改善滾珠絲杠進(jìn)給精度的預(yù)緊方法

改善滾珠絲桿進(jìn)給精度的預(yù)緊方法2022年7月28日滾珠絲杠介紹

滾珠絲杠螺母副是一種高精度的傳動(dòng)裝置。它采用滾動(dòng)摩擦螺旋取代了滑動(dòng)摩擦螺旋，具有磨損小、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、壽命長、精度高、溫升低等優(yōu)點(diǎn)。選擇品質(zhì)絲杠認(rèn)準(zhǔn)鈦浩，由于滾珠絲杠螺母副具有運(yùn)動(dòng)摩擦小，便于消除傳動(dòng)間隙等突出優(yōu)點(diǎn)，它給機(jī)電一體化系統(tǒng)的性能改善帶來了巨大的益處。對(duì)滾珠絲杠的精度要求1．螺旋線公差

螺旋線誤差是指在中徑線上，實(shí)際螺旋線相對(duì)于理論螺旋線偏離的最大代數(shù)差。又分為：

(1)絲杠一轉(zhuǎn)內(nèi)螺旋線誤差；

(2)絲杠在指定長度上(25mrn、100mm或200mm)的螺旋線誤差：

(3)絲杠全長的螺旋線誤差。

螺旋線誤差較全面地反映了絲杠的位移精度，但由于測(cè)量螺旋線誤差的動(dòng)態(tài)測(cè)量儀器尚未普及，國家標(biāo)準(zhǔn)中只對(duì)3、4、5、6級(jí)的絲杠規(guī)定了螺旋線公差。2．螺距公差

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各級(jí)精度絲杠的螺距公差。如何提高絲杠傳動(dòng)的精度和剛度提高絲杠傳動(dòng)的精度和剛度，主要是提高進(jìn)給系統(tǒng)中傳動(dòng)零件的精度和支承剛度。首先是保證各個(gè)零件的加工精度，尤其是提高滾珠絲杠螺母副(直線進(jìn)給系統(tǒng))、蝸桿副(圓周進(jìn)給系統(tǒng))的傳動(dòng)精度。另外，在進(jìn)給傳動(dòng)鏈中加人減速齒輪傳動(dòng)副，對(duì)滾珠絲杠和軸承進(jìn)行預(yù)緊，消除齒輪、蝸桿等傳動(dòng)件的間隙，從而提高進(jìn)給系統(tǒng)的精度和剛度。改善滾珠絲桿進(jìn)給精度的“預(yù)緊”提高滾珠絲杠傳送精度、提高剛性的手段有「預(yù)緊」。滾珠絲杠螺紋槽與滾珠之間的微小間隙的狀態(tài)會(huì)對(duì)滾珠絲杠的特性有很大變化。

所謂預(yù)緊就是，為了減小滾珠絲杠的間隙，提高剛性，使用一組滾珠，或者一對(duì)絲母沿軸向相互位移而施加在滾珠絲杠上的力。高精度高剛性的滾珠絲杠，換向時(shí)為達(dá)到零間隙的目的來選擇「預(yù)緊滾珠絲杠」。滾珠絲桿的常用預(yù)緊方式（1）滾珠絲杠預(yù)緊的常用四種方法：雙螺母墊片式預(yù)緊此種方法機(jī)構(gòu)簡單可靠。剛性好，應(yīng)用最為廣泛。在雙螺母間加墊片的形式可有專業(yè)生產(chǎn)廠根據(jù)用戶要求事先調(diào)整好預(yù)緊力，使用時(shí)裝卸非常方便。

2、雙螺母螺紋式預(yù)緊利用一個(gè)螺母上的外螺紋，通過圓螺母調(diào)整兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位置實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。

3、雙螺母齒差式預(yù)緊在兩個(gè)螺母的凸緣上分別切出齒數(shù)差為1的齒輪，兩個(gè)齒輪分別與兩端相應(yīng)的內(nèi)齒圈相嚙合，內(nèi)齒圈用螺釘緊固在螺母座上。通過轉(zhuǎn)動(dòng)其中一個(gè)螺母，使兩螺母的相互位置發(fā)生變化，以調(diào)整間隙和施加預(yù)緊力。滾珠絲桿的常用預(yù)緊方式（2）滾珠絲杠預(yù)緊的常用四種方法：

