1、文獻(xiàn)綜述 隨著機(jī)床加工精度越來越高，滾珠絲杠副以其許多獨特的優(yōu)點，越來越多出現(xiàn)在有較高精度的機(jī)床上。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)如圖2-1所示，絲杠1和螺母2都具有圓弧形螺旋槽，合起來形成螺旋線滾道，連續(xù)裝入若干（一般小于150個）等直徑的滾珠3.當(dāng)絲杠與螺母傳動時，滾珠便沿螺旋槽滾動，數(shù)圈后經(jīng)由回程引導(dǎo)裝置，重新回到絲杠與螺母之間，形成一個閉合的循環(huán)回路6。一般滾珠絲杠副根據(jù)螺母的數(shù)量可以分為單螺母滾珠絲杠結(jié)構(gòu)和雙螺母滾珠絲杠結(jié)構(gòu)如圖2-2。 圖2-1 滾珠絲杠單螺母結(jié)構(gòu) 1.絲杠 2.螺母 3.滾珠圖2-2滾珠絲杠雙螺母結(jié)構(gòu)滾珠絲杠螺母副的特點它是一種新的滾動摩擦傳動機(jī)構(gòu)，與滑動絲杠螺母機(jī)構(gòu)相比具有以

2、下特點： 1.傳動效率高，摩擦損失小 滾珠絲杠螺母傳動效率=h92%96% ，比滑動絲杠螺母的=h20%40%提高24倍，而消耗的功率僅為滑動絲杠螺母的1/41/3 2.動作靈敏無爬行現(xiàn)象 滾動摩擦的啟動阻力很小（幾乎與運動速度完全無關(guān)），運動平穩(wěn)、動作靈敏，在低速下能均勻運動且不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，特別適于位移速度較低的高精度傳動。 3.精度保持性好 滾動摩擦的磨損小，壽命長在長期運轉(zhuǎn)中能保持較好的精度 4.經(jīng)適當(dāng)預(yù)緊能實現(xiàn)無間隙傳動 采用雙螺母加預(yù)緊力控制彈性變形，經(jīng)調(diào)整后能基本上消除軸向間隙，提高軸向精度，在無間隙和過盈下能正常運轉(zhuǎn)，并具有較高的定位精度和位移精度。機(jī)床上采用滾珠絲杠螺母傳動

3、，是一種精密而又省力的運動轉(zhuǎn)換裝置。滾珠絲杠螺母傳動的結(jié)構(gòu) 滾珠絲杠螺母在結(jié)構(gòu)上形式很多，主要分兩大類：1. 外循環(huán)如圖2-3所示，滾珠在循環(huán)回路中與絲杠脫離接觸的結(jié)構(gòu)形式稱為外循環(huán)式。在螺母2上，相隔2.5-3.5個圈數(shù)螺旋槽上鉆出兩孔與螺旋槽相切，作為滾珠的進(jìn)口和出口。在螺母的外圓表面上銑出螺旋槽（螺旋方向與螺母旋線方向相反）溝通兩孔，以構(gòu)成循環(huán)回路。在螺母的進(jìn)出口處各裝上一個直徑與滾珠直徑相同呈螺旋狀的擋珠器4，再銅焊上一段螺栓6，用螺帽5固定在螺母的螺旋槽內(nèi)。擋珠器4的一端修磨成圓弧形，與螺母上的切口相銜接。當(dāng)滾珠3滾到出口即被擋珠器4爪端擋住而引入回程道；當(dāng)滾珠3由回程道滾到出口處則

