一起來了解下滾珠絲桿吧！
一起來了解下滾珠絲桿吧！
- 2025/1/15 9:55:21
滾珠絲桿，非標領域直線傳動中最常見的傳動方式，今天我們就來介紹一下滾珠絲桿。
滾珠絲桿的介紹
滾珠絲杠是將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產品。
滾珠絲杠是工具機械和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動，或將扭矩轉換成軸向反復作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業設備和精密儀器。
滾珠絲杠由螺桿、螺母、鋼球、預壓片、反向器、防塵器組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是艾克姆螺桿的進一步延伸和發展，這項發展的重要意義就是將軸承從滑動動作變成滾動動作。
簡而言之，滾珠絲桿就是將旋轉運動轉化成直線運動、將直線運動轉化為回轉運動。
滾珠絲桿的組成和分類
滾珠絲桿是由絲桿軸和螺母組成，而其中螺母又是由鋼球、預壓片、反向器、防塵器等組成。見下圖：
關于滾珠絲桿，種類太多了，這里咱們就列舉幾種比較常見的
1、超高DN值滾珠絲杠：高速工具機，高速綜合加工中心機；
2、端蓋式滾珠絲杠：快速搬運系統，一般產業機械，自動化機械；
3、高速化滾珠絲杠：CNC機械、精密工具機、產業機械、電子機械、高速化機械；
4、精密研磨級滾珠絲杠：CNC機械，精密工具機，產業機械，電子機械，輸送機械，航天工業，其它天線使用的致動器、閥門開關裝置等；
5、螺帽旋轉式（R1）系列滾珠絲杠：半導體機械、產業用機器人、木工機、雷射加工機、搬送裝置等；
6、軋制級滾珠絲杠：低摩擦、運轉順暢的優點，同時供貨迅速且價格低廉；
7、重負荷滾珠絲杠：全電式射出成形機、沖壓機、半導體制造裝置、重負荷制動器、產業機械、鍛壓機械；
根據精度等級又分為：軋制和研磨級絲桿，軋制絲桿的精度相對低一點，適用于精度要求不是很高的場合；而研磨級絲桿，精度比較高，適合精度要求高的場合。
根據螺母中的滾珠循環方式，可以分為外循環、內循環、端蓋式。先說一下端蓋式，這種是比較早期的結構，但是缺點比較明顯，現在基本已經被淘汰了，用到的很少。
重點介紹一下內、外循環：
滾珠在循環過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環；始終與絲杠保持接觸的稱為內循環。滾珠每一個循環閉路稱為列，每個滾珠循環閉路內所含導程數稱為圈數。內循環滾珠絲杠副的每個螺母有2列、3列、4列、5列等幾種，每列只有一圈；外循環每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等幾種。
1） 外循環：外循環是滾珠在循環過程結束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進入循環。如圖2-3所示，外循環滾珠絲杠螺母副按滾珠循環時的返回方式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。常用外循環方式端蓋式；插管式；螺旋槽式。端蓋式，在螺母上加工一縱向孔，作為滾珠的回程通道，螺母兩端的蓋板上開有滾珠的回程口，滾珠由此進入回程管，形成循環。插管式，它用彎管作為返回管道，這種結構工藝性好，但是由于管道突出螺母體外，徑向尺寸較大。螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種結構比插管式結構徑向尺寸小，但制造較復雜。外循環滾珠絲杠外循環結構和制造工藝簡單，使用廣泛。其缺點是滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾道的平穩性。
2） 內循環：內循環均采用反向器實現滾珠循環，反向器有兩種類型。圓柱凸鍵反向器，它的圓柱部分嵌入螺母內，端部開有反向槽2。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的圓鍵1定位，以保證對準螺紋滾道方向。扁圓鑲塊反向器，反向器為一般圓頭平鍵鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開有反向槽3，用鑲塊的外輪廓定位。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。
滾珠絲桿的幾種安裝方式
由于實在找不到圖片，就從百度隨意找了一個，實際上典型應用只有三種：
1、一端固定一端支持式，這是最普通的的安裝方法，適用于中速旋轉~高速旋轉，精度等級可以達到中等精度和高精度；
2、兩端固定式，只適用于中速旋轉，具有高精度；