4、單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊將螺母的內(nèi)螺紋滾道在中部的一圈上產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)程突變量，從而使左右端的滾珠在裝配后產(chǎn)生軸向錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。

滾珠絲杠螺母副消除軸向間隙的目的：增加預(yù)緊減少反向時(shí)的空行程，出現(xiàn)無反向死區(qū)，同時(shí)提高了傳動(dòng)剛度和傳動(dòng)精度。

不是所有的滾珠絲杠都預(yù)緊的，主要是看精度要求，一般預(yù)緊的精度高，負(fù)荷能力也大。1、墊片預(yù)緊雙螺母滾珠絲杠副組成如下圖注：鋼球未在圖中畫出法蘭螺母墊片圓柱螺母反向器滾珠絲杠壓鍵螺釘平鍵起鍵螺紋孔圖1滾珠絲桿的雙螺母墊片預(yù)緊原理2、墊片預(yù)緊雙螺母滾珠絲杠副剖視圖如下：滾珠絲杠墊片法蘭螺母平鍵圓柱螺母鋼球FaFb圖2圖2局部放大圖展示了雙螺母墊片預(yù)緊原理：通過調(diào)整中間墊片厚度使法蘭螺母與圓柱螺母產(chǎn)生軸向移動(dòng)，使其中的滾珠在承受載荷前就以一定的壓力分別壓向滾珠螺母與滾珠絲杠滾道相反的側(cè)面，產(chǎn)生一定的變形，以達(dá)到消除軸向間隙與預(yù)緊的目的。墊片起調(diào)整兩個(gè)螺母間軸向距離的作用。圖中有兩個(gè)平鍵，一個(gè)通過與兩個(gè)鍵槽側(cè)面的配合，（平鍵與鍵槽的過盈量通常為0.02～0.03mm）,一個(gè)平鍵防止兩個(gè)螺母產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)平鍵防止墊片從螺母中脫出。當(dāng)鍵與兩個(gè)螺母鍵槽的過盈量不足時(shí)，雙螺母預(yù)緊力變小，滾珠絲杠副傳動(dòng)精度就會(huì)變差。3、墊片預(yù)緊雙螺母預(yù)緊原理4、下圖為雙螺母墊片預(yù)緊鍵與鍵槽間隙配合時(shí)圖圖3注：為了更直觀的展示，圖中平鍵與鍵槽間隙與角度為夸大畫法。5、鍵與鍵槽配合不良根據(jù)圖4局部放大圖看出，因平鍵與兩個(gè)螺母的鍵槽有間隙，滾珠螺母在正反轉(zhuǎn)運(yùn)行一段時(shí)間后，兩個(gè)螺母產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致兩個(gè)螺母軸向距離產(chǎn)生變化，預(yù)緊力減小甚至變?yōu)?。圖4圖56、軸向位移近似計(jì)算：如下圖5所示，假設(shè)平鍵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生相對(duì)中心線的角度為Δα螺母相對(duì)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軸向位移ΔL=

