早在19世纪末就发明了滚珠

丝杠

1 滚珠丝杠副的种类

由于滚珠丝杠副的使用不断普及，使用领域不断扩大，对滚珠丝杠副的要求也越来越多，普通规格的滚珠丝杠副已远远满足不了使用要求，如航天航空领域、小型精密测试装置、电子仪器以及半导体装置等基本上都需要公称直径d0≤12mm，导程Ph=0.5～2.5 mm的微型滚珠丝杠副。日本NSK公司已开发出公称直径d0=4mm，导程Ph=0.5mm的世界最小导程微型滚珠丝杠副。半导体插件装置、小型机器人等需要微型大导程滚珠丝杠副，以满足高速驱动要求。

随着机械产品向高速、高效、自动化方向发展，工业机器人、数控锻压机械、加工中心以及机电一体化自动机械等，其进给驱动速度不断提高，大导程滚珠丝杠副的出现，满足了高速化的要求。日本NSK公司已开发出公称直径×导程为：15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm×80mm超大导程滚珠丝杠副，快速进给速度达180m/min。

滚珠丝杠副按照常规分类。

现国内外文献上对滚珠丝杠副还没有统一的分类，但各国一般是按以下原则进行分类的，普通滚珠丝杠副一般指公称直径d0=16～100mm，导程Ph=4～20mm，螺旋升角φ＜9°。

微型滚珠丝杠副指公称直径d0≤12mm的滚珠丝杠副。对于导程Ph≤3mm的滚珠丝杠副称为微型小导程滚珠丝杠副，螺旋升角φ＞9°的滚珠丝杠副称为微型大导程滚珠丝杠副。

大导程滚珠丝杠副指公称直径d0≥16mm，螺旋升角17°≥φ＞9°或导程d0≤Ph≤d0的滚珠丝杠副，对于螺旋升角φ＞17°称为超大导程滚珠丝杠副。

重型滚珠丝杠副指公称直径d0≥125mm的滚珠丝杠副。

2 滚珠丝杠副结构

滚珠丝杠副的结构传统分为内循环结构(以圆形反向器和椭圆形反向器为代表)和外循环结构(以插管为代表)两种。这两种结构也是最常用的结构。这两种结构性能没有本质区别，只是内循环结构安装连接尺寸小；外循环结构安装连接尺寸大。目前，滚珠丝杠副的结构已有10多种，但比较常用的主要有(图2，附表)：内循环结构；外循环结构；端盖结构；盖板结构。
图2 滚珠丝杠副主要结构

内循环结构反向器的形状有多种多样，但是，常用的外形就是圆形和椭圆形。由于圆形滚珠反向通道较短，因此，在流畅性上不如椭圆形结构。现在，最好的反向器结构为椭圆形内通道结构，由于滚珠反向不通过丝杠齿顶，类似外循环结构，因此，消除了丝杠齿顶倒角误差给滚珠反向带来的影响。但由于制造工艺较复杂，影响了这种结构的推广。

附表 滚珠丝杠副结构特点比较

3 滚珠丝杠副精度

过去，为了获得高的定位精度，主要通过提高滚珠丝杠副本身的精度来实现，因此，对滚珠丝杠的导程累积误差要求很高，给滚珠丝杠副的制造带来困难，使滚珠丝杠副的生产成本加大。特别是高精度滚珠丝杠副，只有通过数控螺纹磨床或激光反馈螺纹磨床加工才能达到。随着科学技术的不断发展，人们掌握了数控补偿技术，因而，不需要很高精度的滚珠丝杠副，也能获得高的定位精度。为了适应数控补偿技术的要求，国际标准ISO3408-3-1992以及部颁标准JB3162.2-92都对滚珠丝杠副的行程变动量作了要求，如有效行程内行程变动量、任意300mm行程内行程变动量、2π弧度内行程变动量。其目的就是要控制滚珠丝杠副行程误差的直线性，也即滚珠丝杠副行程误差线性化。为数控误差补偿创造条件。

