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電動缸百科:什么是滾珠絲杠

滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動,或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的理想的產(chǎn)品。
滾珠絲杠是工具機(jī)械和精密機(jī)械上最常使用的傳動元件,其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動,或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力,同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。由于具有很小的摩擦阻力,滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。
滾珠絲杠由螺桿、螺母、鋼球、預(yù)壓片、反向器、防塵器組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動,這是艾克姆螺桿的進(jìn)一步延伸和發(fā)展,這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動動作變成滾動動作。
?電動缸百科:什么是滾珠絲杠插圖1
中文名:滾珠絲杠
外文名:ball screw
特????點(diǎn):高精度 剛性高
廣泛應(yīng)用:機(jī)床行業(yè)
原理:
1、按照國標(biāo)GB/T17587.3-1998及應(yīng)用實(shí)例,滾珠絲杠(已基本取代梯形絲桿,俗稱絲桿)是用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動;或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的執(zhí)行元件,并具有傳動效率高,定位準(zhǔn)確等
2、當(dāng)滾珠絲杠作為主動體時,螺母就會隨絲桿的轉(zhuǎn)動角度按照對應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動,被動工件可以通過螺母座和螺母連接,從而實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的直線運(yùn)動。
用途:
滾珠絲杠軸承為適應(yīng)各種用途,提供了標(biāo)準(zhǔn)化種類繁多的產(chǎn)品。廣泛應(yīng)用于機(jī)床,滾珠的循環(huán)方式有循環(huán)導(dǎo)管式、循環(huán)器式、端蓋式。預(yù)壓方式有定位預(yù)壓(雙螺母方式、位預(yù)壓方式)、定壓預(yù)壓。
可根據(jù)用途選擇適當(dāng)類型。絲桿有高精度研磨加工的精密滾珠絲杠(精度分為從CO-C7的6個等級)和經(jīng)高精度冷軋加工成型的冷軋滾珠絲杠軸承(精度分為從C7-C10的3個等級)。另外,為應(yīng)付用戶急需交貨的情況,還有已對軸端部進(jìn)行了加工的成品,可自由對軸端部進(jìn)行追加工的半成品及冷軋滾珠絲杠軸承。作為此軸承的周邊零部件,在使用所必要的絲杠支撐單元、螺母支座、鎖緊螺母等也已被標(biāo)準(zhǔn)化了,可供用戶選擇使用。
滾珠絲杠軸承以多年來所累積制品技術(shù)為基礎(chǔ),從材料、熱處理、制造、檢查至出貨,都是以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)钠繁V贫葋砑右怨芾?,因此具有高信賴性?/div>
應(yīng)用
超高DN值滾珠絲杠:高速工具機(jī),高速綜合加工中心機(jī)
端蓋式滾珠絲杠:快速搬運(yùn)系統(tǒng),一般產(chǎn)業(yè)機(jī)械,自動化機(jī)械
高速化滾珠絲杠:CNC機(jī)械、精密工具機(jī)、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、電子機(jī)械、高速化機(jī)械
精密研磨級滾珠絲杠:CNC機(jī)械,精密工具機(jī),產(chǎn)業(yè)機(jī)械,電子機(jī)械,輸送機(jī)械,航天工業(yè),其它天線使用的致動器、閥門開關(guān)裝置等
螺帽旋轉(zhuǎn)式(R1)系列滾珠絲杠:半導(dǎo)體機(jī)械、產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人、木工機(jī)、雷射加工機(jī)、搬送裝置等
軋制級滾珠絲杠:低摩擦、運(yùn)轉(zhuǎn)順暢的優(yōu)點(diǎn),同時供貨迅速且價格低廉
重負(fù)荷滾珠絲杠:全電式射出成形機(jī)、沖壓機(jī)、半導(dǎo)體制造裝置、重負(fù)荷制動器、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、鍛壓機(jī)械
如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)?
?1、主要視具體應(yīng)用情況而定,簡單地說要確定:負(fù)載的性質(zhì)(如水平還是垂直負(fù)載等),轉(zhuǎn)矩、慣量、轉(zhuǎn)速、精度、加減速等要求,此滾珠絲桿已被快易優(yōu)收錄,上位控制要求(如對端口界面和通訊方面的要求),主要控制方式是位置、轉(zhuǎn)矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源,或電池供電,電壓范圍。據(jù)此以確定電機(jī)和配用驅(qū)動器或控制器的型號。
2,如何配用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器
根據(jù)電機(jī)的電流,配用大于或等于此電流的驅(qū)動器。如果需要低振動或高精度時,可配用細(xì)分型驅(qū)動器。對于大轉(zhuǎn)矩電機(jī),盡可能用高電壓型驅(qū)動器,以獲得良好的高速性能。
3,2 相和 5 相步進(jìn)電機(jī)有何區(qū)別,如何選擇?
2 相電機(jī)成本低,但在低速時的震動較大,高速時的力矩下降快。 5 相電機(jī)則振動較小,高速性能好,比 2 相電機(jī)的速度高 30~50% ,可在部分場合取代伺服電機(jī)。
4, 我想通過通訊方式直接控制伺服電機(jī),可以嗎?
可以的,也比較方便,只是速度問題,用于對響應(yīng)速度要求不太高的應(yīng)用。如果要求快速的響應(yīng)控制參數(shù),最好用伺服運(yùn)動控制卡,一般它上面有 DSP 和高速度的邏輯處理電路,以實(shí)現(xiàn)高速高精度的運(yùn)動控制。如 S 加速、多軸插補(bǔ)等。
