絲桿基礎(chǔ)知識(shí)

1、滾珠絲杠基礎(chǔ)知識(shí)（上）滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展,這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小 的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精 密儀器。滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件,其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng), 逆性和高效率的特點(diǎn)。滾珠絲杠的特點(diǎn)：1、與滑動(dòng)絲或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可1=杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3由于滾珠絲杠副的絲杠軸與 絲母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的 運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3 以下，即達(dá)到同

2、樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。2、高精度的保證滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生 產(chǎn)出來(lái)的,特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對(duì)溫度濕度進(jìn)行了 嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。3、微進(jìn)給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn) 滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。4、無(wú)側(cè)隙、剛性高滾珠絲杠副可以加予壓，由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù) 值,進(jìn)而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等 時(shí)，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng)）。5、高速進(jìn)給可能滾珠絲杠由于

3、運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給 （運(yùn)動(dòng)）。1滾珠絲杠公稱直徑與公稱導(dǎo)程組合、制造范圍3滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型、 編號(hào)方法5滾珠絲杠副的精度5.1精密等級(jí)根據(jù)使用范圍及要求將滾珠絲杠副分 為定位滾珠絲杠幅(P)傳動(dòng)滾珠絲杠副(T),精度分為七個(gè)等級(jí)，即1、2、3、4、5、6、7、10級(jí)，1級(jí)精度最高，依次降低。5.2行程偏差和行程變動(dòng)量根據(jù)滾珠絲杠副 類型按下表檢驗(yàn)5.2.1有效行程內(nèi)的行程偏差ep與行程變動(dòng)量VUP:有效行程是 有精度要求的行程長(zhǎng)度LU Lu=Lx+2La+LnLa安全行程La=(1-2)ph Lx機(jī)械最大行 程Ln螺母的長(zhǎng)度ph公稱導(dǎo)程E1-E2按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T178

4、57.3-1998,一滾珠絲杠副 的驗(yàn)收條件和驗(yàn)收檢驗(yàn)II。見附表1。5.2.2 300mm行程內(nèi)與2n弧度行程內(nèi)行程變動(dòng)量V300P與V2 n p E3-E4按國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17857.3-1998,-滾珠絲杠副的驗(yàn)收條件和驗(yàn)收檢驗(yàn)II。見附表1續(xù)。 5.2.3余程Le余程是沒有精度要求的行程長(zhǎng)度。余程表6 6行程補(bǔ)償值C 6.1 滾珠絲杠的熱變形將導(dǎo)致長(zhǎng)度、定位精度變化，熱變形可由下式給 出：0 t=a *At*Lu (公式 1) a -熱膨脹系數(shù)(12.0*10-6) At -溫升(一般取 2-4C) Lu-有效行程(Lu=Lx+2La+Ln)或Lu=L1-2Le L1-螺紋全長(zhǎng)Le

5、-余程Le見表6 6.2目 標(biāo)行程Phs為了補(bǔ)償由于熱膨脹或彈性變形引起的絲杠長(zhǎng)度變化，將滾珠絲杠的導(dǎo) 程制造得稍大于或小于公稱導(dǎo)程，著根據(jù)實(shí)際需要提出得含有方向目標(biāo)要求的導(dǎo)程 叫目標(biāo)導(dǎo)程。目標(biāo)導(dǎo)程乘以絲杠上的有效圈數(shù)叫目標(biāo)行程。6.3目標(biāo)偏差C目標(biāo) 行程和公稱行程之差叫行程偏差C,為了補(bǔ)償熱變形的影響，行程偏差C=6 t(6 t見 公式1)并為負(fù)值。6.4絲杠的預(yù)拉伸力規(guī)定了行程偏差C的滾珠絲杠副，在采用固定-固定安裝方 式時(shí)，還可以采用絲杠預(yù)拉伸的方法來(lái)進(jìn)一步補(bǔ)償熱變形，預(yù)拉伸力Ft: Ft=6 t*A*E/ Lu=a *At*E*(n d22/4)(公式 2) E-彈性模量 2.1X10

6、5Mpa(即 2.1X105N/mm2) d2-絲杠底徑(mm) At-溫升(一般取2-4C) 7基本額定載荷及壽 命7.1軸向基本額定靜載荷Coa滾珠絲杠副在承受最大接觸應(yīng)力處產(chǎn)生不大于 0.0001倍的鋼球直徑的永久變形時(shí)，所能承受的最大軸向載荷。7.2軸向基本額定載荷Ca: 一組（相當(dāng)數(shù)量）相同參數(shù)的滾珠絲杠副，在相同的條件下，運(yùn)轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn) 時(shí),90%的滾珠絲杠副的螺紋滾道的表面或鋼球的表面不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕所能承受的最 大軸向載荷。Coa和Ca在樣本中已經(jīng)給出，可以查找選用7.3預(yù)期壽命Lh -用預(yù) 期運(yùn)行時(shí)間表示（h） Ls -用預(yù)期運(yùn)行距離表示（km）直徑偏大，而不經(jīng)濟(jì)。故通常 推薦L

7、h按表7選擇。7.4滾珠絲杠副的當(dāng)量載荷Fm及當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm:滾珠絲杠副在 轉(zhuǎn)速n1 n2ni條件下，工作時(shí)間分別是t1t2ti所受載荷分別是F1 F2Fi。（單位:N）（公式 3）（單位:r/min）（公式 4） 7.5額定動(dòng)載荷下限值的Cam計(jì)算:滾珠絲杠副在當(dāng)量載荷Fm及當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm條 件下運(yùn)轉(zhuǎn),達(dá)到預(yù)期壽命Lh或Ls時(shí)所能承受的最大軸向載荷Cam,設(shè)計(jì)時(shí)選用滾珠 絲杠副的CaNCam 7.5.1按滾珠絲杠副的預(yù)期工作時(shí)間Lh計(jì)算：（N）（公式5） 7.5.1或按滾珠絲杠副的預(yù)期運(yùn) 行距離Ls計(jì)算：（N）（公式6） fa為精度系數(shù),根據(jù)預(yù)定的精度按表8選取:fw為 載荷系數(shù)，按表9選取:7

