一起來(lái)了解下滾珠絲桿吧！
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- 2025/1/15 9:55:21
滾珠絲桿，非標(biāo)領(lǐng)域直線(xiàn)傳動(dòng)中最常見(jiàn)的傳動(dòng)方式，今天我們就來(lái)介紹一下滾珠絲桿。
滾珠絲桿的介紹
滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。
滾珠絲杠是工具機(jī)械和精密機(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(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。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。
滾珠絲杠由螺桿、螺母、鋼球、預(yù)壓片、反向器、防塵器組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這是艾克姆螺桿的進(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滑動(dòng)動(dòng)作變成滾動(dòng)動(dòng)作。
簡(jiǎn)而言之，滾珠絲桿就是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
滾珠絲桿的組成和分類(lèi)
滾珠絲桿是由絲桿軸和螺母組成，而其中螺母又是由鋼球、預(yù)壓片、反向器、防塵器等組成。見(jiàn)下圖：
關(guān)于滾珠絲桿，種類(lèi)太多了，這里咱們就列舉幾種比較常見(jiàn)的
1、超高DN值滾珠絲杠：高速工具機(jī)，高速綜合加工中心機(jī)；
2、端蓋式滾珠絲杠：快速搬運(yùn)系統(tǒng)，一般產(chǎn)業(yè)機(jī)械，自動(dòng)化機(jī)械；
3、高速化滾珠絲杠：CNC機(jī)械、精密工具機(jī)、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、電子機(jī)械、高速化機(jī)械；
4、精密研磨級(jí)滾珠絲杠：CNC機(jī)械，精密工具機(jī)，產(chǎn)業(yè)機(jī)械，電子機(jī)械，輸送機(jī)械，航天工業(yè)，其它天線(xiàn)使用的致動(dòng)器、閥門(mén)開(kāi)關(guān)裝置等；
5、螺帽旋轉(zhuǎn)式（R1）系列滾珠絲杠：半導(dǎo)體機(jī)械、產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人、木工機(jī)、雷射加工機(jī)、搬送裝置等；
6、軋制級(jí)滾珠絲杠：低摩擦、運(yùn)轉(zhuǎn)順暢的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)供貨迅速且價(jià)格低廉；
7、重負(fù)荷滾珠絲杠：全電式射出成形機(jī)、沖壓機(jī)、半導(dǎo)體制造裝置、重負(fù)荷制動(dòng)器、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、鍛壓機(jī)械；
根據(jù)精度等級(jí)又分為：軋制和研磨級(jí)絲桿，軋制絲桿的精度相對(duì)低一點(diǎn)，適用于精度要求不是很高的場(chǎng)合；而研磨級(jí)絲桿，精度比較高，適合精度要求高的場(chǎng)合。
根據(jù)螺母中的滾珠循環(huán)方式，可以分為外循環(huán)、內(nèi)循環(huán)、端蓋式。先說(shuō)一下端蓋式，這種是比較早期的結(jié)構(gòu)，但是缺點(diǎn)比較明顯，現(xiàn)在基本已經(jīng)被淘汰了，用到的很少。
重點(diǎn)介紹一下內(nèi)、外循環(huán)：
滾珠在循環(huán)過(guò)程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱(chēng)為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱(chēng)為內(nèi)循環(huán)。滾珠每一個(gè)循環(huán)閉路稱(chēng)為列，每個(gè)滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱(chēng)為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個(gè)螺母有2列、3列、4列、5列等幾種，每列只有一圈；外循環(huán)每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等幾種。
