精密传动部件滚珠丝杠副

在如今机械设备当中,滚珠丝杠副是缺一不可的关键传动机械部件。它的主要作用以及功能是把旋转运动转换成线性运动,它还有一个比较好的优势是运作时摩擦阻力都会很小并且反向间隙是零,所以在精密机械和工具机械当中经常能看到它的身影。也只是如此,滚珠丝杠被称为精密仪器当中的扛把子部件。

首先来认识滚珠丝杠副

滚珠丝杠副又称为滚珠螺杆总成,由螺杆(丝杠)、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘圈组成。它最大的特点就是把旋转运动转化成直线运动,且转换是可逆的。

关于滚珠丝杠副,种类太多了,这里咱们就列举几种比较常见的:

1、自润式滚珠丝杠:具有可拆换除油装置的自润式滚珠丝杠,不需要润滑管路系统与设备,减少了换油和废油处理成本;

2、静音式滚珠丝杠:它的原理是在滚珠之间设置有特殊沟型的滚珠间隔环,可以抑制住滚珠与滚珠之间碰撞所产生的噪音,使滚珠丝杠在运动的时候更加的安静、平顺;

3、高速化滚珠丝杠:具有高加速、高刚性、高速进给、低振动、低噪音的特点。使用在机加设备的快速进给,磨具高速切削中心机和高速纵荷切削中心等领域;

4、重负荷型滚珠丝杠:能够承受较大的轴向负荷,适用于全电式设计机、空压机、半导体制造装置和锻压制造装置等。

以丝杠的制作加工方式的不同,有轧制和研磨制丝杠的区分,轧制丝杆的精度相对低一点,适用于精度要求不是很高的场合;而研磨级丝杆,精度比较高,适合精度要求较高的场合。

再根据螺母中滚珠的循环方式,可分为外循环、内循环、端盖式。先说一下端盖式,这种是比较早期的结构,但是缺点比较明显,现在基本已经被淘汰了,用到的很少,所以这里只是提一下。

关于内外循环螺母,我们只需要知道这两者的区别以及各自的优缺点就可以。关于内、外循环滚珠丝杠的优缺点:

1、内循环滚珠丝杠外形尺寸较小,反向器固定牢靠、刚性好且不易磨损;

2、内循环滚珠丝杠的反向通道短,滚珠数目少,流畅性好,摩擦损失小,传动效率高;

3、相同公称直径的内循环螺母外径比外循环要小,适合安装空间比较紧凑的场合;

4、内循环螺母配合的滚珠丝杠轴必须有一头小于谷径;

5、相对于来说,内循环的抗冲击能力比不上外循环,所以大型丝杆以及高负载丝杆大都使用外循环结构;

6、内循环多用塑料反向器,对工作温度有一定的要求。

滚珠丝杠的选型

说到滚珠丝杠的选型,需要先来说一下它的常用参数,然后才能从这些参数下手,确定它的型号。

1、丝杆的公称直径

就是丝杆的大外径,常见的规格有(单位:mm):12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、,关于丝杆的轴径,和它相关的就是可以承受的负载,一般是轴径越大,负载越大。

而不同轴径的丝杆可以承受的负载大小可以查看厂家的样册,相关参数是动额定负荷和静额定负荷。静额定负荷指的是在静止状态下,丝杆可以承受的额定负荷,但是咱们用丝杆又不可能让它一直静止的,所以这里,咱们基本只关心动额定负荷就可以。

然后,实际负载和额定负荷的比值越小,丝杆的理论寿命越长。(注:额定负荷不代表最大负荷,但是一般都不要超过额定负荷,不然会降低丝杆的使用寿命)

2、导程

导程指的是丝杆旋转一周,螺母直线运动的距离。常见的导程有(单位:mm):2、4、5、6、8、10、16、20、25、32、40,跟导程有关系的参数是螺母运动速度和滚珠丝杠可提供的直线推力。

相同转速相同扭矩情况下,导程越大,直线运动速度就越快,推力就越小,具体的计算关系为:

v=r×i

v:螺母的移动速度(单位:mm/s)

r:丝杆的旋转速度(单位:r/s)

i:导程(单位:mm)

导程和丝杆推力的关系:

F=(2*π*T*n)/i

F:丝杆推力(单位:N)

T:电机提供的扭矩(单位N·m)

n:传动效率(滚珠丝杠的传动效率一般为85%-95%)

i:导程(此处单位是m,不是毫米)