3、一端固定一端自由，，適用于低速旋轉，中等精度。
在MISUMI和怡合達選型手冊上，大家可以看到具體的型號以及安裝方法，非常實用。
滾珠絲桿的選型
1、絲桿軸徑
常見的規格有（單位：mm）：8、10、12、14、15、20、25、32。一般是軸徑越大，負載越大。
而不同軸徑的絲桿可以承受的負載大小可以查看廠家的樣冊，相關參數是動額定負荷和靜額定負荷。靜額定負荷指的是在靜止狀態下，絲桿可以承受的額定負荷，但是咱們用絲桿又不可能讓它一直靜止的，所以這里，咱們基本只關心動額定負荷就可以。然后，實際負載和額定負荷的比值越小，絲桿的理論壽命越長。（注：額定負荷不代表最大負荷，但是一般都不要超過額定負荷，不然會降低絲桿的使用壽命）
2、導程
導程指的是絲桿旋轉一周，螺母直線運動的距離（這點很多工程師都不知道，所以重點標記一下）。常見的導程有（單位：mm）：2、4、5、8、10、20、25、32。這里提一下導程和軸向間隙沒有特別的關系，決定導程的大小是傳動的線速度，這點很重要。
3、精度
滾珠絲桿，按國內分類，精度等級有P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10，日本、韓國，還有中國臺灣省采用JIS等級，即C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10；歐洲國家的標準采用的是IT0，IT1， IT2，IT3，IT4，IT5，IT7，IT10。
一般，像我們公司采購的都是臺灣的滾珠絲桿，性價比比較高，再其次是日本的。
精度表示方法為：不論你的滾珠絲桿有多長，任取一段300mm，誤差都在等級代表的精度之內，各等級代表的精度如下：
一般來說，普通機械采用C7，C10級，數控設備一般采用C5，C3級(C5較多，國內大部分數控機床都是C5級)，航空制造設備，精密投影及三坐標測量設備等一般采用C3，C2精度(據我所知,國內民品市場買不到C3以上的滾珠絲桿)。
另外，C7，C10級一般采用軋制方法制造，C5級及以上采用研磨方法制造。
綜上所述，非標設計常用的滾珠絲桿精度等級為C7（軋制方法制造或有些人稱為轉造），而對滾珠絲桿精度等級有更高的要求的，C5（研磨方法制造）也夠用了。
4、預壓等級
也叫預緊，關于預壓，我們不用了解具體的預緊力和預緊方式，只需要按照廠家樣本選擇預壓等級就可以了。預壓等級越高，螺母與螺桿配合越緊；反之，等級越低越松（這點在SCARA機器人應用行業很重要，負載會影響預壓，進而影響精度）。
遵循的原則是：大直徑、雙螺母、高精度、驅動力矩較大，當絲桿的應用出現以上的情況時，預壓等級可以選高一點，反之選低一點。
下面就介紹如何來進行絲桿選型：
第一步、根據上面“滾珠絲桿的分類”中提到的各種絲桿的應用場景，確定適用自己工況的絲桿種類；同時也可以確定絲桿的精度等級（一般為C7）和預壓等級；
第二步、根據負載的大小，確定滾珠絲桿的軸徑；
第三步、根據負載需要的移動速度，確定導程；確定導程后，再根據推力和導程的關系式，確定驅動電機要提供的轉矩。
具體如下：
物體上下垂直運動，重量為60Kg，需要的移動速度為1m/s；
1）假如你選取了伺服電機為驅動，額定轉速為3000r/min=50r/s，根據公式：v=r*i，確定導程為20；
2）然后再計算負載的大小：假設伺服電機的加減速時間設置為0.3s，那么加速度為3.3m/s2，負載F=600+60*3.3=798N（摩擦力這里忽略）；
3）根據公式：F=（2*π*T*n）/i，n取90%，計算得T≈2.82N·m，查詢1KW伺服電機是額定扭矩為3.18N·m，符合要求。
4）選擇合適的行程。
MISUMI選型手冊資料有更詳細的步驟，筆者覺得那個太復雜，所以就簡單介紹上述步驟，實際在應用高精度和壽命校核時，還是按照資料一步一步來進行計算為好。
滾珠絲桿的使用注意事項
1、在安裝的時候，注意不要碰傷了絲桿的牙型表面；絲桿采購回來后，螺帽和絲桿都是在一起的，所以在安裝的時候，要特別注意，首先在兩端綁上扎帶或者安裝限位塊，不要把螺帽和絲桿分開了，一旦分開就不好裝進去。不小心分開了，不要強行自己裝，可以聯系供應商，讓他們去裝；
2、潤滑：滾珠和絲桿是金屬摩擦，所以兩者之間要加潤滑油或潤滑脂，不然會降低使用壽命；而一般的添加方式有手動加油和自動加油，手動加油就是定期由工人進行注油；而自動加油，就需要自動注油系統，；
3、防塵：滾珠絲桿與滾動軸承一樣，當混入雜物或者水、切削液時，磨損會增加，有時會導致破損，設計時，要注意絲桿的防塵；
4、當偏荷重現象發生時，會直接影響螺桿的壽命和噪音，而且基本都伴隨著運轉不順的手感，如果螺桿空載時與組裝后順暢度不同，除了注意螺桿本身的精度外，大多是組合精度不良產生偏荷重現象，如下圖所示：
5、絲桿的缺點也特別明顯，不能自鎖、具有傳動的可逆性
