珠絲杠副示意圖。

10142)滾珠絲杠副在工作時(shí)難免要發(fā)熱，其溫度將高于床身。滾珠絲杠的熱膨脹將使導(dǎo)程增大，影響機(jī)床定位精度[1-2]。研究表明，熱變形引起的誤差通常會(huì)占到工件加工總誤差的40%～70%[3-5]。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般都采用快速升溫，待機(jī)床熱平衡后再進(jìn)行加工，這需要機(jī)床先熱機(jī)，造成生產(chǎn)效率降低。目前，減小機(jī)床熱誤差主要有誤差預(yù)防和誤差補(bǔ)償兩種基本方法[6-7]。采用軟件補(bǔ)償消除誤差，需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行大量的試驗(yàn)后建立誤差預(yù)測(cè)模型，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)要求較高，有時(shí)還需要進(jìn)行

001 序言傳統(tǒng)絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的絲杠往往采用車(chē)削或磨削加工，螺母采用鑄鐵或鑄銅材料。而隨著綠色制造理念的推廣，人們開(kāi)始認(rèn)真反思：在工業(yè)制造的過(guò)程中，如何改善對(duì)環(huán)境的影響，如何提高資源的利用率，從而使傳統(tǒng)的制造模式，逐步向現(xiàn)代的制造模式發(fā)展。同時(shí)還要考慮如何滿(mǎn)足產(chǎn)品功能的要求，以及控制成本。性?xún)r(jià)比是人們重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，但實(shí)現(xiàn)高性?xún)r(jià)比卻不是一件太容易的事情。從絲杠傳動(dòng)件來(lái)看，如何滿(mǎn)足部件所需的要求和性能，是很關(guān)鍵的問(wèn)題。也就是說(shuō)，引入綠色制造的理念，就應(yīng)該打破

)0 引 言滾珠絲杠副是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)最常用的裝置，由絲杠，螺母，滾珠等零件組成，其作用是將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠副絲杠和絲母的傳動(dòng)通過(guò)滾珠的運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行，摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，有效避免運(yùn)動(dòng)部件的爬行現(xiàn)象，可以進(jìn)行高速進(jìn)給及微進(jìn)給，廣泛應(yīng)用于機(jī)床行業(yè)中。滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)直接影響傳動(dòng)系統(tǒng)的精度。目前在滾珠絲杠的使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)絲杠熱伸長(zhǎng)過(guò)大，絲杠發(fā)熱，剛性不夠，絲杠精度保持性不好等問(wèn)題，直接導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度不穩(wěn)定。這

0 引言行星滾柱絲杠主要由絲杠、滾柱和螺母3部分組成，具有將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)[1]。相比行星滾珠絲杠，其具有更高的承載能力及使用壽命。行星滾柱絲杠在精密傳動(dòng)領(lǐng)域特別是航空航天領(lǐng)域已經(jīng)得到了越來(lái)越多的關(guān)注和肯定[2-3]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于行星滾柱絲杠的理論研究已有一定基礎(chǔ)，理論研究主要集中在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、軸向變形、動(dòng)態(tài)特性以及傳動(dòng)效率等方面[4-7]。在螺紋牙載荷分布方面，楊家軍等[8]依據(jù)Hertz 彈性接觸理論，將滾柱作為整體，建立了剛度模型，

8)0 引言滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點(diǎn)，是機(jī)械傳動(dòng)與定位的首選部件，同樣也是機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的核心部件。隨著數(shù)控機(jī)床和工具機(jī)的普及以及系統(tǒng)向高速化的方向發(fā)展，進(jìn)給系統(tǒng)的速度也越來(lái)越快,但是滾珠絲杠的高速化運(yùn)轉(zhuǎn)也引起了其熱變形增大等問(wèn)題。滾珠絲杠副處于進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的末端，它的傳動(dòng)誤差直接影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，而溫升引起的熱變形通常占到絲杠總變形的50%以上，是影響其定位精度的主要因素，因此解決絲杠熱變形引起的定位誤差具有一定的現(xiàn)實(shí)

控機(jī)床進(jìn)給部件，絲杠由于受到溫升影響而發(fā)生膨脹，導(dǎo)致進(jìn)給量發(fā)生偏移，最終零件精度也會(huì)受到影響。所以將絲杠進(jìn)行合理恰當(dāng)?shù)慕禍卦谝欢ǔ潭壬峡梢愿纳茩C(jī)床的加工精度。圖1 我國(guó)各檔次數(shù)控機(jī)床自主生產(chǎn)情況 圖2 我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)存在的主要問(wèn)題分析情況1 絲杠空心內(nèi)冷結(jié)構(gòu)分析圖3 空心式內(nèi)冷結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，絲杠空心式內(nèi)冷結(jié)構(gòu)是現(xiàn)在內(nèi)冷卻的普遍做法[3-5]，具體做法是：首先將絲杠做成中空型式，然后放入導(dǎo)管至絲杠另一端，最后通入冷卻液。冷卻液從導(dǎo)管入口開(kāi)始流入，經(jīng)