3、精度

滚珠丝杠,按国内标准,精度等级有P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10,日本、韩国,还有中国台湾省采用JIS等级标准,即C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10;欧洲国家的标准采用的是IT0,IT1,IT2,IT3,IT4,IT5,IT7,IT10。

备注:P1、C0、IT0是最高等级,依次递减。我们西北.机器公司生产制造的滚珠丝杠副是P4、P5,在市场上属于高精密级别。

精度表示方法为:不论你的滚珠丝杠有多长,任取一段mm,误差都在等级代表的精度之内,各等级代表的精度如下:

一般来说,普通机械采用C7,C10级,数控设备一般采用C5,C3级(C5较多,国内大部分数控机床都是C5级),航空制造设备,精密投影及三坐标测量设备等一般采用C3,C2精度(据我所知,国内民品市场买不到C3以上的滚珠丝杠)。

另外,C7,C10级一般采用轧制方法制造,C5级及以上采用研磨方法制造。

综上所述,非标设计常用的滚珠丝杠精度等级为C7(轧制方法制造或有些人称为转造),而对滚珠丝杠精度等级有更高的要求的,C5(研磨方法制造)也够用了。当然还是要说一句要具体问题具体分析。

备注:轧制丝杠精度较低,生产制造成本较高,普通企业难买轧制设备,相比磨制来说,轧制可以批量高效生产。

4、预压等级

也叫预紧,关于预压,我们不用了解具体的预紧力和预紧方式,只需要按照厂家样本选择预压等级就可以了。预压等级越高,螺母与螺杆配合越紧;反之,等级越低越松。

遵循的原则是:大直径、双螺母、高精度、驱动力矩较大,当丝杆的应用出现以上的情况时,预压等级可以选高一点,反之选低一点。

了解了以上丝杆主要的参数后,咱们就可以根据自己的要求进行选型了。

第一步、根据上面“滚珠丝杠的分类”中提到的各种丝杆的应用场景,确定适用自己工况的丝杆种类;同时也可以确定丝杆的精度等级(一般为C7)和预压等级;

第二步、根据负载的大小,确定滚珠丝杠的轴径;

第三步、根据负载需要的移动速度,确定导程;确定导程后,再根据推力和导程的关系式,确定驱动电机要提供的转矩。

具体如下:

物体上下垂直运动,重量为60Kg,需要的移动速度为1m/s;

1)假如你选取了伺服电机为驱动,额定转速为0r/min=50r/s,根据公式:v=r*i,确定导程为20mm;

2)然后再计算负载的大小:假设伺服电机的加减速时间设置为0.3s,a=(V2-V1)/t.那么加速度a为3.3m/s2,负载F=+60*3.3=N(摩擦力这里忽略);

3)根据公式:F=(2*π*T*n)/i,n取90%,计算得T≈2.82N·m,查询1KW伺服电机是额定扭矩为3.18N·m,符合要求。

以上,就基本确定了滚珠丝杠的型号,再根据自己所需要的行程,以及丝杆两端的固定方式,就可以确定丝杆的总长度了。

滚珠丝杠使用的注意事项

1、在安装的时候,注意不要碰伤了丝杆的牙型表面;还有一般丝杆采购回来后,螺母和丝杆都配合在一起的,所以在安装的时候,要特别注意,不要把螺帽和丝杆分开了,不然你自己不好装进去,如果不小心分开了,不要强行自己装,可以联系供应商西北.机器公司,让售后人员去装;

2、润滑:滚珠和丝杆是金属摩擦,所以两者之间要加润滑油或润滑脂,不然会降低使用寿命;而一般的添加方式有手动加油和自动加油,手动加油就是定期由工人进行注油;而自动加油,就需要自动注油系统,这个以后再细说;

3、防尘:滚珠丝杠与滚动轴承一样,当混入杂物或者水、切削液时,磨损会增加,有时会导致破损,所以,我们在设计设备的时候,就要注意丝杆的防尘防污染;

4、当偏荷重现象发生时,会直接影响螺杆的寿命和噪音,而且基本都伴随着运转不顺的手感,如果螺杆空载时与组装后顺畅度不同,除了注意螺杆本身的精度外,大多是组合精度不良产生偏荷重现象,要注意平衡配重:

以上就是我就滚珠丝杠副的全面介绍,希望对你有用,若有写的不足或错误地方,还请你指正,后台私信联系我们西机公司。

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