類型
常用的循環(huán)方式有兩種:外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán);始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。滾珠每一個循環(huán)閉路稱為列,每個滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)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(huán)每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等幾種[2]? 。
1) 外循環(huán):外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結(jié)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(jìn)入循環(huán)。如圖2-3所示,外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)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(huán)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(jìn)入回程管,形成循環(huán)。插管式,它用彎管作為返回管道,這種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)比插管式結(jié)構(gòu)徑向尺寸小,但制造較復(fù)雜。外循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)結(jié)構(gòu)和制造工藝簡單,使用廣泛。其缺點(diǎn)是滾道接縫處很難做得平滑,影響滾珠滾道的平穩(wěn)性。
2) 內(nèi)循環(huán):內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán),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(nèi),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(zhǔn)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。 圖為端蓋式循環(huán),僅供參考。
種類選擇
滾珠絲杠的螺母,根據(jù)鋼球的循環(huán)方式可分為:彎管式、循環(huán)器式、端蓋式。這三種循環(huán)方式的特長。
彎管式
(SBN、BNF、BNT、BNFN、BIF 和 BTK型)這些型號,搜索的到。
循環(huán)式導(dǎo)片式(HBN型)
這些型號是最典型的螺母,通過使用彎管讓鋼球經(jīng)行循環(huán)。鋼球從絲桿軸的溝槽中掬取進(jìn)入彎管后,再回到溝槽中,做無限循環(huán)運(yùn)動。
循環(huán)器式
(DK、DKN、DIK、JPF 和 DIR型)
這些型號是最小型的螺母,通過循環(huán)器改變鋼球的行進(jìn)方向,越過絲桿軸外徑回到原位,做無限循環(huán)運(yùn)動。
端蓋式
(SBK、SDA、SBKH、WHF、BLK、WGF、BLW、WTF、CNF 和 BLR型)
這些型號是最合適高速給進(jìn)的螺母。鋼球利用端蓋,從絲桿軸的溝槽中被掬取到螺母的通孔里,通過通孔又回到溝槽中,做無限循環(huán)運(yùn)動。
特點(diǎn)
1、摩擦損失小、傳動效率高
由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運(yùn)動,所以能得到較高的運(yùn)動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動結(jié)果所需的動力為使用滑動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。
2、精度高
滾珠絲杠副一般是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的,特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。
3、高速進(jìn)給和微進(jìn)給可能
滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運(yùn)動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。
4、軸向剛度高
滾珠絲杠副可以加與預(yù)壓,由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。
5、不能自鎖、具有傳動的可逆性
保護(hù)
滾珠絲杠的保護(hù)
滾珠絲杠副可用潤滑來提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑分為潤滑油及潤滑脂兩大類。潤滑油用機(jī)油、90~180號透平油或140號主軸油。潤滑脂可采用鋰基油脂。潤滑脂加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi),而潤滑油通過殼體上的油孔注入螺母空間內(nèi)。
滾珠絲杠副和其它滾動摩擦的傳動元件,只要避免磨料微粒及化學(xué)活性物質(zhì)進(jìn)入,就可以認(rèn)為這些元件幾乎是不產(chǎn)生磨損的情況下工作的。但如果在滾道上落入臟物,或使用骯臟的潤滑油,不僅會妨礙滾珠的正常運(yùn)轉(zhuǎn),而且使磨損急劇增加。
通常采用毛氈圈對螺母副進(jìn)行密封,毛氈圈的厚度為螺距的2~3倍,而且內(nèi)孔做成螺紋的形狀,使之緊密地包住絲杠,并裝入螺母或套筒兩端的槽孔內(nèi)。密封圈除了采用柔軟的毛氈之外,還可以采用耐油橡膠或尼龍材料。由于密封圈和絲杠直接接觸,因此防塵效果較好,但也增加了滾珠絲杠螺母副的摩擦阻力矩。為了避免這種摩擦阻力矩,可以采用由較硬塑料制成的非接觸式迷宮密封圈,內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相反的形狀,并留有一定的間隙。
對于暴露在外面的絲杠,一般采用螺旋剛帶、伸縮套筒、錐形套筒以及折疊式塑料或人造革等形式的防護(hù)罩,以防止塵埃和磨粒粘附到絲杠表面。除與導(dǎo)軌的防護(hù)罩相似外,這幾種防護(hù)罩一端連接在滾珠螺母的端面,另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。這樣就可以更加的牢固了。