（Δα÷360）×絲杠導(dǎo)程7、墊片預(yù)緊雙螺母鍵與鍵槽配合不良滾珠絲杠副剖視圖如下：滾珠絲杠墊片法蘭螺母平鍵圓柱螺母鋼球FcFd圖68、正常預(yù)緊情況鍵與鍵槽配合不良情況預(yù)緊力比較1）正常預(yù)緊：通過調(diào)整中間墊片厚度使法蘭螺母與圓柱螺母產(chǎn)生軸向移動(dòng)，使其中的滾珠在承受載荷前就以一定的壓力分別壓向滾珠螺母與滾珠絲杠滾道相反的側(cè)面，產(chǎn)生一定的變形，以達(dá)到消除軸向間隙與預(yù)緊的目的，平鍵與鍵槽配合良好，兩個(gè)螺母無相對(duì)旋轉(zhuǎn)，預(yù)緊達(dá)到預(yù)期要求。2）鍵槽配合不良情況：因平鍵與兩個(gè)螺母的鍵槽有間隙，滾珠螺母在正反轉(zhuǎn)運(yùn)行一段時(shí)間后，兩個(gè)螺母產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致軸向距離變化，預(yù)緊力達(dá)不到正常要求。3）圖2與圖6的預(yù)緊力比較：Fa=Fb＞Fc=Fd≥0其它的滾珠絲桿預(yù)緊方法（1）定位預(yù)緊：用螺紋軸和滾珠之間的位置關(guān)系進(jìn)行預(yù)緊的方法大號(hào)滾珠預(yù)緊方式：插入比螺紋溝槽形狀稍大的滾珠（彈性形變程度），通常在受力較大的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)緊的方法，具體結(jié)構(gòu)參考右圖。其它的滾珠絲桿預(yù)緊方法（2）導(dǎo)程改變方式：在加工絲母的中央螺紋溝槽時(shí)候通過改變導(dǎo)程，偏離出預(yù)緊量大小進(jìn)行預(yù)緊式墊片方式：在兩個(gè)絲母構(gòu)造之間加入預(yù)緊量的墊圈（墊片）進(jìn)行預(yù)緊的方法，具體結(jié)構(gòu)參考右圖：其它的滾珠絲桿預(yù)緊方法（3）定壓預(yù)緊：使用彈簧力的預(yù)緊方法，具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考下圖：滾珠絲杠預(yù)緊動(dòng)態(tài)扭矩的測(cè)定方法預(yù)加載荷動(dòng)態(tài)扭矩是在不施加外部載荷的情況下，旋轉(zhuǎn)滾珠絲杠的絲母時(shí)的實(shí)際扭矩。在實(shí)際測(cè)量中，用測(cè)力傳感器測(cè)量當(dāng)螺旋軸旋轉(zhuǎn)時(shí)停止絲母所需的力，該力F乘以從螺紋軸的中心到測(cè)量點(diǎn)的距離（力臂L）計(jì)算。滾珠絲杠預(yù)緊動(dòng)態(tài)扭矩的管理方法超精密定位的滾珠絲杠和用于機(jī)械的高剛性滾珠絲杠在出貨檢驗(yàn)時(shí)候都要用預(yù)緊扭矩測(cè)定作為出貨檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)。測(cè)量兩個(gè)方向上的預(yù)加載扭矩，預(yù)緊動(dòng)態(tài)扭矩的標(biāo)準(zhǔn)值可以保證出貨品質(zhì)。滾珠絲杠經(jīng)過長時(shí)間使用的結(jié)果，因?yàn)闈L珠絲杠的磨損等，預(yù)緊低下時(shí)候測(cè)定的預(yù)緊動(dòng)態(tài)扭矩?cái)?shù)據(jù)，與出貨時(shí)的初始值相比降低了30至40％。這種狀態(tài)被稱為「無預(yù)緊」，產(chǎn)生初期沒有的間隙，造成精度下降，剛性下降，伺服不穩(wěn)定等主要原因。滾珠絲杠安裝精度的管理方法（1）滾珠絲杠安裝精度的技術(shù)要點(diǎn)：：1，螺紋溝槽面及零部件安裝部對(duì)螺桿軸支撐部軸中心線的半徑方向圓周偏差：這個(gè)偏差用圓跳動(dòng)或全跳動(dòng)來表示。因?yàn)楸硎镜氖橇悴考ㄈ琮X輪、同步帶輪）安裝部對(duì)螺桿軸支撐部的位置公差，所以比較重要，在對(duì)螺桿進(jìn)行追加工時(shí)一定要給出這個(gè)位置公差。注意：這項(xiàng)偏差里，要包括螺桿軸軸中心線本身的半徑方向全偏差。而且這個(gè)偏差并不小。2,支撐部端面對(duì)螺桿軸支撐部軸中心線的垂直度。重要原因同上。滾珠絲杠安裝精度的管理方法（2）

3，法蘭安裝面對(duì)螺桿軸軸中心線的垂直度。因?yàn)楣ぷ髋_(tái)就是安裝在法蘭上的，所以這個(gè)位置公差也很重要。4，螺母外圓面（平面型安裝面）對(duì)螺桿軸軸中心線的平行度。重要，對(duì)于平面型安裝面來說，這個(gè)平行度就和上面的垂直度是一個(gè)概念。5，螺母外圓面對(duì)螺桿軸軸中心線的半徑方向圓周偏差值（圓跳動(dòng)）。

一般這個(gè)外圓面不同工作臺(tái)配合，所以不太重要。如果萬一要用這個(gè)面配合的話，這個(gè)也很重要的（但是對(duì)于滾珠螺桿來說，這好像是不可能的。）滾珠絲杠進(jìn)給精度的檢測(cè)