8、.6額定靜載荷下限值Coam計(jì)算:CoaNCoam=fsFmax（公式 7） Fs安全系數(shù)。一般為1.2-2,有沖擊、震動(dòng)的運(yùn)動(dòng)1.5-3 Fmax是外加在滾珠絲 杠副上的最大軸向載荷8滾珠絲杠副安裝部位的形位公差圖2 E5-E11見國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T17857.3-1998,一滾珠絲杠副的驗(yàn)收條件和驗(yàn)收檢驗(yàn)II。見附表2。9滾珠絲 杠副的預(yù)緊與軸向接觸剛性9.1預(yù)緊的目的預(yù)緊就是在滾珠絲杠副內(nèi)，預(yù)先施加軸 向載荷Fp。圖3是外加軸向載荷Fa和滾珠之間軸向彈性變形6的關(guān)系曲線，曲線 1為無(wú)預(yù)緊狀態(tài)，曲線2為有預(yù)緊狀態(tài),Fp是相當(dāng)于預(yù)緊力大小的外加軸向載荷。表 10是有或無(wú)預(yù)緊的情況下，滾珠絲杠

9、副在承受不同的外加軸向載荷Fa時(shí)，滾道與滾 珠之間軸向彈性變形6。由表10可見預(yù)緊的目的時(shí)，消除滾珠絲杠副的軸向間隙， 提高滾珠絲杠副的軸向接觸剛性K,并且在外加軸向載荷小于3倍預(yù)緊力的情況下， 軸向剛性K是常數(shù)（但Fa3Fp后，予壓消失）圖3 9.2預(yù)緊的方式9.3滾珠絲杠副 的軸向接觸剛性K樣本上給出的剛度值僅考慮滾道與滾珠之間的軸向變形，不考慮 螺母本身及絲杠本身的變形。9.3.1不預(yù)緊的滾珠絲杠副的軸向接觸剛性Ka由于 其軸向剛性是隨外加軸向載荷Fa增大而增大的，所以樣本中規(guī)定不預(yù)緊的滾珠絲 杠副軸向接觸剛性,是外加軸向載荷等于0.3Ca時(shí)的軸向接觸剛性值，當(dāng)實(shí)際施加的 外加載荷Fa不

10、等于0.3Ca時(shí),對(duì)應(yīng)的軸向接觸剛度Ka按下式計(jì)算:Ka=KFa/0.3Ca1/3 (N/p m)(公式8) K-樣本上的剛度值(N/ m) Ca-樣本上 的額定載荷(N) Fa-實(shí)際工作施加的動(dòng)載荷(N) 9.3.2預(yù)緊滾珠絲杠副的軸向接觸 剛性Ka Ka隨著預(yù)緊力Fp的增大而增大，在滾珠絲杠副承受最大軸向載荷 FmaxW3Fp范圍內(nèi)Ka是一個(gè)常數(shù)，但預(yù)緊力Fp太大，會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱量增加，壽命減 少。所以預(yù)緊力Fp按Fp=Fmax/3選取,并大致符合表12要求，當(dāng)Fmax不知道時(shí)，推 薦按表12選用。樣本中預(yù)緊滾珠絲杠副的軸向接觸剛度K按預(yù)緊力Fp=0.1Ca給出 (增大滾珠直徑預(yù)緊按Fp=0.

11、05Ca給出)，當(dāng)預(yù)緊力Fp不是樣本上的數(shù)值時(shí),Ka也與 樣本上的數(shù)值不同。此時(shí)Ka可按下式計(jì)算Ka=KFp/s Ca1/3 (公式9) =0.1(增 大滾珠直徑預(yù)緊時(shí) =0.05) Fp-滾珠絲杠副的預(yù)緊力(N) Ca-樣本上的額定動(dòng)載荷 (N) 10滾珠絲杠副的轉(zhuǎn)矩10.1理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tpo:有預(yù)加載荷的滾珠絲杠副， 在沒有外加載荷的情況下,絲杠與螺母相對(duì)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所需力矩(不包含螺母兩端密封 件的摩擦力矩)Tpo=10-3*(Fp*Ph/2n )*(1-q 2)/q (N*m)(公式 10) Fp-軸向 預(yù)加載荷(N) Ph-導(dǎo)程(mm) n -傳動(dòng)效率精度:1.2級(jí)取q =0.95,

12、3.4級(jí)取n =0.9,5.7.10級(jí)取n =0.85 10.2最大動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tpmax:絲杠與螺母相對(duì)連續(xù) 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際動(dòng)態(tài)預(yù)緊矩以理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩為中心上下波動(dòng)，允許的波動(dòng)范圍 Tp稱動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩公差, Tp見國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17857.3-1998,一滾珠絲杠副的驗(yàn) 收條件和驗(yàn)收檢驗(yàn)II。見附表2續(xù)E120Tpmax=TpoX(1+A Tp)(N*m)(公式11) 10.3正傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)稱正傳動(dòng)。Ta=10-3*FaPh/2n q 1(N*m)(公式12) Ta-加在滾珠絲杠副上的驅(qū)動(dòng)力矩q 1-正傳動(dòng)效率 Fa-滾珠絲杠副承受的軸向載荷(N) 10.4逆?zhèn)鲃?dòng)轉(zhuǎn)矩將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)稱 為逆?zhèn)鲃?dòng)。Tb=10-3* FaPh*q 2/2n (N*m)(公式13)