1） 外循環(huán)：外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過(guò)程結(jié)束后通過(guò)螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進(jìn)入循環(huán)。如圖2-3所示，外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時(shí)的返回方式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。常用外循環(huán)方式端蓋式；插管式；螺旋槽式。端蓋式，在螺母上加工一縱向孔，作為滾珠的回程通道，螺母兩端的蓋板上開(kāi)有滾珠的回程口，滾珠由此進(jìn)入回程管，形成循環(huán)。插管式，它用彎管作為返回管道，這種結(jié)構(gòu)工藝性好，但是由于管道突出螺母體外，徑向尺寸較大。螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種結(jié)構(gòu)比插管式結(jié)構(gòu)徑向尺寸小，但制造較復(fù)雜。外循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)結(jié)構(gòu)和制造工藝簡(jiǎn)單，使用廣泛。其缺點(diǎn)是滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾道的平穩(wěn)性。
2） 內(nèi)循環(huán)：內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種類(lèi)型。圓柱凸鍵反向器，它的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開(kāi)有反向槽2。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的圓鍵1定位，以保證對(duì)準(zhǔn)螺紋滾道方向。扁圓鑲塊反向器，反向器為一般圓頭平鍵鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開(kāi)有反向槽3，用鑲塊的外輪廓定位。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。
滾珠絲桿的幾種安裝方式
由于實(shí)在找不到圖片，就從百度隨意找了一個(gè)，實(shí)際上典型應(yīng)用只有三種：
1、一端固定一端支持式，這是最普通的的安裝方法，適用于中速旋轉(zhuǎn)~高速旋轉(zhuǎn)，精度等級(jí)可以達(dá)到中等精度和高精度；
2、兩端固定式，只適用于中速旋轉(zhuǎn)，具有高精度；
3、一端固定一端自由，，適用于低速旋轉(zhuǎn)，中等精度。
在MISUMI和怡合達(dá)選型手冊(cè)上，大家可以看到具體的型號(hào)以及安裝方法，非常實(shí)用。
滾珠絲桿的選型
1、絲桿軸徑
常見(jiàn)的規(guī)格有（單位：mm）：8、10、12、14、15、20、25、32。一般是軸徑越大，負(fù)載越大。
而不同軸徑的絲桿可以承受的負(fù)載大小可以查看廠(chǎng)家的樣冊(cè)，相關(guān)參數(shù)是動(dòng)額定負(fù)荷和靜額定負(fù)荷。靜額定負(fù)荷指的是在靜止?fàn)顟B(tài)下，絲桿可以承受的額定負(fù)荷，但是咱們用絲桿又不可能讓它一直靜止的，所以這里，咱們基本只關(guān)心動(dòng)額定負(fù)荷就可以。然后，實(shí)際負(fù)載和額定負(fù)荷的比值越小，絲桿的理論壽命越長(zhǎng)。（注：額定負(fù)荷不代表最大負(fù)荷，但是一般都不要超過(guò)額定負(fù)荷，不然會(huì)降低絲桿的使用壽命）
2、導(dǎo)程
導(dǎo)程指的是絲桿旋轉(zhuǎn)一周，螺母直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的距離（這點(diǎn)很多工程師都不知道，所以重點(diǎn)標(biāo)記一下）。常見(jiàn)的導(dǎo)程有（單位：mm）：2、4、5、8、10、20、25、32。這里提一下導(dǎo)程和軸向間隙沒(méi)有特別的關(guān)系，決定導(dǎo)程的大小是傳動(dòng)的線(xiàn)速度，這點(diǎn)很重要。
3、精度
滾珠絲桿，按國(guó)內(nèi)分類(lèi)，精度等級(jí)有P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10，日本、韓國(guó)，還有中國(guó)臺(tái)灣省采用JIS等級(jí)，即C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10；歐洲國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)采用的是IT0，IT1， IT2，IT3，IT4，IT5，IT7，IT10。
一般，像我們公司采購(gòu)的都是臺(tái)灣的滾珠絲桿，性?xún)r(jià)比比較高，再其次是日本的。
精度表示方法為：不論你的滾珠絲桿有多長(zhǎng)，任取一段300mm，誤差都在等級(jí)代表的精度之內(nèi)，各等級(jí)代表的精度如下：