272071滾珠絲杠是加工中心進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的重要傳動(dòng)部件，其定位誤差分析和計(jì)算是選擇的重要依據(jù)。應(yīng)根據(jù)絲杠的軸向載荷大小來(lái)確定絲杠直徑，根據(jù)絲杠的支承結(jié)構(gòu)、支承方式、行程來(lái)確定絲杠的總長(zhǎng)度；并對(duì)絲杠的剛度、熱變形和臨界轉(zhuǎn)速等進(jìn)行必要的驗(yàn)算。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)床定位精度的要求，選擇合理的滾珠絲杠精度等級(jí)，保證滾珠絲杠運(yùn)行穩(wěn)定可靠。1 滾珠絲杠定位系統(tǒng)和控制1.1 雙重驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)于非常精確的大徑定位，現(xiàn)在通常使用應(yīng)力陶瓷微位移裝置平衡工作臺(tái)從校準(zhǔn)點(diǎn)到滾珠絲杠之

的關(guān)鍵因素。滾珠絲杠副作為細(xì)紗機(jī)集落升降的重要傳動(dòng)件，其可靠性直接影響細(xì)紗機(jī)集落升降系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)的精度要求很高而且其制造比較復(fù)雜，故一般由專(zhuān)業(yè)廠完成，使用者則以選擇性計(jì)算或校驗(yàn)為主。一般情況下，滾珠絲杠副的承載能力取決于其抗疲勞能力，故首先應(yīng)按壽命條件及額定動(dòng)載荷選擇和校核其基本參數(shù)，并校驗(yàn)其載荷是否超過(guò)額定靜載荷[1]；當(dāng)轉(zhuǎn)速很低時(shí)，可按額定靜載荷確定和校核其尺寸；當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，還應(yīng)考慮絲杠的臨界轉(zhuǎn)速；一般無(wú)論轉(zhuǎn)速高低，均應(yīng)對(duì)滾珠絲杠進(jìn)

張毅迪摘 要：絲杠的磨損過(guò)程與潤(rùn)滑狀態(tài)、受力、材料等多種方面有關(guān)，文章以塞拉門(mén)機(jī)構(gòu)中絲杠螺母副為例，定量的研究絲杠的磨損量。首先分析確定絲杠的磨損類(lèi)型為磨粒磨損，通過(guò)simulation仿真確定絲杠最大允許磨損深度為設(shè)計(jì)尺寸Δ?；贏rchard磨損模型對(duì)絲杠的磨損建立磨損模型，同時(shí)建立絲杠受力模型，通過(guò)計(jì)算得出保證絲杠在允許磨損范圍Δ內(nèi)絲杠表面硬度至少應(yīng)為401.85HV。最終通過(guò)壽命試驗(yàn)，將試驗(yàn)現(xiàn)象與驗(yàn)證理論計(jì)算進(jìn)行擬合，對(duì)后續(xù)塞拉門(mén)機(jī)構(gòu)絲杠選材及表

4)1 橫向滾珠絲杠裝置介紹橫向滾珠絲杠裝置即刀架的橫向移動(dòng)是由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副來(lái)實(shí)現(xiàn)的。滾珠絲杠裝置采用“固定-固定”安裝方式，絲杠分度圓直徑40 mm，螺距5 mm，精度等級(jí)為5級(jí)。絲杠左、右兩端各有一套滾珠絲杠專(zhuān)用的60°角接觸球軸承背對(duì)背組配來(lái)支承。圖1為橫向滾珠絲杠裝置示意圖，經(jīng)過(guò)調(diào)整與預(yù)緊及預(yù)緊拉伸使?jié)L珠絲杠具有很高的精度和軸向剛度。圖2為本裝置的三維展示。2 滾珠絲杠的調(diào)整與預(yù)緊拉伸[1]2.1 安裝與調(diào)整在滾珠絲杠的安裝過(guò)程中，為了

