滚珠螺旋传动

    如图1所示,当螺杆转动时,滚珠沿螺纹滚道滚动。

图1 滚珠螺旋传动的工作原理图

一、滚珠螺旋传动的特点
(1) 运动效率高,一般可达90%以上,约为滑动螺旋传动效率的三倍。在伺服控制系统中采用滚动螺旋传动,不仅可以提高传动效率,而且可以减小启动力矩、颤动及滞后时间。
 (2) 运动精度高。由于其摩擦力小,工作时螺杆的热变形小,螺杆尺寸稳定,并且经调整预紧后,可得到无间隙传动,因而具有较高的传动精度、定位精度和轴向刚度。
(3) 具有传动的可逆性,但不能自锁。用于垂直升降传动时,需附加制动装置。
(4) 制造工艺复杂,成本较高,但使用寿命长,维护简单。
二、 滚珠螺旋传动的结构形式与类型
1.螺纹滚道法向截形
螺纹滚道法向截形是指通过滚珠中心且垂直于滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状。常用的截形有两种: 单圆弧形(见图2(a))和双圆弧形(见图2(b))。滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠中心的螺杆直径线间的夹角β叫接触角。理想接触角为β=45°。

图2 滚道法向截形示意图
滚道半径rs(或rn)与滚珠直径Dω的比值称为适应度frs=rs/Dω(或frn=rn/Dω)。适应度对承载能力的影响较大,一般取frs(或frn)=0.25~0.55。
2. 滚珠循环方式
按滚珠在整个循环过程中与螺杆表面的接触情况,可将滚珠的循环方式分为内循环和外循环两类。
(1) 内循环。 滚珠在循环过程中始终与螺杆保持接触的循环叫内循环(见图3)。

图3 内循环
(2) 外循环。 滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环称为外循环。按结构的不同,外循环可分为螺旋槽式、插管式和端盖式三种。螺旋槽式(见图4)端盖式(见图6)是指在螺母1上钻有一个纵向通孔作为滚珠返回通道,螺母两端装有铣出短槽的端盖2,短槽端部与螺纹滚道相切,并引导滚珠返回通道,构成滚珠循环回路。端盖式的优点是结构紧凑,工艺性好。缺点是滚珠通过短槽时容易卡住。

图4 螺旋槽式外循环

图5 插管式外循环

图6 端盖式外循环
3.消除轴向间隙的调整预紧方法
(见图7) 

图7 双螺母预紧

(1) 垫片调隙式。如图8所示

图8 垫片调隙式

(2) 螺纹调隙式。如图9所示。
图9 螺纹调隙式

图10 齿差调隙式
三、滚珠螺旋副的精度
滚珠螺旋副的精度包括螺母的行程误差和空回误差。影响螺旋副精度的因素同滑动螺旋副一样,主要是螺旋副的参数误差、机构误差以及因受轴向力后滚珠与螺纹滚道面的接触变形和螺杆刚度不足引起的螺纹变形等所产生的动态变形误差。
在JB/T3162.2—19标准中,根据滚珠螺旋副的使用范围和要求将其分为两个类型:
P类定位滚珠螺旋副和T类传动滚珠螺旋副,并分成7个精度等级,即1、2、3、4、5、7和10级。其中,1级精度最高,其余的依次递减。

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