主要參數(shù)
螺紋的主要參數(shù)
1)外徑d(大徑)(D)——與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑——亦稱公稱直徑
2)內(nèi)徑(小徑)d1(D1)——與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑,在強(qiáng)度計算中作危險剖面的計算直徑
3)中徑d2——在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑,近似等于螺紋的平均直徑 d2≈0.5(d+d1)
4)螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離
5)導(dǎo)程(S)——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離
6)線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目,一般為便于制造n≤4螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系:S=nP
7)螺旋升角ψ——在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角。
8)牙型角α——螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角9)牙型斜角β——螺紋牙型的側(cè)邊與螺 紋軸線的垂直平面的夾角。對稱牙型
各種螺紋(除矩形螺紋)的主要幾何尺寸可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)——公稱尺寸為螺紋外徑對管螺紋近似等于管子的內(nèi)徑。
螺旋副的自鎖條件為:螺紋升角小于或等于螺旋副的當(dāng)量摩擦角。
螺旋副的傳動效率為:螺母旋轉(zhuǎn)一周時,有效功與輸入功的比值。
克服軸向力Q勻速上升所需的圓周力。
檢測與維修
滾珠絲杠所產(chǎn)生故障是多種多樣的,沒有固定的模式。有的故障是漸發(fā)性故障,要有一個發(fā)展的過程,隨著使用時間的增加越來越嚴(yán)重;有時是突發(fā)性故障, 一般沒有明顯的征兆,而突然發(fā)生,這種故障是各種不利因素及外界共同作用而產(chǎn)生的。所以通過正確的檢測來確定真正的故障原因,是快速準(zhǔn)確維修的前提。
1)滾珠絲杠螺母副及支撐系統(tǒng)間隙的檢測與修理
當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)反向誤差大、定位精度不穩(wěn)定、過象限出現(xiàn)刀痕時,首先要檢測絲杠系統(tǒng)有沒有間隙。檢測的方法有:用百分表配合鋼球放在絲杠的一端中心孔 中,測量絲杠的軸向竄動,另一塊百分表測量工作臺移動。正反轉(zhuǎn)動絲杠,觀察兩塊百分表上反映的數(shù)值,根據(jù)數(shù)值不同的變化確認(rèn)故障部位。
a)絲杠支撐軸承間隙的檢測與修理
如測量絲杠的百分表在絲杠正反向轉(zhuǎn)動時指針沒有擺動,說明絲杠沒有竄動。如百分表指針擺動,說明絲杠有竄動現(xiàn)象。該百分表最大與最小測量值之差就是絲杠 的軸向竄動的距離。這時,我們就要檢查支撐軸承的背帽是否鎖緊、支撐軸承是否已磨損失效、預(yù)加負(fù)荷軸承墊圈是否合適。如果軸承沒有問題,只要重新配做預(yù)加 負(fù)荷墊圈就可以了。如果軸承損壞,需要把軸承更換掉,重新配做預(yù)加負(fù)荷墊圈,再把背帽背緊。絲杠軸向竄動大小主要在于支撐軸承預(yù)加負(fù)荷墊圈的精度。絲杠安 裝精度最理想的狀態(tài)是沒有正反間隙,支撐軸承還要有0.02mm左右的過盈。
b)滾珠絲杠雙螺母副產(chǎn)生間隙的檢測與維修
通過檢測,如果確認(rèn)故障不是由于絲杠竄動引起的。那就要考慮是否是絲杠螺母副之間產(chǎn)生了間隙,這種情況的檢測方法基本與檢測絲杠竄動相同。用百分表測量與螺母相連的工作臺上,正反向轉(zhuǎn)動絲杠,檢測出絲杠與螺母之間的最大間隙,然后進(jìn)行調(diào)整。
方法如圖2所示,調(diào)整墊片4的厚度,使左右兩螺母1、2產(chǎn)生軸向位移,從而消除滾珠絲杠螺母副間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。因絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)不同,所以調(diào)整方法也不同,這里不一一列舉。
c)單螺母副的檢測與維修
對于單螺母滾珠絲杠,絲杠螺母副之間的間隙是不能調(diào)整的。如檢測出絲杠螺母副存在間隙。首先檢查絲杠和螺母的螺紋圓弧是否已經(jīng)磨損,如磨損嚴(yán)重,必須更換全套絲杠螺母。
如檢查磨損輕微,就可以更換更大直徑的滾珠來修復(fù)。首先檢測出絲杠螺母副的最大間隙,換算成滾珠直徑的增加,然后選配合適的滾珠重新裝配。這樣的維修是比較復(fù)雜,所需時間長,要求技術(shù)水平高。
d)螺母法蘭盤與工作臺連接沒有固定好而產(chǎn)生的間隙
這個問題一般容易被人忽視,因機(jī)床長期往復(fù)運(yùn)動,固定法拉盤的螺釘松動產(chǎn)生間隙,在檢查絲杠螺母間隙時最高把該故障因素先排除,以免在修理時走彎路。
e)滾珠絲杠螺母副運(yùn)動不平穩(wěn)、噪音過大等故障的維修。
滾珠絲杠螺母副運(yùn)動不平穩(wěn)和噪音過大,大部分是由于潤滑不良造成的,但有時也可能因伺服電機(jī)驅(qū)動參數(shù)未調(diào)整好造成的。
2)軸承、絲杠螺母副潤滑不良
機(jī)床在工作中如產(chǎn)生噪音和振動,在檢測機(jī)械傳動部分沒有問題后,首先要考慮到潤滑不良的問題,很多機(jī)床經(jīng)過多年的運(yùn)轉(zhuǎn),絲杠螺母自動潤滑系統(tǒng)往往堵塞, 不能自動潤滑??梢栽谳S承、螺母中加入耐高溫、耐高速的潤滑脂就可以解決問題。潤滑脂能保證軸承、螺母正常運(yùn)行數(shù)年之久。
3)伺服電機(jī)驅(qū)動問題
有的機(jī)床在運(yùn)動中產(chǎn)生振動和爬行,往往檢測機(jī)械部分均無問題,不管怎樣調(diào)整都不能消除振動和爬行。經(jīng)仔細(xì)檢查,發(fā)現(xiàn)伺服電機(jī)驅(qū)動增益參數(shù)不適合實(shí)際運(yùn)行狀況。調(diào)整增益參數(shù)后,就可消除振動和爬行。
滾珠絲杠如何實(shí)現(xiàn)高速化的前景?