n發(fā)明了行星滾柱絲杠副,直到上世紀(jì)70年代才有幾家開(kāi)始研發(fā)、生產(chǎn)行星滾柱絲杠副,由于結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜而沒(méi)有普及,現(xiàn)在國(guó)際上也只有幾家生產(chǎn)行星滾柱絲杠副,代表企業(yè)為德國(guó)SKF公司、瑞士ROLLVIS公司、德國(guó)Rexroth公司等.1999年,北京機(jī)床研究所研發(fā)腸衣擠出用行星滾柱絲杠副,絲杠副規(guī)格:公稱(chēng)直徑d0＝65 mm,導(dǎo)程Ph＝16 mm,螺紋頭數(shù)為6頭,滾柱數(shù)量為13個(gè)；2014年,為俄羅斯研發(fā)心臟起搏器用行星滾柱絲杠副,公稱(chēng)直徑d0＝5 mm,導(dǎo)程Ph＝

帶輪降速后與滾珠絲杠聯(lián)接，帶動(dòng)工作臺(tái)在床身上前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)X軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。如圖1所示X軸傳動(dòng)方式為兩端固定的支撐方式，該產(chǎn)品工作臺(tái)行程4m，其安裝距離達(dá)到4850mm，X軸絲杠選用80直徑12導(dǎo)程。因安裝間距較長(zhǎng)，絲杠的長(zhǎng)徑比超過(guò)60，長(zhǎng)徑比太大會(huì)使絲杠產(chǎn)生彎曲和撓度的變化（如圖1所示）。導(dǎo)致滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)，增大運(yùn)動(dòng)噪聲、縮短支撐軸承和滾珠絲杠本身的使用壽命、降低機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度以及機(jī)床的加工精度。圖1 X軸絲杠安裝方式除此之外，絲杠安裝距離過(guò)長(zhǎng)，也會(huì)影

問(wèn)題的提出滾珠絲杠副是在滾珠絲杠和滾珠螺母旋合的圓弧螺旋槽內(nèi)放置鋼球作為中間傳動(dòng)體，借助反向裝置元件，構(gòu)成滾珠在閉合回路中反復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)的螺旋傳動(dòng)功能部件［1］。隨著我國(guó)制造業(yè)技術(shù)水平的不斷發(fā)展提高，滾珠絲杠副已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、測(cè)量、醫(yī)療等行業(yè)。滾珠絲杠副作為先進(jìn)的傳動(dòng)功能部件，具有傳動(dòng)效率高、定位精度及重復(fù)定位精度高的優(yōu)點(diǎn)。為保證精密滾珠絲杠副的重復(fù)定位精度，要求精密滾珠絲杠副無(wú)反向間隙，因此，需要對(duì)滾珠絲杠副施加合理的軸向預(yù)加載荷來(lái)消除間隙，軸向預(yù)

72100)滾珠絲杠副傳動(dòng)是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中最常見(jiàn)的直線(xiàn)坐標(biāo)軸傳動(dòng)形式，滾珠絲杠副由于具有傳動(dòng)效率高，靈敏度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，磨損小，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)中小數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)。滾珠絲杠傳動(dòng)的精度和可靠性，一方面取決于滾珠絲杠副本身的精度和質(zhì)量，同時(shí)與其軸向固定支承端的安裝方式和機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣有直接的關(guān)系。滾珠絲杠軸端機(jī)械結(jié)構(gòu)如果設(shè)計(jì)不合理，會(huì)直接影響滾珠絲杠的傳動(dòng)精度和性能，也會(huì)對(duì)軸向固定支承端的軸承壽命帶來(lái)極大的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成軸承損壞，進(jìn)一步

10094)滾珠絲杠副廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)[1-3],進(jìn)給系統(tǒng)是各種數(shù)控設(shè)備的核心組成部分[4-5]。滾珠絲杠副剛性對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、振動(dòng)幅度有重要影響[6-7]。隨著滾珠絲杠副速度和載荷的不斷提高，其振動(dòng)問(wèn)題愈加突出，嚴(yán)重影響數(shù)控機(jī)床的定位精度，滾珠絲杠副剛度不足問(wèn)題已成為數(shù)控機(jī)床向高速化、高精度發(fā)展的主要障礙[8]。目前對(duì)滾珠絲杠副剛性的研究大多集中在滾珠絲杠副靜剛度的建模上，采用理論計(jì)算分析靜剛度的影響因素或使用有限元仿真對(duì)所建模型的

