3.4 滚珠丝杠副传动部件

滚珠丝杠副传动部件在机电一体化系统中应用广泛，可把伺服或步进电动机的旋转运动转变为直线移动。通过在丝杠和螺母滚道中放入滚珠，使螺纹间产生的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以减小运动时的摩擦力。

特点：

（1）磨损小，传动效率高，传动平稳。

（2）寿命长，精度高，温升低。

（3）结构复杂，成本高，不能自锁。

（4）传动的距离和速度有限。

3.4.1 滚珠丝杠副的组成

如图3-6所示，滚珠丝杠副的组成包括带螺纹槽的丝杠、带螺纹槽的螺母、滚珠和反向器（回珠管）。

3.4.2 滚珠丝杠副的典型结构类型和尺寸

1. 螺纹滚道型面的类型

如图3-7所示为目前常用的两种滚道类型：图3-7（a）为单圆弧形，图3-7（b）为双圆弧形。

2. 螺纹滚道形面的主要尺寸和特点

（1）单圆弧形结构，如图3-7（a）所示。

理想接触角：α=45°。

滚道圆弧半径：R=1.04rb，其中rb为滚珠半径。

偏心距：e=sinβ（R-rb）。

特点：接触角随轴向载荷的变化而变化，α增大将使效率增加，轴向刚度增大，承载能力增强。

（2）双圆弧形结构，如图3-7（b）所示。

接触角α基本保持不变，加工成本高。

（3）滚珠的循环方式：循环是维持滚珠做近似纯滚动的必要措施，包括内循环和外循环。

①内循环。

如图3-8所示，滚珠在循环过程中始终没有脱离丝杠，均利用反向器实现滚珠循环。在螺母的侧面孔内装有接通相邻滚道的反向器，利用反向器引导滚珠越过丝杠螺纹顶部进入相邻滚道。图3-8（a）为半剖展示，图3-8（b）为全剖展示。

特点：滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；螺母的径向尺寸小，加工困难，装配调整不易；适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。

②外循环。

滚珠在循环过程中脱离过丝杠，在循环过程结束后滚珠通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。

特点：滚珠循环回路长，流畅性差，效率低；工艺简单，螺母的径向尺寸大，易于制造；挡珠器刚性差，易磨损。

如图3-9（a）所示为螺旋槽式外循环，由套筒、螺母、滚珠、挡珠器及丝杠组成；图3-9（b）为插管式外循环，由弯管、压板、丝杠、滚珠及滚道等组成。

如图3-10所示为端盖式外循环示意图。这种方式应用较少，常以单螺母形式用作升降传动机构。

3. 滚珠丝杠副的主要尺寸参数

如图3-11所示为滚珠丝杠副主要尺寸参数示意图，包括公称直径d0，丝杠大小径d1、d2，螺母大小径D2、D3，滚珠直径DW。

1）公称直径d0

公称直径是指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。

2）基本导程ph

基本导程是指丝杠相对螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的轴向位移。

基本导程小，则精度高，承载能力小。

3）滚珠直径DW

滚珠直径大，则承载能力也大。

4）滚珠个数（N）

滚珠个数过多，流通不畅，易产生阻塞；滚珠个数过少，承载能力小，滚珠加剧磨损和变形，一般取N﹤150。

5）滚珠的工作圈（或列）数（j）

由于第一、第二、第三圈（或列）分别承受轴向载荷的50%、30%、15%左右，因此工作圈（或列）数一般取：j=2.5~3.5。

4. 滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧

滚珠丝杠副轴向间隙调整的目的是保证反向传动精度。

滚珠丝杠副轴向间隙预紧的目的是提高刚度，减少变形量。

常用的方法是双螺母预紧法、单螺母预紧法。

1）双螺母螺纹调隙预紧

特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量调整。

双螺母螺纹调隙式结构示意图如图3-12所示，预紧后左右螺母滚珠状态如图3-13所示。

2）双螺母齿差调隙预紧

特点：可实现定量调整，使用中调整方便。

图3-14所示为双螺母齿差调隙式结构示意图。

两边齿轮同向旋转一个齿时，螺母的轴向位移量为：，可以实现定量微小间隙调整。

3）双螺母垫片预紧调整

特点：结构简单，刚性高，预紧可靠，但使用中调整不方便。

双螺母垫片预紧调整结构示意图如图3-15所示。

4）单螺母变位导程自预紧

特点：结构简单、紧凑，但使用中不能调整，制造困难。

单螺母变位导程自预紧示意图如图3-16所示。

5. 滚珠丝杠副支承方式的选择

1）两端固定

特点：轴向刚度较高，适合高速、高精度；由于两端固定，端克服轴向力。

滚珠丝杠副两端固定支承方式如图3-17所示。

2）一端固定，一端支撑

特点：轴向刚度低，适合中速、精度高的长丝杠。

一端固定、一端支承固定方式如图3-18所示。

3）一端固定，一端自由

特点：轴向刚度低，适合轻载、低速的短丝杠，更适合垂直安装方式。

一端固定、一端自由支承方式如图3-19所示。

图3-19中的结构适合轴向力较小的情形；当轴向力较大时，为了提高刚度，可以使用推力轴承，如图3-20所示。

图3-20（a）为双推—简支式，一端安装推力轴承与深沟球轴承的组合，另一端仅安装深沟球轴承，其轴向刚度较低，使用时应注意减少丝杠热变形的影响。双推端可预拉伸安装，预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、传动精度较高的长丝杠传动系统。

图3-20（b）为双推—自由式，一端安装推力轴承与深沟球轴承的组合，另一端悬空呈自由状态，故轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装的丝杠传动系统。

图3-21为推力轴承几种支承方式示意图。

6. 滚珠丝杠副润滑防护

滚珠丝杠副一般采用脂润滑或滴油润滑，丝杠高速运转时采用喷雾润滑，如图3-22所示。