數(shù)控機(jī)床和一些專用機(jī)械中，滾珠絲桿廣泛應(yīng)用，為了提高絲桿的使用壽命及精度，采用淬硬處理絲桿，這種絲桿最后以磨為主，精度靠螺紋磨床磨削來(lái)保證。滾珠絲桿因?yàn)榫哂卸ㄎ痪雀?、高壽命、低污染和可做高速正逆向的傳?dòng)及變換傳動(dòng)等特性，已成為近年來(lái)精密科技產(chǎn)業(yè)、滾珠絲桿升降機(jī)以及精密機(jī)械產(chǎn)業(yè)的定位及測(cè)量系統(tǒng)上的重要零組件之一。滾珠絲桿是一種鋼珠介于螺母與絲桿之間做運(yùn)動(dòng)，將傳統(tǒng)絲桿的滑動(dòng)接觸轉(zhuǎn)換成滾動(dòng)接觸然后在將螺母內(nèi)的鋼珠回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)。那么我們?cè)谑褂眠^(guò)程中，如何讓滾珠絲桿一直保持其高精度呢？
如何保持滾珠絲桿的精度?
滾珠絲桿通常用于需要精密定位的場(chǎng)合。高的機(jī)械效率、低的傳動(dòng)扭矩和軸向游隙幾乎為零,使得滾珠絲桿成為刀具定位和飛機(jī)副翼驅(qū)動(dòng)這類應(yīng)用中的重要裝置。然而,阻力和由連續(xù)工作產(chǎn)生的熱量可能引起很大的摩擦力和定位誤差。
在滾珠絲桿里增加摩擦的設(shè)計(jì)因素也增加扭矩,并且反過(guò)來(lái)影響定位精度。滾珠被壓緊在滾珠絲桿螺母和絲桿軸之間時(shí),產(chǎn)生的楔效應(yīng)是一個(gè)潛在的摩擦源。在正轉(zhuǎn)的時(shí)候,滾珠通常對(duì)著螺母擠壓;反轉(zhuǎn)時(shí),滾珠對(duì)著絲桿軸擠壓。由于滑動(dòng)摩擦系數(shù)比滾動(dòng)摩擦系數(shù)大得多(沒動(dòng)0.1～0.3;滾動(dòng)0.001～0.003),楔效應(yīng)大大增加了扭矩。
當(dāng)滾珠絲桿軸在固定的角度內(nèi)振動(dòng)時(shí),擠壓引起的扭矩特別麻煩。這種運(yùn)動(dòng)會(huì)引起振動(dòng)扭矩,既使用極精密的零件也很難完全消除。然而,通過(guò)采用歌德式拱形而不采用圓弧形的滾珠溝槽或通過(guò)降低滾珠絲桿的剛度,可以把這種扭矩減到最小量。歌德式拱形具有較深的流通性較好的V形截面。
當(dāng)兩個(gè)滾珠絲杠螺母一起使用時(shí),通常用墊片隔開,預(yù)緊力由墊片厚度確定。通過(guò)用蝶形彈簧代替實(shí)心墊片,可以減小滾珠絲桿的扭矩,這種彈簧允許有軸向變形從而減少了擠壓。另一個(gè)主要的阻力源,即相鄰滾珠間的摩擦力,可以通過(guò)拿掉幾個(gè)滾珠或用隔離滾珠(即有間隙的滾珠)代替其中某些滾珠的方法來(lái)減少。采用這些方法,摩擦產(chǎn)生的扭矩最多可減少30%。在降低滾珠及其滾道之間的摩擦力方面,同樣的方法也是有效的。
為了最大限度地減少摩擦力,隔離滾珠和承載滾珠應(yīng)該相互交替。但是,某些負(fù)載和剛度要求可能需要每三個(gè)承載滾珠用一個(gè)隔離滾珠。直徑比承載滾珠稍小的隔離滾珠起惰輪的作用,他們沿和承載滾珠相反的方向旋轉(zhuǎn),并且減少接觸摩擦。采用隔離滾珠或減少承載滾珠數(shù)目的一個(gè)不利的后果是降低了滾珠絲桿的承載能力,這必須通過(guò)減少工作負(fù)載或增大滾珠絲桿尺寸來(lái)補(bǔ)償。潤(rùn)滑引起的阻力也會(huì)增大摩擦扭矩,尤其是在高速時(shí),大多數(shù)滾珠絲桿是在遠(yuǎn)低于5米/分的速度下使用。然而,現(xiàn)代機(jī)床要求的速度大于10米/分,有些系統(tǒng)應(yīng)用的速度高達(dá)30米/分。產(chǎn)生最小阻力的潤(rùn)滑劑類型由滾珠絲桿軸向旋轉(zhuǎn)速度確定。一般說(shuō)來(lái),轉(zhuǎn)速在500轉(zhuǎn)/分以下或移動(dòng)速度為3米/分時(shí),用油脂潤(rùn)滑最好。在這種較低的速度下主要是邊界潤(rùn)滑。轉(zhuǎn)速超過(guò)500轉(zhuǎn)/分,主要是油體薄膜潤(rùn)滑,油是最好的潤(rùn)滑劑。
熱膨脹引起的定位精度降低不僅是由滾珠運(yùn)動(dòng)的摩擦熱造成的,而且也是由諸如液壓流體、電動(dòng)機(jī)、齒輪箱之類因素的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)熱所造成的。如果在導(dǎo)軌或床身上產(chǎn)生了變形,即使能夠防止?jié)L珠絲桿的溫升,也不可能獲得高的精度。在分析精度的時(shí)候,來(lái)自所有這樣的熱源的熱都必須加以考慮。
在計(jì)算由滾珠絲桿本身產(chǎn)生的熱量時(shí),高的工作負(fù)載是一個(gè)最大的潛在原因。通常,工作負(fù)載大約是滾珠絲桿頂緊力的3倍。更大的負(fù)載必須通過(guò)增大所用的滾珠絲桿裝置的尺寸或通過(guò)更大的潤(rùn)滑劑冷卻能力來(lái)補(bǔ)償。補(bǔ)償熱膨脹的一種方法是對(duì)滾珠絲桿施加一種預(yù)緊力。這是通過(guò)把絲桿軸加工成負(fù)公差尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用這種方法使螺矩稍微縮短,在裝配時(shí)使?jié)L珠絲杠螺母受到壓縮。在工作溫度下絲桿膨脹裝置就正常工作。
在溫度極高的情況下,可將單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)裝進(jìn)滾珠絲桿,將空氣或油霧噴在絲桿軸上。通常,空氣冷卻更為有效,并且不會(huì)像那樣損耗。冷卻也可以通過(guò)使壓力水通過(guò)空心軸滾珠絲桿的方法來(lái)進(jìn)行,采用這樣的系統(tǒng),滾珠絲桿的溫度幾乎不會(huì)升高。