引言高速精密滾珠絲杠副是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵功能部件[1]，隨著數(shù)控機(jī)床的高速化推進(jìn)，對(duì)高速滾珠絲杠副的要求越來(lái)越高：①滾珠絲杠與滾珠螺母軸向的相對(duì)位移加速度大于或等于1g，②相對(duì)軸向位移速度大于或者等于60m/min或DN值大于或等于120000。而此高速運(yùn)行條件下絲杠溫升引起的熱變形成為制約滾珠絲杠副的關(guān)鍵因素，研究滾珠絲杠的熱變形對(duì)其定位精度的影響具有重要的意義[2]。目前，國(guó)內(nèi)在滾珠絲杠熱變形的研究主要集中在滾珠絲杠副的有限元分析和熱變形檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上

)雙螺母預(yù)緊滾珠絲杠副軸向靜剛度與扭轉(zhuǎn)變形關(guān)系研究*黃金寶，榮乾鋒，歐屹，祖莉 (南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，南京210094)為了研究扭轉(zhuǎn)變形對(duì)滾珠絲杠副軸向靜剛度影響，對(duì)雙螺母預(yù)緊滾珠絲杠副的滾珠進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，并考慮接觸角的變化，建立滾珠絲杠副扭轉(zhuǎn)變形數(shù)學(xué)模型。使用滾珠絲杠副摩擦力矩試驗(yàn)臺(tái)、靜剛度試驗(yàn)臺(tái)對(duì)雙螺母預(yù)緊滾珠絲杠副進(jìn)行摩擦力矩、靜剛度檢測(cè)。結(jié)果表明:滾珠絲杠副剛性測(cè)量中對(duì)絲杠進(jìn)行扭轉(zhuǎn)補(bǔ)償后，測(cè)量結(jié)果更加合理、準(zhǔn)確;滾珠絲杠副剛性測(cè)量中，絲杠被

192高精度滾珠絲杠最佳接觸角的分析與驗(yàn)證陳婉，王科社，宋杰，董青霞北京信息科技大學(xué)，北京，100192接觸角作為滾珠絲杠副的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)之一，對(duì)其性能有著重要影響。研究表明，接觸角越大，滾珠絲杠的承載能力越大，但過(guò)大的接觸角會(huì)加大接觸變形從而影響精度。隨著滾珠絲杠副不斷向著高速高精發(fā)展，對(duì)高精度滾珠絲杠副接觸角的研究就顯得尤為重要。結(jié)合滾珠絲杠副接觸角對(duì)絲杠轉(zhuǎn)速的影響，分析接觸角與滾珠絲杠副旋滾比及摩擦力矩的關(guān)系，總結(jié)出高精度滾珠絲杠副最佳接觸角的選取范

部剛度特性的滾珠絲杠副動(dòng)態(tài)性能研究卞真玉*，林建中，周炯(上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 200093)本文以某型號(hào)滾珠絲杠副為研究對(duì)象，通過(guò)合理簡(jiǎn)化模型，在充分考慮結(jié)合部對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響情況下，準(zhǔn)確地建立了滾珠絲杠副有限元模型，對(duì)滾珠絲杠副進(jìn)行了模態(tài)分析，并研究了結(jié)合部剛度變化及螺母在絲杠上的位置對(duì)滾珠絲杠副固有頻率的影響。結(jié)果表明：滾珠絲杠副的第一階臨界轉(zhuǎn)速高于其最高轉(zhuǎn)速，在其工作轉(zhuǎn)速內(nèi)不會(huì)發(fā)生共振；結(jié)合部采用彈性處理時(shí)更接近滾珠絲杠副的實(shí)際情況；隨

問(wèn)題的提出當(dāng)滾珠絲杠采用同步帶傳動(dòng)方式輸入動(dòng)力時(shí)，一般采用普通的滾珠絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，同步帶輪被動(dòng)輪13通過(guò)脹緊套4安裝于絲杠14的端頭，同步帶輪主動(dòng)輪9通過(guò)脹緊套7、壓蓋6安裝在進(jìn)給電動(dòng)機(jī)軸上，兩只同步帶輪通過(guò)同步帶11傳遞動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩。為了提高傳動(dòng)剛性和傳動(dòng)精度，同步帶11通過(guò)脹緊座8支緊來(lái)獲得合適的預(yù)緊力，這時(shí)滾珠絲杠一直處于懸臂支撐狀態(tài)，同步帶在傳遞動(dòng)力的同時(shí)也給滾珠絲杠帶來(lái)了不良徑向力，導(dǎo)致滾珠絲杠彎曲變形，降低滾珠絲杠的傳動(dòng)精度和使用壽命