4 滚珠丝杠副性能

随着科学技术的不断发展，人们对滚珠丝杠副的要求也越来越高，为了使机械产品能实现高的定位精度且能平稳运行，这就要求滚珠丝杠副不但有高的精度，而且运转平稳，无阻滞现象。滚珠丝杠副运转是否平稳，主要取决于滚珠丝杠副预紧转矩的变动量，不同转速下滚珠丝杠副的滚珠链运动的流畅性不同，因此，滚珠丝杠副的预紧转矩也不相同。国际标准ISO3408－3－1992以及部颁标准JB3162.2－92规定了在转速为100r/min时，滚珠丝杠副预紧转矩的允差。

由于存在加工误差，如：滚珠丝杠中径尺寸全长不一致，丝杠、螺母的导程误差，丝杠与螺母的滚道齿形误差以及螺纹滚道的粗糙度等，使滚珠丝杠副的动态预紧转矩在丝杠螺纹全长上是不恒定的，这直接影响驱动系统的平稳性，因而也影响滚珠丝杠副的定位精度。因此，滚珠丝杠副预紧转矩变动量的大小是反映滚珠丝杠副性能好坏的重要指标。

近几年来，人们对滚珠丝杠副的预紧转矩变动量的大小开始重视起来，以前人们只重视滚珠丝杠副综合行程误差曲线，现在也开始重视滚珠丝杠副预紧转矩的曲线。因为有了这两条曲线，滚珠丝杠副的性能就能很好地反映出来。

为了满足上述要求，北京机床研究所先后研制了滚珠丝杠副综合行程误差测量仪和预紧转矩测量仪。应用现代化的测量手段和高精度的传感器，在测量过程中能实时显示行程误差曲线和预紧转矩曲线，并打印出完整的测量报告，为衡量滚珠丝杠副的总成质量，提供了可靠的检测手段。

随着数控机床的发展，“高速、高效”成为各厂家追求的目标，对于高速驱动与定位部件，国外已有直线电动机问世，开始用于加工中心，快速进给速度达到160m/min以上，加速度达4g以上，向滚珠丝杠副提出严峻的挑战。但由于直线电动机存在价格昂贵、控制系统复杂、需采取措施解决磁铁吸引金属切屑、强磁对人身危害以及发热等缺点，在近一段时间很难得到普及。滚珠丝杠副仍是现在高速驱动的最优先选择，国外大部分高速加工中心仍使用滚珠丝杠副。为了达到高速驱动目的，设计时在提高电动机转速(电动机最高转速可达4000r/min)的同时，使用大导程滚珠丝杠副，导程可达32mm。如日本马扎克公司在FF660机床上使用滚珠丝杠副，机床快速移动速度达90m/min，加速度达1.5g。

从前，担心大导程滚珠丝杠副驱动对加工中心精度的影响，设计时取导程Ph≤10mm。随着科学技术的进步，从1999年日本国际机床展览会上可看出，设计与研究现在大部分高速加工中心都使用大导程滚珠丝杠副。

滚珠丝杠副在高速驱动时主要存在的问题是：噪声、温升、精度。滚珠丝杠副噪声产生的原因主要有：滚珠在循环回路中的流畅性、滚珠之间的碰撞、滚道的粗糙度、丝杠的弯曲等。滚珠丝杠副的温升主要是由滚珠与丝杠、螺母、反向器之间的摩擦及滚珠之间的摩擦产生的。要解决上述问题首先应从滚珠丝杠副的结构设计开始，对存在的问题采取措施；另一方面，从工艺上解决，通过合理的工艺流程，提高产品的内在质量；选取适当的滚珠丝杠副预紧转矩；减小滚珠丝杠副的预紧转矩的变动量，使滚珠丝杠副适应高速驱动的要求。

