滚珠丝杠副基础知识
1.什么是滚珠丝杠副？
滚珠丝杠副是由丝杠，螺母，滚珠组成的机械元件。其作用是将旋转运动转变为直线运动，或逆向由直线运动变为旋转运动。丝杠、螺母之间用滚珠做滚动体。
2.滚珠丝杠副有哪些特点？
（1）传动效率高。(达85%—98%)。
（2）灵敏度高。（无颤动、无爬行，同步性好）。
（3）定位精度高。(可以实现无间隙传动，刚度强，温升小)。
（4）使用寿命长。（是普通滑动丝杠的4倍以上，磨损小，精度保持期长）。
（5）使用、润滑和维修方便、可靠。
（6）可逆向传动，不自锁。（在垂直使用或需急停时，应附加自锁或制动装置）
3.螺纹滚道的单圆弧、双圆弧各有何特点？
单圆弧的优点是无偏心，工艺上易获得，缺点是用于“T类”丝杠时轴向间隙大，运动滞后，若减小间隙，滚珠接触点低，受力差，加工时磨出“油槽”，测不准节圆（滚珠或测棒与滚道圆弧不相切）。双圆弧避免了上述缺点，但工艺上难获得。
4.双圆弧滚道有什么特点？
主要是为了便于测准节圆。
5.滚道底部的小圆弧起什么作用？
此小圆弧熟称“油槽”，使用中可存油及容异物，加工中起工艺作用。减少磨削径向力。
6.什么是内循环、外循环滚珠丝杠副？它们是如何分类的？
一般定义为：滚珠在循环中始终不脱离丝杠表面的为内循环，反之为外循环。内循环有浮动（F）与固定（G）之分，外循环有螺旋槽（L）、插管（C）和端盖（DG）之分，其中插管式又有埋入式（CM）和凸出式（CT）之别。相对来说，内循环滚珠丝杠副的螺母安装直径可以更紧凑，因此应用也最广泛。
7.浮动内循环返向器有何特点？
优点是：
（1）流球通道为立体相切对称变曲率腔，技术含量高；
（2）圆形孔工艺性好，螺母轴向距离小，外径尺寸紧凑；
（3）凸筋既定位，又铲球，起双重作用；
（4）型腔为半开空间隧道，流球顺畅，与丝杠外径不摩擦；
（5）塑料制成，成本低，吸收振动，噪音小；
（6）可在上下及圆周方向上微量浮动，经跑合后自动趋向最佳位置；
（7）有效保护丝杠主体（滚珠脱落故障时，仅返向器损坏）；
（8）直径适用范围广，还可用于双线（双头）螺纹；
   缺点是：
（1）不耐高温（适用范围±60℃）；
（2）丝杠滚道必须一端开通才可以装配。
8.插管循环方式的特点是什么？
    滚珠在插管内返向平滑，传动平稳：缺点是螺母安装尺寸大，管舌处薄弱，耐磨性、抗冲击性差。不适用于螺母转速高的场合。
9.端盖式循环方式的特点是什么？
    径向尺寸大，轴向尺寸特小，尤其适合大导程多线螺纹；缺点是滚珠易产生撞击、跳动，摩擦损失。端盖式无法进行双螺母预紧
10.螺旋槽循环方式是否应逐渐淘汰？
螺旋槽式虽然安装尺寸大，工艺复杂，传动不平稳，安装槽有方向性要求（朝上）；但挡珠器可阻挡硬性异物进入螺母内，挡球可靠，适用高低温范围非常广，所以还不能淘汰，尤其多用于军工产品。
11.双螺母预紧型滚珠丝杠副有何特点？
浮动内循环法兰—直筒组合的垫片预紧型应用最为普遍，内循环安装外径小，组合安装方便，调整预紧力简便，使用磨损出现间隙，还可自行调整多次使用。
12.变位预紧型与增大球径预紧型有何异同点？
都是单螺母消隙，无双螺母的组合误差，轴向尺寸特小；但两者磨损出现间隙后一般无法再达到预紧效果，一般用于中、低负荷。
变位预紧型传动效率高，精度保持期长，用于精密定位。增大球径预紧型承载力大（是位预紧型的两倍），但磨损快，用于中、低精度。
13.齿差式预紧的分类与特点？
有内、外齿式两种，预紧力可任意调节，但较为复杂，成本高。
14.圆柱式预紧的分类与特点？
有直销、横销两种，预紧可靠性差，较易出现间隙，成本低。
15.双直筒型预紧的特点？
 径向尺寸小，既可增大垫片也可减小垫片厚度预紧，螺母座复杂。
16.双法兰型预紧的特点？
径向尺寸大，既可增大垫片也可减小垫片厚度预紧。“面对面”型安装拆卸困难，“背对背”型减少了一个螺母的行程。
17.现行滚珠丝杠副标准（GB）经历了怎样的演变？