)0 引 言滾柱絲杠按其用途可分為行星滾柱絲杠(RSM)、差動(dòng)式滾柱絲杠及循環(huán)式滾柱絲杠，其中行星滾柱絲杠具有很高的承載能力，能適應(yīng)極高的速度加速度，且具有很高的穩(wěn)定性［1］，因此在傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。行星滾柱絲杠主要由五部分組成:絲杠、滾柱、螺母、持環(huán)及齒輪，如圖1 所示。行星滾柱絲杠是把轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化為軸向運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)構(gòu)，其與行星滾珠絲杠(BSM)結(jié)構(gòu)相似，區(qū)別在于行星滾柱絲杠的載荷傳遞元件為螺紋滾柱，而非滾珠，相比于行星滾珠絲杠，行星滾柱

00102）滾珠絲杠副軸向靜剛度的建模與研究*黃露郎1，王科社1，查初亮2（1.北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院北京 100192；2.北京機(jī)床研究所，北京 100102）針對(duì)絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)軸向靜剛度，考慮兩端固定安裝絲杠彈性變形，結(jié)合滾珠絲杠國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用赫茲接觸理論，建立了兩端固定支撐雙螺母預(yù)緊滾珠絲杠的軸向靜剛度模型。然后對(duì)各個(gè)參數(shù)對(duì)模型產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明使用優(yōu)良性能的新材料，使用先進(jìn)的熱處理技術(shù)能夠增大絲杠軸向剛度，提高絲杠的綜合性能；提高絲

對(duì)實(shí)心/空心滾珠絲杠變形影響分析*韓 軍，張玲聰，李明亞（內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010）隨著機(jī)床滾珠絲杠進(jìn)給速度的提高，由滾珠絲杠軸承副摩擦產(chǎn)生的熱量傳遞到滾珠絲杠上的熱量也越多，同時(shí)由于滾珠絲杠軸承端熱變形對(duì)滾珠絲杠變形的影響也逐漸凸顯。為了研究清楚滾珠絲杠受熱變形的影響，分析軸承副摩擦生熱，并通過(guò)實(shí)例計(jì)算，運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS仿真，將計(jì)算熱流量加載到發(fā)熱部位，比較實(shí)心/空心滾珠絲杠熱變形對(duì)滾珠絲杠變形的影響，提出帶冷卻的

器+減速器+滾珠絲杠構(gòu)成的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)之間的連接，將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供的輸入扭矩傳遞到減速器或直接傳遞到滾珠絲杠軸端，最終由滾珠絲杠將軸的扭矩轉(zhuǎn)化對(duì)工作臺(tái)的推力，實(shí)現(xiàn)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為刀具和工作平臺(tái)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)在設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)，以經(jīng)驗(yàn)法和類(lèi)比法作為主要設(shè)計(jì)手段，在決定選擇單滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)還是雙滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)時(shí)，多數(shù)參照國(guó)外同類(lèi)型機(jī)床，缺乏理論依據(jù)。此外，傳統(tǒng)的滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性分析多數(shù)以單絲杠進(jìn)給系統(tǒng)為研究對(duì)象

315211滾珠絲杠是實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的重要部件，一般由絲杠、螺母、滾珠、回珠器等構(gòu)成，其傳動(dòng)具有平穩(wěn)、效率高、精度高、負(fù)載能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此在機(jī)床直線(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。然而，隨著數(shù)控機(jī)床向高精度、高速度方向的發(fā)展，使絲杠-滾珠-螺母在運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)參數(shù)變得復(fù)雜，影響到滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性［1］。Chin Chung Wei等［2］，對(duì)滾珠絲杠傳動(dòng)過(guò)程中各部件間的相對(duì)速度、摩擦力、效率、滑動(dòng)速度等進(jìn)行了分析，指出了滾珠

1005)董新國(guó)絲杠屬于細(xì)長(zhǎng)類(lèi)制件，長(zhǎng)度和直徑之比一般在15～40 左右。影響機(jī)床用絲杠精度測(cè)量誤差的主要原因有以下幾個(gè)方面。1.溫度誤差例如鋼制零件長(zhǎng)度L=1 000mm，取碳鋼的線(xiàn)膨脹系數(shù)αl=11.5×10-6m/℃時(shí)，溫度相差1℃，其全長(zhǎng)上的尺寸變化達(dá)ΔL=αlL (t-t1)=11.5×10-6×106×1=11.5μm，這樣就超過(guò)5 級(jí)絲杠所規(guī)定的全長(zhǎng)的累積誤差。因此，測(cè)量精密絲杠時(shí)要嚴(yán)格控制溫度。目前，計(jì)量室的溫度一般只能控制在 (20 ±0