4、被另一個擋珠器的爪端順利地引入螺旋槽中。這種結(jié)構(gòu)由于回程道的制造簡單，轉(zhuǎn)折較平緩、順利而便于滾珠返回，目前在各種機(jī)床應(yīng)用廣泛，常制成單列或雙列的回程道結(jié)構(gòu)形式。 圖2-3 滾珠絲杠螺母外循環(huán)結(jié)構(gòu) 1.絲杠 2.螺母 3.滾珠 4.反向器2.內(nèi)循環(huán) 如圖2-4所示，滾珠在循環(huán)回路中與絲杠始終保持接觸的結(jié)構(gòu)形式稱為內(nèi)循環(huán)式。在螺母外側(cè)孔中裝一個接通相鄰兩滾道的反向器3 ，利用平鍵和外圓柱定位，借助于反向器迫使?jié)L珠翻越過絲杠的牙頂而進(jìn)入相鄰滾道，實現(xiàn)循環(huán)。一般在一個螺母上采用三個反向器，沿螺母圓周相互錯開120。這種結(jié)構(gòu)由于一個循環(huán)只有一圈滾珠，因而具有回路短，工作滾珠數(shù)目少，流暢性好，摩擦損失少，

5、傳動效率高，徑向尺寸緊湊，軸向剛度好，承截能力較大等優(yōu)點。缺點是反向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜使得加工困難。需要在專門機(jī)床上加工。圖2-4內(nèi)循環(huán)式結(jié)構(gòu) 1.滾珠絲杠 2.螺母 3.滾珠 4.反向器單螺母滾珠絲杠的預(yù)緊方式 單螺母滾珠絲杠的預(yù)緊方式是通過采用變位導(dǎo)程的結(jié)構(gòu)形式而得以進(jìn)行的，其工作原理如圖2-5所示，是在滾珠螺母體內(nèi)得兩列循環(huán)滾體鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個的軸向突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位以實現(xiàn)預(yù)緊。預(yù)緊力的大小取決于和單列滾珠的徑向間隙。這種結(jié)構(gòu)形式除了具有消除傳動間隙、軸向剛度高、工作壽命長及運動平穩(wěn)等優(yōu)點外，還具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低的優(yōu)點。在變位導(dǎo)程預(yù)緊中，接觸角影響絲杠的軸向

6、剛度、承載能力、空轉(zhuǎn)力矩和傳動效率。接觸角越大，滾珠絲杠的承載能力和軸向剛度越大。接觸角小時，絲杠能承受的軸向力變小，在同樣的負(fù)荷作用下，會使得徑向力增大，降低絲杠的使用壽命。圖2-5 單螺母滾珠絲杠的預(yù)緊示意圖 雙螺母結(jié)構(gòu)的預(yù)緊方式 對于雙螺母結(jié)構(gòu)，預(yù)緊力的施加是通過調(diào)整兩個螺母之間的軸向位置，使兩螺母中的滾珠在承受工作載荷錢，分別與絲杠滾道的兩個不同側(cè)面接觸，只使?jié)L珠和滾道圓弧面間產(chǎn)生一定得接觸壓力，得到一定得預(yù)變性。通過產(chǎn)生預(yù)變性，就可以達(dá)到消除軸向間隙，提高滾珠絲杠副的軸向剛度的目的，如圖2-6所示，圖中Fp，為預(yù)緊力，F(xiàn)為軸向工作載荷，b為接觸角。目前，按照使兩個螺母產(chǎn)生軸向位置變化

7、方法的不同，有多種調(diào)整預(yù)緊方式，如墊片調(diào)整式、螺紋調(diào)整式、齒差調(diào)整式、彈簧調(diào)整式，其中比較典型的是墊片調(diào)整式，如圖2-7所示，圖中Fp為預(yù)緊力，F(xiàn)A、FB分別為A、B螺母的總軸向力。墊片調(diào)整式是采用最多的預(yù)緊方式。其工作原理是通過改變墊片的厚薄來改變兩個螺母之間的軸向距離，以實現(xiàn)調(diào)整軸向間隙和達(dá)到預(yù)緊的目的。這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、可靠性好。它的缺點是精確調(diào)整比較困難，而且，當(dāng)滾道和滾珠有磨損時，不能隨時消除間隙。 對于不同形式的滾珠絲杠副，為防止預(yù)緊后出現(xiàn)間隙，須選定可靠的預(yù)緊力據(jù)分析，可靠的預(yù)緊力應(yīng)選為最大軸向工作載荷的1/3。只有準(zhǔn)確地計算出滾珠絲杠所能承受的最大軸向工作載荷，