早期的苏Q/J.JB11-78标准，是国内最早的一部地方专业标准，精度代号分C-J-B-P-T级别，B为标准级。稍后的JB3162-82是应用时间最长、影响最广的一部部颁标准，它参照德国DIN69051标准，精度代号分为:C-D-E-F-G-H级别，E为标准级。再稍后的JB/GQ1098—87是JB3162—82的补充件。JB/T3162—91标准套用国际标准，仍为部颁标准。现行标准为：GB/T17587.3—1998，等效采用国际标准ISO3408—1992.精度代号为：1-2-3-4-5-7-10，4级为标准级。
18.区分公称直径d0与节圆直径Dpw有何意义？
公称直径d0起标识作用，无公差，取整数值，起便于商务和管理的作用。      
节圆直径DPW有公差带，可一为小数，在工程计算上起参数作用。
19 区分定位（P类）与传动（T类）类别有何意义?
两者使用的场合、作用不同。P类用于精密定位。T类用于受力传动，螺纹精度仅查全长内行程偏差及任意300mm内行程变动量，要求远远低于相同级别的P类。
20 滚珠丝杠副要检查哪几类要求？
查安装尺寸，几何精度，性能，外观四类要求。
21 滚珠螺纹精度的含义？
    螺母相对于丝杠旋转所行走的距离叫“行程”.实际走的距离与希望（理想）走的距离的差值叫“行程偏差”。螺母在丝杠每一段上走的偏差不尽相同，取其平均值交“平均行程偏差”。因它是在螺纹全长（当然，是指有效范围）上测取的，故俗称叫“全长。螺旋线在一定范围内波动变化，沿着一条“中轴线”，波峰与波谷各自之间的连线形成了一条“带子”，线没有宽度，而带子是有宽度的。俗称“带宽”，即指全长上的行程变动量宽度范围。实际上，任意300mm内变动量（俗称“300”）和一牙内变化量（俗称“2π”或“周期”）都是“带宽”的概念。只是度量区间长短而已。
“全长”、“带宽”、“300”、和“周期”是检查螺旋线误差的四个项目，其中“300”是最主要项目。（严格定义参见GB/T17587.3—1998）
22.什么是行程补偿值C？工艺上如何获得？
目标行程减公称行程等于行程补偿值C（Ls-L0=C）,作用是用以补偿丝杠工作时由于温升和载荷引起的伸长量。工艺上可用修正尺法和温升法获得，C值通常取负值。
23.产品样本中额定静载荷C0a与额定动载荷C0的含义？
使钢球产生万分之一变形量的轴向力叫额定静载荷C0a。
转数为一百万转，使丝杠副出现疲劳现象的轴向力，叫额定动载荷C0。
24.刚度Kc的含义与检查？
刚度值是指钢球与滚道间的轴向刚度值，是根据国际标准理论计算的。
25.滚珠丝杠副的材料？
90%为轴承钢GCr15,此外还有渗碳钢20CrMnTi、氮化钢38CrMoAl、不锈钢4Cr13等，插管为不锈钢1Cr18Ni9Ti,浮动式返向器为工程塑料。
26.磨制滚珠丝杠需经过哪些热处理？各有何作用？
 热处理内容作用
1)球化退火HB170-217 预备热处理；便于加工，好校直
2)调质HB230-270 预备热处理；提高芯部强度韧性
3）高温回火 去除初加工应力
4）感应淬火G58 使滚道耐磨而芯部较软不易折断
5）冰冷处理 稳定组织，用于高精度（1-3级）
6）中心孔淬火H42 使中心孔表面耐磨，工艺作用
7）时效处理 去除半精加工应力
27 磨制滚珠丝杠的机加工工序流程内容？
1） 备料——2）球退（或调质）——3）粗车——（高回或调质）——4）半精车——5）铣——6）校直——7）修锪中心孔——8）淬火——9）校直——10）研中心孔——11）粗磨外圆——12）磨油槽——13）粗磨滚道——14）校直——15）时效——16）研中心孔——17）精磨外圆——18）精磨滚道——19）装配
28.滚珠丝杠副安装、使用常出现的故障？
     故障现象 可能的原因
1）滚珠脱落，丝杠“咬毛” 一般为用户不慎所致，行程过位或不自锁
2）轴劲折断 同轴度差；安装“三点”不成“一线”
3）试运转出现金属末 清洁度差，表面粗糙，跑合少
4）螺母紧，间隙大 用户支承或传动链问题；防尘圈干涉
5）螺母紧，仍有少量“间隙” 即空行程现象，系滚道载形误差大所致
6）双螺母松弛 假象预紧，预紧不可靠
7) 防尘圈脱落 紧定螺钉不到位；用户行程过位
29.滚珠丝杠副实现自锁的方法？
（1）配装自锁器；
（2）电机自锁（步进电机，电液、电磁制动电机）；
（3）预紧自锁（较少采用）；
（4）蜗轮蜗杆自锁。