一般采用緊密滾珠絲杠把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成移動(dòng)部件的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，通常有三種布局形式：一是一端固定，一端自由；二是一端固定，一端支撐；三是兩端固定，在小規(guī)格數(shù)控車(chē)床中一端固定一端支撐的這種方式被廣泛采用［1］，如圖1 所示。圖1 一端固定一端支撐的布局形式由于在設(shè)計(jì)單主軸雙刀架數(shù)控車(chē)床的時(shí)候，下刀架布局空間受限，本文采用的是絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)方式，即絲杠螺母一邊轉(zhuǎn)動(dòng)、一邊沿固定的絲杠作軸向移動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于螺母轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小、運(yùn)動(dòng)靈活,可實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)速,具有

11151)滾珠絲杠是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的主要傳動(dòng)部件，承擔(dān)機(jī)床的切削進(jìn)給，它的動(dòng)態(tài)性能直接影響整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和精度。在高速滾珠絲桿副傳動(dòng)中，由于接觸區(qū)域(絲杠和螺母與鋼珠)摩擦產(chǎn)生大量的熱，這些熱量又無(wú)法及時(shí)散發(fā)，會(huì)使?jié)L珠絲杠的溫度升高，導(dǎo)致絲杠產(chǎn)生熱延伸，使每個(gè)2π 的節(jié)距不一致，降低了熱補(bǔ)的效果;改變了工件和刀具相對(duì)原點(diǎn)的位置，影響了機(jī)床的加工精度和工件品質(zhì)一致性。因此研究滾珠絲杠的溫升和熱變形，采取措施控制溫升，對(duì)提高機(jī)床的精度有著重要意義。1 滾珠

主要功能部件就是絲杠進(jìn)給系統(tǒng)［1-3］。絲杠進(jìn)給系統(tǒng)是一種力和運(yùn)動(dòng)傳輸裝置。絲杠進(jìn)給系統(tǒng)最重要的兩個(gè)特點(diǎn)是它的定位精度和承載能力［4-6］。這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)使它適合用作機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)和高精密平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)副［7-9］。滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)已使用許多年了，但關(guān)于滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)統(tǒng)杠進(jìn)給系統(tǒng))性能參數(shù)(像軸向載荷、接觸角、滾珠個(gè)數(shù)、螺旋升角和曲率比)如何影響絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的軸向接觸剛度還沒(méi)有徹底研究清楚。1 赫茲點(diǎn)接觸理論點(diǎn)接觸的兩個(gè)物體，在載荷Q的作用下，接觸點(diǎn)將擴(kuò)

技術(shù)裝備中，滾珠絲杠仍然是進(jìn)給系統(tǒng)的重要功能部件。滾珠絲杠傳動(dòng)是通過(guò)滾珠在螺母和絲杠之間順著滾道的循環(huán)滾動(dòng)，驅(qū)使螺母和絲杠發(fā)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在機(jī)械傳動(dòng)中，螺母和絲杠必然有一個(gè)部件是固定不旋轉(zhuǎn)的。因此結(jié)構(gòu)上可設(shè)計(jì)為以絲杠旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，也可設(shè)計(jì)成以螺母旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械執(zhí)行部件進(jìn)給。傳統(tǒng)的“絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)－螺母移動(dòng)”型滾珠絲杠副在水平安裝時(shí)，由于滾珠絲杠副旋轉(zhuǎn)慣性力大，致使能耗加大、振動(dòng)嚴(yán)重。而且由于長(zhǎng)絲杠撓度變形大，高速旋轉(zhuǎn)的絲杠更加容易發(fā)生橫向振動(dòng)。細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的絲杠本身

朱繼生行星滾柱絲杠副是一種將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。與滾珠絲杠副的傳動(dòng)方式類(lèi)似，不同點(diǎn)在于：在滾珠絲杠副中，載荷通過(guò)安裝在螺紋滾道中的鋼球從螺母?jìng)鬟f到絲杠上，載荷的大小主要取決于鋼球的大小和接觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)。而行星滾柱絲杠副的載荷傳遞元件為螺紋滾柱，滾柱能加工出較大曲率半徑的圓弧凸齒形。每個(gè)螺母中一般包含9～13個(gè)螺紋滾柱，并且所有的滾柱都參與工作，接觸點(diǎn)眾多，因此承載力和剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于滾珠絲杠副。在需要高承載的應(yīng)用場(chǎng)合，與液壓傳動(dòng)相比，行星滾柱絲杠

