滚珠丝杠的特点及循环方式

滚珠丝杠的特点及循环方式

滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间放置适量的滚珠，滚珠丝杠与螺母之间的滑动摩擦由滑动摩擦变为过渡摩擦，滚珠丝杠在机械传动中的作用是既可以将旋转运动转化为直线运动，也可以将直线运动转化为旋转运动。根据丝杠和螺母的相对运动组合，传动方式也多种多样。

滚珠丝杠副一般由丝杠1、螺母2、滚珠3和滚珠循环返回装置4四个主要部分组成。滚珠丝杠副是指在滚珠作为带螺旋槽的丝杠和螺母之间的中间连续填充。其工作原理：当螺母2（或丝杠1）转动时，置于丝杠和螺母之间的滚珠3依次沿螺纹滚道滚动，滚珠3使丝杠1（或螺母2）作直线运动;为防止滚珠沿螺纹滚出，在螺母上设有滚环回位装置（returner），形成封闭的滚珠循环通道；在此返回装置的帮助下，滚珠沿滚道面运动，通过通道自动返回其工作入口。使滚珠可以继续参与螺纹滚道上的工作；为了消除间隙，提高传动精度和刚性，滚珠螺母常由两段组成。

滚珠丝杠副除了上述四个零件外，还有一个擦拭器，用于清除滚珠丝杠内部关键部位的异物，保证有效润滑。在很多应用中，擦拭器可以延长滚珠丝杠的寿命，提高机器的可靠性，刮水器可以安装在滚珠丝杠的外面或里面。

滚珠丝杠的特点

（1）摩擦损失小，传动效率高。

由于滚动螺杆副摩擦损失小，其传动效率高达90%～98%。是传统滑动螺杆系统的2—4倍，因此可以用较小的转矩获得较大的推力，也可以从直线运动转变为旋转运动（可逆运动）。

（2）磨损小，寿命长。

通常，滚珠丝杠轴、螺母和滚珠的主要部件都是硬化的，表面粗糙度低。且，滚动摩擦的磨损很小，因此具有良好的耐磨性，即其精度保持性能好，其工作寿命长。

（3）轴向刚度高。

由于滚珠丝杠轴可以完全消除传动间隙，且不影响丝杠运动的灵活性，因而可以获得较高的轴向刚度。通常，预紧可以提高轴向刚度。

（4）摩擦阻力小，运动平稳。

滚珠丝杠传动系统是点接触滚动运动，动、静摩擦系数相差很小，摩擦阻力几乎与转速无关。工作中的摩擦阻力小，灵敏度高，启动时无振动，低速时无爬行，因此可精确控制微进给。

5）可靠性高。

与其他传动机械相比，液压传动、滚珠丝杠轴传动系统的故障率很低，维修也比较简单，只是用于一般的润滑和防尘。特殊场合不需润滑也能正常工作。

(6) 不能自锁，具有传输的可逆性。

由于滚珠丝杠轴没有自锁能力，所以具有传动的可逆性。在垂直升降传动系统中使用时，必须增加自锁装置或制动装置，以防止反向传动。

滚珠丝杠副广泛应用于精密机械、机床、汽车、船舶、火炮、航空、航天、纺织等行业。但与滑动丝杠相比，滚珠丝杠副仍存在结构复杂、工艺难度大、制造成本高的缺点。

滚珠丝杠的循环方式

通常，同一螺母上的循环圈数称为滚珠的列数，滚珠在每个循环中通过螺纹滚道的圈数称为工作滚珠数。

滚珠在循环过程中不离开螺杆所指示的循环方式，称为内循环。内循环的工作循环数一般是——通常是一个只有一个循环的柱。在螺母的侧孔中，有一个返回装置（称为反向装置），用于连接相邻的滚道。在迫使滚珠沿滚道滚动一圈后，滚珠被倒卷槽的作用强迫。过螺纹滚齿顶，回到初始滚道，形成一圈一圈的循环滚珠链，故又称单圈循环。一个圆内的柱数通常为2～4个柱，最多可达6个，与之对应的是，一个螺母需要配备2~4个或6个逆变器。为了使滚珠螺母的结构更加紧凑，这些逆变器沿着螺母的圆周是均匀分布的，即对应于双柱、三柱、四柱或六柱结构，逆变器的轴向间距取决于反向的结构，选择时应尽可能地使螺母尺寸紧凑。

滚珠在循环过程中，不能始终与螺杆表面保持接触，也就是说，当滚珠从螺纹滚道末端回到滚道开始时，滚道和螺杆表面脱离接触，通常将此循环作为一个外部循环。外循环可分为插管型、螺旋槽型和端帽型。

螺旋槽外循环是直接在滚珠螺母的圆柱面上铣出一条螺旋槽，螺旋槽两端与螺母连接的滚道，形成一条滚珠返回通道。为了将滚珠顺利地进出通孔，通孔的出口和入口处分别设有胎圈止动件，套筒防止球脱落。螺旋槽式外循环的优点是：螺母的径向尺寸小，工艺性好，安装方便。缺点是：胎圈座形状复杂，刚性差。

置管外循环是最常用的方法。插管外循环是用弯头代替螺旋通道外循环中的螺旋槽，将弯头两端插入螺母的孔内，形成回球通道。用环板和螺钉将弯头固定在螺母上。气管外循环有三种结构：单排、双排和多排。本实用新型结构简单，制造方便，适于大批量生产，适用于小导丝、通用导丝和重型滚珠丝杠副。缺点是弯头伸出螺母外，径向尺寸较大。

滚珠丝杠轴钻在滚珠螺母上，滚珠回球通道为纵向孔。螺母两端设有带弧形槽的端盖，弧形槽端部与螺纹滚道相切，引导滚珠进出通道，形成循环回路。本实用新型具有结构紧凑、工艺性好、承载能力大的优点，适用于多头大滚珠丝杠轴和超大型丝杠杆。缺点是球在回传通道中通过弧形凹槽时，必须作急转弯，因此流通的顺畅性能不好，容易出现卡滞现象。但如果设计合理的反槽圆槽，提高流动性，则可选择端盖循环方式作为高速滚珠丝杠轴的结构形式。

滚珠丝杠作为一种能将旋转运动转换为直线运动或直线运动转换成旋转运动的机械部件，已广泛应用于各种精密仪器尤其是数控机床的进给机构中。滚珠丝杠的轴向接触变形和刚度对定位精度影响很大，是数控机床进给系统中最薄弱的环节。