预紧力变化对滚珠丝杠的影响

现代机床工业的发展日益向自动化、高速、精密、柔性和智能化方向发展。机床结构力求简单、可靠、部件专业化。它的基本组成部分是CNC部分、传动部分和加工部分。传动部分和加工部分的代表部件有直线导轨、直线电机、滚珠丝杠副和电主轴。

现代机床的发展要求传动精度、定位精度高、进给调速范围广，要求响应速度快、传动无间隙、传动机构稳定性好、寿命长、使用维修方便和滚珠轴承。滚珠丝杠副正好满足了这种发展的需要。

滚珠丝杠是数控机床进给传动系统的基本机械传动装置，其间隙将直接影响数控机床的加工精度。为此，应尽量消除或减少。在数控机床的装配中，预紧技术被广泛用于消除滚珠丝杠传动的间隙。预紧是在受拉构件的受拉区施加压应力，产生预压应力。当构件承受载荷产生拉应力时，必须先抵消预压应力，然后随着载荷的不断增加，受拉区会受到影响。拉力，从而提高构件的刚度和承载能力。在数控车床的滚珠丝杠螺母副中，有多种方法可以消除间隙，提高丝杠螺母的接触刚度。滚珠丝杠副预紧后，螺母始终被滚珠正反向压在丝杠上，从而消除了丝杠与螺母之间的轴向间隙和背隙，提高了丝杠的刚性和定位精确。当然，如果预紧力过大，滚珠丝杠的寿命会降低，摩擦力矩会增加。太小会出现缝隙，影响定位精度。

滚珠丝杠的预紧力是滚珠丝杠副中产生丝杠摩擦力矩的主要参数。由于滚珠在运行过程中需要反复进出丝杠滚道，丝杠的摩擦力矩会发生波动。对于系统的运行稳定性有较大影响。随着滚珠丝杠副预紧力的增加和轴向力的施加，摩擦力矩的波动会相应变化，对丝杠的传动性能产生很大影响。目前对滚珠丝杠副的研究主要集中在对丝杠的影响和轴向接触刚度的力学模型上，因此忽略了预紧力对摩擦力矩波动的影响，而对于滚珠丝杠来说，摩擦扭矩波动对丝杠在中低速时的传动性能影响较大。

在滚珠丝杠副的轴向载荷作用下，中间元件的滚珠被分割不要接触螺母或丝杠滚道。接触可以看作是两个自由曲面弹性体在压力作用下的点接触问题。研究表明，增加预紧力可以提高刚性。丝杠的工作状态极为重要，在轴向力的作用下，丝杠滚珠所受的力在两个方向上发生变化，从而使丝杠滚珠在预紧力下的力发生变化，并且在轴向载荷作用下的力发生变化。球力变化是预载下的球力偏移。

滚珠丝杠副承受工作载荷时，工作螺母的实际受力在原预紧力的基础上增加，预紧螺母的实际受力比预紧力减小拧紧力。滚珠在受力方向上的接触应力增大，在轴向上发生一定的位移，使滚珠在受力方向上的受力变小。在预紧力不足或轴向力过大的情况下，丝杠螺母会有接触间隙。同时，在换向器滚道丝杠滚珠入口处，由于丝杠的预紧作用，滚珠必须达到丝杠摩擦阻力产生的扭矩，才能使滚珠进入滚道，而克服摩擦阻力产生的力矩的力是由出口处的滚珠提供的，所以丝杠出口处的滚珠上的力会产生很大的摩擦阻力，从而导致丝杆的摩擦力矩丝杠波动，影响滚珠丝杠副的传动稳定性。

可见滚珠丝杠副的预紧力不宜过大或过小。如果太大，可以提高系统的轴向刚度，但会影响系统的传动稳定性；如果太小，可以降低球启动时的阻力，但会影响系统的传动精度，所以滚珠丝杠副预紧力的选择应根据实际情况确定，不宜过大或过小。

滚珠丝杠是将旋转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为旋转运动的理想产品。滚珠丝杠由丝杠、螺母和滚珠组成。它的作用是将旋转运动转化为直线运动，是滚珠丝杠的进一步延伸和发展。这一发展的重要意义是将轴承从滑动动作变为滚动动作。滚珠丝杠是机床和精密机械中最常用的传动元件。它的主要功能是将旋转运动转化为直线运动，或将扭矩转化为轴向往复力。

由于滚珠丝杠副的丝杠轴和丝杠螺母之间滚动的滚珠较多，因此可以获得较高的运动效率。同时，滚珠丝杠副采用滚珠运动，因此启动力矩极小，不会有滑动运动。爬行现象，可以保证精确的微进给。另外，滚珠丝杠副可以预紧，由于预紧，轴向游隙可以达到负值，从而获得更高的刚性。滚珠丝杠以其高精度、可逆性和高效率被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。