滚珠丝杠内循环的的原理及工作
滚珠丝杠内循环的的原理及工作
滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件。它的作用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。它是传统滑动丝杠的进一步延伸，这一发展的深刻意义与滚动轴承给滑动轴承带来的变化是一样的，滚珠丝杠因其优异的摩擦特性，广泛应用于各种工业设备、精密仪器和精密数控机床。特别是近年来，滚珠丝杠作为数控机床的直线驱动执行单元，在机床行业得到了广泛的应用，极大地推动了数控机床的发展。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49以上，向滚珠丝杠副提出严峻的挑战。但由于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。
我国对高精度丝杠的需求扩大，对滚珠丝杠精度检测的要求也越来越高。我国自50年代生产滚珠丝杠以来，对滚珠丝杠的检测工作同时也在摸索中前进，很长一段时间内，对滚珠丝杠精度的检测都采用静态法检测，由于检测手段的落后，严重制约了我国滚珠丝杠的质量。七十年代以来，有关的生产、研究单位致力于滚珠丝杠动态测量仪的研制工作，实现了从静态测量到动态测量的跨越。随着对滚珠丝杠副性能要求的不断提高，先进、便捷的检测手段成为提高滚珠丝杠副质量的可靠保证。国内外许多滚珠丝杠副生产厂家除了致力于改革加工工艺外，都把检测手段的更新换代放在优先的地位。
滚珠在循环过程中始终不脱离丝杠表明的循环方式，称为内循环。内循环的工作圈数一般是一列只有一圈。在螺母的侧孔内，装有接通相邻滚道的回殊装置（称为反向器）。借助反向器上回珠槽的作用，迫使滚珠沿滚道滚动一圈之后，翻越过丝杠螺纹滚道牙顶，重新回到初始滚道，构成了一圈一个循环的滚珠链，故又称为单圈内循环。单幽内循环的列数通常为２～４列，最多可达到６列，相应的说，一个螺母上则需要装２～４个或６个反向器。为使滚珠螺母的结构紧凑些，这些反向器沿螺母圆周是均匀分布的，即对应于积列、三列、四列或六列结构，反向器的轴向间距视反向器的结构形式而不同，选择时应尽可能使螺母尺寸紧凑些。
由于单圈内循环是以一圈为列，因而滚珠较少，运行阻力减少，启动容易，滚珠流畅性好，灵敏度较高：摩擦损失少，传动效率较高；滚珠回程较短，刚性较好，使运转精度得到提高；螺母径向尺寸小，且零件数减少，装配简便，适于批量生产。但是不足的是反向器回珠槽为空间曲面呈ｓ形，用普通设备加工较困难，需要采用数控机床或仿形机床加工，设备费用较高。目前我们国家较多采用二轴半联动的数控机床来加工内循环式反向器。此外采用这种循环方式对滚珠螺旋副的公称直径，丝杠外径、螺纹滚道牙形与接触角、牙顶圆角等加工要求较高。
要得到高精度的滚珠丝杠，除对丝杠、螺母提出很高的制造要求外，反向器轨道设计也直接影响到滚珠丝扛的工作性能。因此，反向器轨迹的设计是滚珠丝杠设计的关键因素。作为内循环滚珠螺旋传动的关键元件之一，反向器的工作性能的好坏，将直接影响传动的质量。反向器按其定位方式不同，可分为固定式和浮动式两种；而每一种反向器又有两种结构形式， 即扁圆形反向器和圆形反向器。
扁圆形反向器的结构是一个扁圆形镶块，紧固在螺母上的扁圆孔中。反向器上铣有Ｓ形的回珠槽。其优点是轴向尺寸短，结构紧凑而美观。缺点是扁圆孔的加工、测量较为困难，不容易保证精度，装卸也较为麻烦。
圆形反向器类似一个带凸键的圆柱镶块，反向器上也铣有Ｓ形的回珠槽，它是用圆柱面和凸键同时定位的。它的优点是加工测量都比较容易。但采用该反向器的缺点是，使螺母的轴向尺寸增大（尤其是在大螺距的情况下）。由于采用圆柱面和凸键同时定位，则反而使反向器安装调整变得困难了。
浮动式反向器的结构特点是，反向器与滚珠螺母上的安装孔保持有0.01～0.015ｍｍ的配合间隙。在反向器的外圆弧面上车出对称圆弧槽（槽宽约为0.8Ｌ，Ｌ——导程），槽内安装拱形片簧。借助于片簧的弹力，始终给反问器一个径向推力，使位于回珠槽内的滚珠始终与丝杠表而保持一定的压力，这样，槽内滚珠就代替了定位键而对反向器起到白定位作用。
浮动式反向器的优点是在高频‘浮动’中达到回珠槽进出口的自动对接，从而为滚珠返回提供流畅的通道口，因此具有较好的摩擦特性，预紧后的空载摩擦力矩Ｔ预空为固定式反向器的1/3~2/3，当预紧力增大时，而Ｔ预空上升平缓。滚珠在返回过程中产生的摩擦力矩Ｔ预反与Ｔ预空的比值（即Ｔ预反／Ｔ预空）最小，且结构工艺性好，装配简便，在高速运转中工作可靠。这种反向器适用于各种高灵敏度、高刚度要求的精密进给系统。但其缺点是，不适用于重载，多头丝杠副以及大导程、小导程的滚珠丝杠副。
浮动式反向器滚珠丝杠副是目前最有发展前途的结构形式，并且正在逐渐取代固定式反向器的滚珠丝杠。
下一篇：滚珠丝杠的振动与噪声产生的原因
上一篇：精密滚珠丝杠副摩擦力矩的研究
扫一扫，关注我们