數(shù)控機(jī)床中，滾珠絲杠副是伺服進(jìn)給系統(tǒng)中最關(guān)鍵的傳動(dòng)部件，決定了機(jī)床的精度和壽命。在運(yùn)行過(guò)程中，由于螺母對(duì)絲杠的作用，絲杠容易產(chǎn)生較大變形，而隨著滾珠與絲杠表面的摩擦，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，最后失效。導(dǎo)致絲杠失效的主要原因是應(yīng)力過(guò)大、加工問(wèn)題、材料缺陷和安裝誤差等，其中絲杠內(nèi)部應(yīng)力過(guò)大起了主導(dǎo)作用。因此，切合實(shí)際的分析和計(jì)算滾珠絲杠內(nèi)部的應(yīng)力及其分布狀況對(duì)提高滾珠絲杠的承載能力具有重要意義。1 建立滾珠絲杠有限元前處理模型首先建立滾珠絲杠的有限元分析模型。獲得分析

003）現(xiàn)有梯形絲杠與絲杠螺母的配合精度主要依靠絲杠和絲杠螺母的加工精度。但在加工中，絲杠的加工較絲杠螺母簡(jiǎn)單，主要以先車(chē)削后磨削的工藝過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn);而絲杠螺母為內(nèi)螺紋牙，一般采用先車(chē)（或鏜孔）后研合的工藝過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)法采用磨削處理，很難得到很好的研合度——在實(shí)際生產(chǎn)中一般只能達(dá)到40%左右的研合度，且加工和研合完后的絲杠和絲杠螺母會(huì)產(chǎn)生較大的傳動(dòng)間隙，會(huì)形成較大的回程誤差（即反向間隙）。在傳動(dòng)過(guò)程中絲杠與絲杠螺母也很難實(shí)現(xiàn)較好的同軸度，這就致使絲杠和絲杠

泛應(yīng)用，我國(guó)滾珠絲杠的發(fā)展正在不斷走向高速、高精、低碳的新時(shí)代［1］。大導(dǎo)程滾珠絲杠成為高速化的重要途徑之一，作為機(jī)床的關(guān)鍵功能部件，高速化的同時(shí)必須保證加工精度。滾珠絲杠副的軸向剛度是定位精度的重要影響因素，尤其是在機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)中，滾珠絲杠副的軸向剛度是比較薄弱的環(huán)節(jié)［2］，因此對(duì)高速滾珠絲杠副軸向剛度的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)雙螺母預(yù)緊結(jié)構(gòu)的KD4020－3型的滾珠絲杠副進(jìn)行了研究，提出了不同因素對(duì)有預(yù)緊的滾珠絲杠副軸向剛度的影響，其結(jié)論

進(jìn)給傳動(dòng)采用滾珠絲杠很普遍。當(dāng)進(jìn)給軸的行程超過(guò)5.5 m時(shí)，滾珠絲杠的兩端軸承座之間的跨距將超過(guò)6 m，屬于長(zhǎng)跨距滾珠絲杠。此時(shí)滾珠絲杠由于自重產(chǎn)生的下垂變形會(huì)很大，導(dǎo)致滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)，增大運(yùn)動(dòng)噪聲、縮短支撐軸承和滾珠絲杠本身的使用壽命、降低機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度以及機(jī)床的加工精度。因此，必須設(shè)法消除滾珠絲杠自重變形的影響。加大滾珠絲杠的直徑以及加大絲杠預(yù)拉伸的力度固然可以解決滾珠絲杠的自重產(chǎn)生的變形問(wèn)題和旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)問(wèn)題，但同時(shí)帶來(lái)的問(wèn)題是，加大滾珠絲

大立羅副市長(zhǎng)要來(lái)絲杠車(chē)間視察。絲杠車(chē)間主任想，這個(gè)羅副市長(zhǎng)是不是又沖絲杠大王來(lái)的？要是，那可是個(gè)麻煩事。他的腳不由自主地朝絲杠大王的工位走去，見(jiàn)對(duì)方正在絲杠上使千分尺，就湊到跟前說(shuō)，副市長(zhǎng)要來(lái)車(chē)間視察，可能要來(lái)你的工位。絲杠大王頭也不抬地說(shuō)，你不會(huì)是來(lái)通知我搞衛(wèi)生的吧？我可沒(méi)那個(gè)閑。主任遞給絲杠大王一支煙，給他點(diǎn)火，說(shuō)，你知道這個(gè)副市長(zhǎng)姓啥嗎？絲杠大王還是頭也不抬，說(shuō)，跟天子一姓跟我又有啥關(guān)系？主任笑嘻嘻地說(shuō)，他雖然不跟天子一姓，可是姓羅……絲杠大王像被蜂