一般來(lái)說(shuō)，普通機(jī)械采用C7，C10級(jí)，數(shù)控設(shè)備一般采用C5，C3級(jí)(C5較多，國(guó)內(nèi)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床都是C5級(jí))，航空制造設(shè)備，精密投影及三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備等一般采用C3，C2精度(據(jù)我所知,國(guó)內(nèi)民品市場(chǎng)買(mǎi)不到C3以上的滾珠絲桿)。
另外，C7，C10級(jí)一般采用軋制方法制造，C5級(jí)及以上采用研磨方法制造。
綜上所述，非標(biāo)設(shè)計(jì)常用的滾珠絲桿精度等級(jí)為C7（軋制方法制造或有些人稱(chēng)為轉(zhuǎn)造），而對(duì)滾珠絲桿精度等級(jí)有更高的要求的，C5（研磨方法制造）也夠用了。
4、預(yù)壓等級(jí)
也叫預(yù)緊，關(guān)于預(yù)壓，我們不用了解具體的預(yù)緊力和預(yù)緊方式，只需要按照廠(chǎng)家樣本選擇預(yù)壓等級(jí)就可以了。預(yù)壓等級(jí)越高，螺母與螺桿配合越緊；反之，等級(jí)越低越松（這點(diǎn)在SCARA機(jī)器人應(yīng)用行業(yè)很重要，負(fù)載會(huì)影響預(yù)壓，進(jìn)而影響精度）。
遵循的原則是：大直徑、雙螺母、高精度、驅(qū)動(dòng)力矩較大，當(dāng)絲桿的應(yīng)用出現(xiàn)以上的情況時(shí)，預(yù)壓等級(jí)可以選高一點(diǎn)，反之選低一點(diǎn)。
下面就介紹如何來(lái)進(jìn)行絲桿選型：
第一步、根據(jù)上面“滾珠絲桿的分類(lèi)”中提到的各種絲桿的應(yīng)用場(chǎng)景，確定適用自己工況的絲桿種類(lèi)；同時(shí)也可以確定絲桿的精度等級(jí)（一般為C7）和預(yù)壓等級(jí)；
第二步、根據(jù)負(fù)載的大小，確定滾珠絲桿的軸徑；
第三步、根據(jù)負(fù)載需要的移動(dòng)速度，確定導(dǎo)程；確定導(dǎo)程后，再根據(jù)推力和導(dǎo)程的關(guān)系式，確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)要提供的轉(zhuǎn)矩。
具體如下：
物體上下垂直運(yùn)動(dòng)，重量為60Kg，需要的移動(dòng)速度為1m/s；
1）假如你選取了伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min=50r/s，根據(jù)公式：v=r*i，確定導(dǎo)程為20；
2）然后再計(jì)算負(fù)載的大?。杭僭O(shè)伺服電機(jī)的加減速時(shí)間設(shè)置為0.3s，那么加速度為3.3m/s2，負(fù)載F=600+60*3.3=798N（摩擦力這里忽略）；
3）根據(jù)公式：F=（2*π*T*n）/i，n取90%，計(jì)算得T≈2.82N·m，查詢(xún)1KW伺服電機(jī)是額定扭矩為3.18N·m，符合要求。
4）選擇合適的行程。
MISUMI選型手冊(cè)資料有更詳細(xì)的步驟，筆者覺(jué)得那個(gè)太復(fù)雜，所以就簡(jiǎn)單介紹上述步驟，實(shí)際在應(yīng)用高精度和壽命校核時(shí)，還是按照資料一步一步來(lái)進(jìn)行計(jì)算為好。
滾珠絲桿的使用注意事項(xiàng)
1、在安裝的時(shí)候，注意不要碰傷了絲桿的牙型表面；絲桿采購(gòu)回來(lái)后，螺帽和絲桿都是在一起的，所以在安裝的時(shí)候，要特別注意，首先在兩端綁上扎帶或者安裝限位塊，不要把螺帽和絲桿分開(kāi)了，一旦分開(kāi)就不好裝進(jìn)去。不小心分開(kāi)了，不要強(qiáng)行自己裝，可以聯(lián)系供應(yīng)商，讓他們?nèi)パb；
2、潤(rùn)滑：滾珠和絲桿是金屬摩擦，所以?xún)烧咧g要加潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂，不然會(huì)降低使用壽命；而一般的添加方式有手動(dòng)加油和自動(dòng)加油，手動(dòng)加油就是定期由工人進(jìn)行注油；而自動(dòng)加油，就需要自動(dòng)注油系統(tǒng)，；
3、防塵：滾珠絲桿與滾動(dòng)軸承一樣，當(dāng)混入雜物或者水、切削液時(shí)，磨損會(huì)增加，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致破損，設(shè)計(jì)時(shí)，要注意絲桿的防塵；
4、當(dāng)偏荷重現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，會(huì)直接影響螺桿的壽命和噪音，而且基本都伴隨著運(yùn)轉(zhuǎn)不順的手感，如果螺桿空載時(shí)與組裝后順暢度不同，除了注意螺桿本身的精度外，大多是組合精度不良產(chǎn)生偏荷重現(xiàn)象，如下圖所示：
5、絲桿的缺點(diǎn)也特別明顯，不能自鎖、具有傳動(dòng)的可逆性