滾珠絲杠如何實(shí)現(xiàn)高速化的前景?在精度、線速度、加(減)速度都要兼顧的情況下,下面滾珠絲杠廠家淺談滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)高速化的前景,認(rèn)為需要解決以下問題。

一:滾珠絲杠廠家表示,滾珠絲杠的最大工作轉(zhuǎn)速不能超過產(chǎn)生共振的臨界轉(zhuǎn)速Nc。Nc與絲杠的材質(zhì)、螺紋小徑、兩端支承方式、支承間距等因素有關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,Nc值也在不斷提高。滾珠在螺紋滾道和返向裝置中既通暢又可靠地循環(huán)滾動的安全轉(zhuǎn)速,可用類似軸承的d0n值表示(d0為滾珠絲杠的名義直徑,n為絲杠轉(zhuǎn)速)。

 

二:滾珠絲杠要實(shí)現(xiàn)高速化,必須通過改進(jìn)滾珠螺母返向裝置、提高制造精度、安裝精度和支承剛度來提高d0n值。現(xiàn)在d0n值已由70000提高到150000。要解決高速化帶來的噪聲、溫升與熱變形。

三:據(jù)有關(guān)試驗(yàn)表明:當(dāng)未采取減噪、減振措施時,滾珠絲杠轉(zhuǎn)速每增加1000r/min,噪聲增高4~5dB(A),滾珠螺母的溫度升高5~6℃。以上三點(diǎn)說明:只用增加絲杠的轉(zhuǎn)速來提高進(jìn)給驅(qū)動速度是不明智的。

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