 


滚珠丝杠的设计计算与选用


滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。
滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。 
  1)与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3
  由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。
  2)高精度的保证
  滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度?湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。
  3)微进给可能
  滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。
  4)无侧隙、刚性高
  滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。
  5)高速进给可能
  滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。


滚珠丝杠副特性
   传动效率高
滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%～98%，为传统的滑动丝杠系统的2～4倍，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。
   运动平稳
滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。
   高精度
滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。
   高耐用性
钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。
   同步性好
由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。
   高可靠性
与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工作。
   无背隙与高刚性
滚珠丝杠传动系统采用歌德式（Gothic arch）沟槽形状、使钢珠与沟槽达到最佳接触以便轻易运转。若加入适当的预紧力，消除轴向间隙，可使滚珠有更佳的刚性，减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。


滚珠丝杠螺母副因优良的摩擦特性，并且可以消除方向间隙并施加预载，高精度和高灵敏度使其广泛的运用于各种工业设备。    早在19世纪末就发明了滚珠丝杠螺母副，但很长一段时间未能实际应用，因制造难度太大。世界上第一个使用滚珠丝杠螺母副的是美国通用汽车公司萨吉诺分厂，它将滚珠丝杠螺母副用于汽车的转向机构上。1940年，美国开始成批生产用于汽车转向机构的滚珠丝杠副，1943年，滚珠丝杠螺母副开始用于飞机上。精密螺纹磨床的出现使滚珠丝杠螺母副在精度和性能上产生了较大的飞跃，随着数控机床和各种自动化设备的发展，促进了滚珠丝杠螺母副的研究和生产。50年代末期开始研制用于程控机床、数控机床的滚珠丝杠副。40多年来，由于滚珠丝杠副具有高效率、高精度、高刚度等特点，被广泛应用于机械、航天、航空、核工业等领域。现在，滚珠丝杠副已成为机械传动与定位的首选部件。




滚珠丝杠螺母传动副在数控机床上的运用十分普遍，主要用于机床主轴的传动，将来自电机的旋转运动转化为执行部件的直线运动。为了提高进给运动的位移精度，减少传动误差，除了要保证各个传动部件的制造精度、装配精度，还要在数控机床的传动系统中采用各种间隙消除机构，采用合理的预紧措施来消除传动间隙。本文主要介绍滚珠丝杠螺母副的发展、种类、调隙方法以及在数控机床种的作用。


现代机床业的发展日益向着自动化、高速化、精密化、柔性化、智能化的方向发展,机床的结构力求简单、可靠、部件专业化,其基本组成部分已可分为数控部分、传动部分、加工部分。其中的传动部分与加工部分的代表部件为直线导轨、直线电机、滚珠丝杠副与电主轴。滚珠丝杠副作为主要的传动部件之一,已有50多年的发展历史,但其大规模的应用却是近二十多年的事情。现代机床的发展,需要高的传动精度、定位精度,以及宽的进给调速范围,要求响应速度快,传动无间隙,传动机构稳定性好,寿命长,使用维护方便,滚珠丝杠副正好适应了这种发展的需要。2滚珠丝杠副工作原理滚珠丝杠副是将螺母与丝杠分别加工成凹半圆弧形成螺纹,在螺纹之间放入滚珠形成的。滚珠沿螺旋滚道滚动,带动螺母或丝杠轴向移动,将原先传动中使用的T形丝杠的螺纹摩擦变为滚动摩擦,因为降低了摩擦阻力,消除了局部爬行现象,从而提高了传动精度与传动机械效率。滚珠丝杠副有很多优点,主要为传动效率高,约为92%～96%,可消除轴向移动产生的间隙,定位精度高,刚度好,运动平稳,无爬行现象,传动精度好。