总之，随着社会的不断发展，用户对滚珠丝杠副的要求越来越严，要求也多样化，促使滚珠丝杠生产厂不断提高产品质量、开发新品种，以满足用户的需求。

滚珠丝杠的性能结构与原理 1 滚珠丝杠的性能 滚珠丝杠的性能要求十分严格主要有传动可靠性高不易 磨损可长期无故障运行还须传动灵敏运行精度高不易产 生爬行传动效率很高运行平稳一般为=0.92-0.96 在施加 预紧力后可消除轴向间隙反向时无空行程缺点是不能自锁 垂直安装时需有平衡装置 2 滚珠丝杠的结构 a)按滚珠丝杠的传动形式可分为丝杠转动传动和螺母转动传 动 丝杠转动传动是指丝杠转动螺母固定在工作台上丝杠 旋转推动推动螺母螺母带动工作台做往复运动我们一般常见 的都是这种类型安装方式 螺母转动传动是指丝杠被固定螺母通过轴承固定在工作 台上伺服电机带动螺母旋转螺母沿丝杠做轴向运动进而带 动工作台运动这种传动方式一般用于丝杠较长的机床上防止丝杠因刚性不足而产生震动和变形 b)按滚珠丝杠螺母结构可分为内循环和外循环两种方式 外循环方式的滚珠丝杠螺母由丝杠滚珠回珠管和螺母组 成与内循环方式的主要区别在于螺母螺旋槽的两端用回珠管连 接起来使滚珠能够从一端重新回到另一端构成一个闭合的循 环回路 内循环方式的滚珠丝杠螺母结构关键是在螺母的侧孔中装有 圆柱凸轮式反向器反向器上铣有S 形回珠槽将相邻两螺纹滚 道连接起来滚珠从螺纹滚道进入反向器借助反向器迫使滚珠 越过丝杠牙顶进入相邻滚道实现循环. 滚珠丝杠的工作原理 这里我们只简述外循环滚珠丝杠的工作原理内循环滚珠丝 杠的工作原理与其类似 所示外循环滚珠丝杠由丝杠1 滚珠2 回珠管3 和 螺母4 组成在丝杠1 和螺母4 上各加工有圆弧形螺旋槽将它们 套装起来便形成了螺旋形滚道在滚道内装满滚珠2 当丝杠相 对于螺母旋转时丝杠的旋转面经滚珠推动螺母轴向移动同时 滚珠沿螺旋形滚道滚动使丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚 珠与丝杠螺母之间的滚动摩擦滚珠通过回珠管从一端重新回 到另一端.

●滚珠丝杠副是什么?

使物体运动时,一般来讲需要将动力产生的运动直接或通过其他机构间接地传达到最终运动部。以汽车为例,在发动机内由于汽油的燃烧使活塞上下移动,再通过中间机构最终传递到车轮使之发生回转运动。

当今世界中,能代表机械的、有各种运动机构的装置,可以说无一不是具有某种形式的运动传导机构。滚珠丝杠副是将回转运动转化为直线运动,或将直线运动转化为回转运动的最合理的产品。

●滚珠丝杠副的特长

1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3

由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。

2、高精度的保证

滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度·湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。

3、微进给可能

滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。

4、无侧隙、刚性高

滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。

5、高速进给可能

滚珠丝杠副由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。

●滚珠丝杠副的构造

滚珠丝杠副在丝母部分的构造上有独到之处。按滚珠的循环方式可分为①弯管式 ②回球器式 ③端盖式,本公司的主要产品是下图所示的弯管式。

弯管式丝杠副与丝母之间设有滚珠转动沟道,滚珠对沟道产生轴向负载,滚珠在丝杠轴周围做滚动运动之后,进入镶在丝母内部的弯管口内,并沿弯管再次向负载区循环,从而进行无限滚动运动。这种产品是滚珠丝杠副中品种最丰富的普及型产品，可广泛用于各种用途。
BIF型产品

在单个丝母的中央处给左右两侧的螺纹以相位差,从而使轴向间隙达到负值(予压状态),体积虽小但却能得到平稳的移动。
BNFN型产品

把两个丝母组合起来,通过垫片加予压力从而消除侧隙的最普遍的式样。用贯穿于法兰盘的螺栓孔进行装配。
BNF型产品

是只有一个丝母的最简单式样,用贯穿于法兰盘的螺栓孔进行装配。
DIK型产品

BNN 型产品

BN 型产品

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