滾珠絲杠的特點及誤差分析

滾珠絲杠副主要由絲杠、螺母、滾珠和反向器組成。在具有螺旋槽的絲杠和螺母中間裝有中間傳動元件，即滾珠，滾珠組成循環(huán)的滾珠鏈。當絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠沿螺紋滾道滾動，在此運動過程中，滾珠不但繞絲杠公轉(zhuǎn)，其自身還在自轉(zhuǎn)。所以滾珠不但與絲杠、螺母間產(chǎn)生摩擦，而且相互間也產(chǎn)生摩擦。為了防止?jié)L珠從滾道內(nèi)滾出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，如反向器和擋珠器，它們與螺旋滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺旋滾道內(nèi)即自轉(zhuǎn)又沿螺旋滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動。

由上述工作原理可知，滾珠絲杠以滾動摩擦代替滑動摩擦，因此具有以下特點：

①摩擦損失小、傳動效率高：滾珠絲杠副的摩擦損失小，傳動效率可達90%～96%，為滑動絲杠的2~4倍。

②磨損小、壽命長：通常，滾珠絲杠副的絲杠、螺母以及滾珠都是經(jīng)過淬硬的，表面粗糙度低，滾動摩擦的磨損小，因而具有良好的耐磨性，即其精度保持性能好，工作壽命長。

③軸向剛度高：由于滾珠絲杠副可以完全消除傳動間隙，而不至于影響絲杠運動的靈活性，因而可以獲得較高的軸向剛度，而且通過預(yù)緊可再次提高軸向剛度。

④摩擦阻力小、運動平穩(wěn)：由于滾珠絲杠是滾動摩擦，動、靜摩擦系數(shù)相差極小，其摩擦阻力幾乎與速度無關(guān)，而且靜止摩擦力極小，啟動力矩與運動力矩近于相等。因此靈敏度高，運動較平穩(wěn)，啟動時無顫動，低速傳動時無爬行現(xiàn)象。

⑤不能自鎖、具有傳動的可逆性：由于滾珠絲杠副沒有自鎖能力，故具有傳動的可逆性。當它用于垂直升降傳動系統(tǒng)時，必須增設(shè)自鎖裝置或制動裝置，以防止產(chǎn)生逆?zhèn)鲃印?/span>

滾珠絲杠副在傳動過程中存在很多誤差，包括滾珠絲杠副自身的制造誤差、熱變形誤差、受力變形誤差、安裝誤差等。大量研究表明，熱誤差是影響高速機床加工精度的主要因素之一，約占機床總誤差的40%-70%。熱變形誤差產(chǎn)生的過程為：發(fā)熱部位產(chǎn)生熱量，熱量通過接觸面向周圍傳遞，最終導(dǎo)致機床關(guān)鍵部件變形，從而產(chǎn)生誤差。與之相對應(yīng)，防止和減少熱變形誤差的方法有三種；①降低熱源；②控制熱流；③熱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)計。滾珠絲杠進給系統(tǒng)的主要熱源是螺母的移動引起的摩擦生熱和軸承的旋轉(zhuǎn)摩擦生熱。影響此摩擦生熱的主要因素包括螺母的移動速度、潤滑劑的使用情況以及零件間的裝配關(guān)系等。滾珠絲杠的熱變形誤差是影響滾珠絲杠進給系統(tǒng)定位精度的主要因素。所以滾珠絲杠的熱特性分析是高速高精度機床必須要考慮的關(guān)鍵技術(shù)。

滾珠絲杠進給系統(tǒng)的主要熱源是螺母的移動引起的摩擦生熱和軸承的旋轉(zhuǎn)摩擦生熱。影響此摩擦生熱的主要因素包括螺母的移動速度、潤滑劑的使用情況以及零件聞的裝配關(guān)系等。雖然機床的切削熱產(chǎn)生于機床內(nèi)部且發(fā)熱量很大，但切削熱對滾珠絲杠的進給系統(tǒng)影響很小，而且切削熱能夠及時被切屑和冷卻液帶走。所以這里只考慮軸承發(fā)熱和螺母發(fā)熱。

為了補償滾珠絲杠熱變形對滾珠絲杠迸給系統(tǒng)定位精度的影響，常常采用預(yù)拉伸滾珠絲杠的方法。滾珠絲杠的預(yù)拉伸通過滾珠絲杠兩端的螺紋部分的鎖緊螺母的預(yù)緊達到的，相當于給滾珠絲杠的支撐軸承添加預(yù)負荷，其主要目的是：①提高滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)精度；②提高滾珠絲杠的剛性③補償滾珠絲杠的熱膨脹；④抑制滾珠絲杠的振動和異常噪音的發(fā)出⑤防止?jié)L動體的滑動（公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)滑動）；⑥決定滾動體的位置。

隨著科技的進步和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，對機床的精度要求越來越高，誤差研究及其補償技術(shù)引起了人們的重視，許多學(xué)者在誤差研究方面投入了大量的工作也取得了一定的成果。其中對滾珠絲杠變形誤差的研究也越來越多，例如國防科技大學(xué)的粟時平在他的博士論文中對滾珠絲杠的進給系統(tǒng)及其滾珠絲杠的微特性進行了深入細致的研究。等外國學(xué)者對滾珠絲杠的高精度、變形、誤差的控制與跟蹤等方面進行了大量的研究。隨著滾珠絲杠副應(yīng)用的推廣以及人們對高精度的要求的提高，將推動著越來越多的學(xué)者進行更深一步的研究。