滑动丝杠

摘要早在19世纪末就发明了滚珠丝杠副，但很长一段时间未能实际应用，因制造难度太大。世界上第一个使用滚珠丝杠副的是美国通用汽车公司萨吉诺分厂，它将滚珠丝杠副用于汽车的转向机构上。1940年，美国开始成批生产用于汽车转向机构的滚珠丝杠副，1943年，滚珠丝杠副开始用于飞机上。精密螺纹磨床的出现使滚珠丝杠副在精度和性能上产生了较大的飞跃，随着数控机床和各种自动化设备的发展，促进了滚珠丝杠副的研究和生产。从50年代开始，在工业发达的国家中，滚珠丝杠副生产厂家如雨后春笋般迅速出现，例如：美国的WARNER-BEAVER公司、GM－SAGINAW公司；英国的ROTAX公司；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等。我国早在50年代末期开始研制用于程控机床、数控机床的滚珠丝杠副。40多年来，由于滚珠丝杠副具有高效率、高精度、高刚度等特点，被广泛应用于机械、航天、航空、核工业等领域。现在，滚珠丝杠副已成为机械传动与定位的首选部件。关键词：丝杠，高效率，高精度，高刚度。AbstractBackinthelate19thcenturyinventedtheballscrew,butitisnotpracticalforalongtime,becausetoodifficulttomanufacture.Theworld'sfirstuseofaballscrewGMSaginawplant,itwillballscrewonthesteeringmechanismforvehicles.In1940,theUnitedStatesbeganmassproductionofautomotivesteeringmechanismfortheballscrew,1943,ballscrewbegantobeusedontheplane.Theemergenceofsophisticatedthreadgrindersballscrewintheaccuracyandperformancehaveagreaterleapforward,withavarietyofCNCmachinetoolsandautomationequipment,hascontributedtotheresearchandproductionofballscrew.Fromthe50's,intheindustrialdevelopedcountries,theballscrewmanufacturershavesprunguprapidlyemerging,suchas:theUnitedStatesWARNER-BEAVERcompany,GM-SAGINAWcompany;UKROTAXcompany;Japan,NSKCorporation,TSUBAKICompanyandsoon.Intheearly50'sstartedtodevelopfortheendofprogram-controlledmachinetools,CNCmachinetoolsballscrew.Forover40years,duetoballscrewwithhighefficiency,highprecision,highstiffnessandothercharacteristics,arewidelyusedinmechanical,aerospace,aviation,nuclearindustryandotherfields.Now,theballscrewhasbecomethefirstchoiceformechanicaltransmissionandpositioningcomponents.Keywords:screw,highefficiency,highprecisionandhighrigidity.（一）丝杠特点一滑动丝杠：许多滑动丝杠的导程精度都可以达到磨制螺杆的品质，尤其是滚轧成型的精密滑动丝杠，比如KerkMotion公司生产的那种，再配上以工程塑料制作的螺母部件，已能够超越滚珠丝杠的使用寿命在某些应用中，较低的传动效率反而成为滑动丝杠的一种优势，在立式应用或者设计人员不希望丝杠被逆向驱动的场合，滑动丝杠能够将负载保持在原位，而无需使用带抱闸的电机或者系统中附加的摩擦制动装置。从原则上讲，只要导程低于丝杠直径的三分之一，上述自锁条件就能够成立。滑动丝杠螺母材料的选用原则可以基于温度条件，运行PV（压力-速度）值，抗磨寿命要求，使用环境，以及成本等因素，例如，可供选用的材料特性包括：从-50℃到+150℃的温度允许范围，高达60,000psi-fpm的可用PV值，可提供5千万英寸累计工作行程的反向间隙消除能力，免维护运行，以及可用于污染和恶劣环境等。二滚珠丝杠：滚珠丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系。以传动形式分为两种：（1）将回转运动转化成直线运动。（2）将直线运动转化成回转运动。传动效率高滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%～98%，为传统的滑动丝杠系统的2～4倍，如图1.1.1所示，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。运动平稳滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。高精度滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。高耐用性钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。同步性好由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。高可靠性与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工作。无背隙与高刚性滚珠丝杠传动系统采用歌德式（Gothicarch）沟槽形状（见图2.1.2—2.1.3）、使钢珠与沟槽达到最佳接触以便轻易运转。若加入适当的预紧力，消除轴向间隙，可使滚珠有更佳的刚性，减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。现代制造技术的发展突飞猛进，一批又一批的高速数控机床应运而生。它不仅要求有性能卓越的高速主轴，而且也对进给系统提出了很高的要求：(1)最大进给速度应达到40m/min或更高；(2)加速度要高，达到1g以上；(3)动态性能要好，达到较高的定位精度。高速滚珠丝杠副是指能适应高速化要求(40m／min以上)、满足承载要求且能精密定位的滚珠丝杠副，是实现数控机床高速化首选的传动与定位部件。（二）滚珠丝杠目录（一）丝杠特点一滑动丝杠特点—————————————————————————1二滚珠丝杠特点—————————————————————————1（二）滚珠丝杠一滚珠丝杠的特长—————————————————————————3二滚珠丝杠副的参数计算与选用———————————————————12三刚性的计算———————————————————————————14四定位精度的选择—————————————————————————19五旋转扭矩的计算—————————————————————————24六驱动马达的选择—————————————————————————26