8、才能合理地確定預(yù)緊力的大小。在此可以看出軸向外載荷的作用也是不容忽視的。當(dāng)軸向外載荷很小，滾珠絲杠的剛度主要由預(yù)緊力決定的，而當(dāng)軸向外載荷很大時，滾珠絲杠的剛度則主要取決于軸向外載荷。因此，在給滾珠絲杠副施加預(yù)緊力時要，充分考慮軸向外載荷的影響。圖2-6 雙螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊示意圖 1.工作螺母 2.絲杠 3.預(yù)緊螺母 4.滾珠滾珠絲杠副的預(yù)緊力檢測 隨著機(jī)床工業(yè)的發(fā)展, 特別是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的發(fā)展和精度的提高都對滾珠絲杠副在精度、性能、可靠性等方面提出了更高的要求。對滾珠絲杠副進(jìn)行預(yù)緊不但可以提高滾珠絲杠副傳動精度、穩(wěn)定性，而且可以增加滾珠絲杠副的使用壽命。動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩極限偏差則是滾珠絲杠副的重要指

9、標(biāo)之一，在貫徹標(biāo)準(zhǔn)中動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的測量是必不可少的項目。 以往的滾珠絲杠副動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的檢驗方法如圖3-1。有預(yù)加載荷的滾珠絲杠副經(jīng)跑合清洗干凈后, 安裝在轉(zhuǎn)矩儀上測量。測量時卡緊絲杠, 并使絲杠轉(zhuǎn)動, 螺母移動。測力傳感器與螺母連接, 接收阻止螺母轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩信號。此時螺母與絲杠的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩以力F的信號傳至電器箱，并通過轉(zhuǎn)矩儀將力的大小轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，同時乘以力臂因數(shù)即可得到所測量的預(yù)緊力矩。圖3-1 滾珠絲杠動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩測量方法示意 1.測力傳感器 2.測力桿 3.絲杠 4.螺母參考文獻(xiàn)1張志強;滾珠絲杠摩擦力矩動態(tài)檢測系統(tǒng)的研制D;廈門大學(xué);2014年2韓新健;高速滾珠絲杠副摩擦性能分析及實驗

10、研究D;蘭州理工大學(xué);2011年3張剛;滾珠絲杠副摩擦力矩測量儀研制及其實驗分析D;山東大學(xué);2007年4(日)NSK.BallScrewswithLowInertiaRotatableNut.NSKTechnicalJournal，2001，(671)5黃育全.愈忠志.我國滾珠絲杠副發(fā)展歷程及未來趨勢J，MC現(xiàn)代零部件，2004，(10)：57-626謝應(yīng)善.滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)和調(diào)整方法J，機(jī)械工人，2003，(5)：19-237孔慶令.外循環(huán)滾珠絲杠副的幾點改進(jìn)J，機(jī)械制造，2007(5)：134-1368彭福田.內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副反向器理想軌跡的設(shè)計J，機(jī)械制造，1999，(9)：8-129唐利平.滾珠絲杠副誤差補償及故障診斷J，中國科技信息，2006，(23)：75-7610劉曉慧.宋現(xiàn)春.滾珠絲杠副摩擦力矩影響因素及測試方法研究J，工具技術(shù)，2006年06期11劉建素.孫健利.楊克沖.影響滾動直線導(dǎo)軌副摩擦力的因素J，制造技術(shù)與機(jī)床，1995，(3)：26-2812初永坤.李益民.白綏濱.精密滾珠絲杠螺母副預(yù)緊的方法J，機(jī)械工藝師，1996，(9)：13-1713WangZH.ZhuWG.YaoX.TypeInplaneBendingMultiLayerPiezoelectricMicroactuators-ADesignConceptanditsApp