30223)滾珠絲杠副是數(shù)控機(jī)床和加工中心的關(guān)鍵部件，起到精密傳動(dòng)和定位的作用。隨著數(shù)控機(jī)床向高速高精方向的發(fā)展對(duì)滾珠絲杠的精度提出了更高的要求。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床加工過(guò)程中影響加工精度的因素有機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差、溫度變化引起的誤差、安裝誤差、操作者人為誤差等。其中，溫度引起的熱變形誤差是最大的，也是較難控制的，成為制約滾珠絲杠副高速化的關(guān)鍵因素。研究滾珠絲杠的溫升及熱變形規(guī)律對(duì)提高機(jī)床的加工精度具有重要意義。滾珠絲杠螺母副由于處于進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的末級(jí)，它的傳動(dòng)誤

10043）滾珠絲杠副在大重型機(jī)床上的應(yīng)用孫玉民（中捷機(jī)床有限公司技術(shù)部，遼寧沈陽(yáng) 110043）滾珠絲杠副是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的關(guān)鍵傳動(dòng)元件。隨著數(shù)控機(jī)床向高速化、高精度化的大重型方向發(fā)展，高速、高精、大導(dǎo)程重載滾珠絲杠副應(yīng)運(yùn)而生，服務(wù)于我國(guó)機(jī)械制造業(yè)。由于滾珠絲杠副具有定位精度好、剛度高、摩擦系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大型數(shù)控機(jī)床的直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)，替代齒輪齒條傳動(dòng)。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，大型設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其中大規(guī)格重型數(shù)控落地式鏜銑床是一個(gè)重要的組成部

1)0 引言滾珠絲杠螺母副作為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要功能部件，對(duì)于數(shù)控機(jī)床向高速化方向發(fā)展起著非常重要的作用。但是滾珠絲杠在高速下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將會(huì)導(dǎo)致絲杠溫度的上升，使其產(chǎn)生軸向熱位移，直接導(dǎo)致機(jī)床進(jìn)給軸的定位精度下降。目前對(duì)于高速滾珠絲杠副多采用空心滾珠絲杠副強(qiáng)制冷卻、滾珠絲杠副螺母和支承軸承冷卻、預(yù)壓轉(zhuǎn)換滾珠絲杠副、實(shí)時(shí)補(bǔ)償熱變形等先進(jìn)技術(shù)來(lái)取得較好的溫升效果，最大限度抑制滾珠絲杠的熱位移［1］。其中抑制熱變形最有效的方式是對(duì)滾珠絲杠副進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)

116024滾珠絲杠副非協(xié)調(diào)性接觸特性研究王福吉 陽(yáng)江源 賈振元 王 威 盧曉紅大連理工大學(xué)精密與特種加工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大連，116024滾珠絲杠副中滾珠與絲杠滾道和螺母滾道的接觸是一種典型的非協(xié)調(diào)性接觸，這種接觸的特性對(duì)滾珠絲杠副的承載能力、傳動(dòng)效率和定位精度等都有著重要的影響。為此，采用Hertz接觸理論建立了滾珠絲杠副軸向接觸剛度的求解公式，然后從滾珠絲杠副軸向負(fù)載、設(shè)計(jì)參數(shù)和材料屬性等方面分析了滾珠絲杠副的接觸特性，最后運(yùn)用有限元分析軟件ANS

床垂直主軸箱走刀絲杠潤(rùn)滑方式的改進(jìn)李祥貴（重慶大江工業(yè)集團(tuán)汽車(chē)零部件公司，重慶 401321）針對(duì)機(jī)床垂直主軸箱走刀絲杠用螺母使用壽命短的問(wèn)題，從潤(rùn)滑技術(shù)的角度改進(jìn)設(shè)計(jì)了螺母的結(jié)構(gòu)，達(dá)到延長(zhǎng)螺母使用壽命、減少停機(jī)頻次的目的。螺母 壽命 潤(rùn)滑 設(shè)計(jì)X209龍門(mén)銑床的垂直主軸箱走刀絲杠原潤(rùn)滑方式采用的是滴油潤(rùn)滑。該方式對(duì)經(jīng)常有走刀運(yùn)動(dòng)的絲杠副潤(rùn)滑很不充分，生產(chǎn)中不時(shí)會(huì)出現(xiàn)絲杠副的螺母嚴(yán)重磨損甚至報(bào)廢。因而需新制螺母再裝配到絲杠上，這樣不可避免地會(huì)中斷生產(chǎn)。采用