預(yù)緊力變化對滾珠絲杠的影響

現(xiàn)代機(jī)床工業(yè)的發(fā)展日益向自動(dòng)化、高速、精密、柔性和智能化方向發(fā)展。機(jī)床結(jié)構(gòu)力求簡單、可靠、部件專業(yè)化。它的基本組成部分是CNC部分、傳動(dòng)部分和加工部分。傳動(dòng)部分和加工部分的代表部件有直線導(dǎo)軌、直線電機(jī)、滾珠絲杠副和電主軸。

現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展要求傳動(dòng)精度、定位精度高、進(jìn)給調(diào)速范圍廣，要求響應(yīng)速度快、傳動(dòng)無間隙、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性好、壽命長、使用維修方便和滾珠軸承。滾珠絲杠副正好滿足了這種發(fā)展的需要。

滾珠絲杠是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本機(jī)械傳動(dòng)裝置，其間隙將直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度。為此，應(yīng)盡量消除或減少。在數(shù)控機(jī)床的裝配中，預(yù)緊技術(shù)被廣泛用于消除滾珠絲杠傳動(dòng)的間隙。預(yù)緊是在受拉構(gòu)件的受拉區(qū)施加壓應(yīng)力，產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。當(dāng)構(gòu)件承受載荷產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，必須先抵消預(yù)壓應(yīng)力，然后隨著載荷的不斷增加，受拉區(qū)會(huì)受到影響。拉力，從而提高構(gòu)件的剛度和承載能力。在數(shù)控車床的滾珠絲杠螺母副中，有多種方法可以消除間隙，提高絲杠螺母的接觸剛度。滾珠絲杠副預(yù)緊后，螺母始終被滾珠正反向壓在絲杠上，從而消除了絲杠與螺母之間的軸向間隙和背隙，提高了絲杠的剛性和定位精確。當(dāng)然，如果預(yù)緊力過大，滾珠絲杠的壽命會(huì)降低，摩擦力矩會(huì)增加。太小會(huì)出現(xiàn)縫隙，影響定位精度。

滾珠絲杠的預(yù)緊力是滾珠絲杠副中產(chǎn)生絲杠摩擦力矩的主要參數(shù)。由于滾珠在運(yùn)行過程中需要反復(fù)進(jìn)出絲杠滾道，絲杠的摩擦力矩會(huì)發(fā)生波動(dòng)。對于系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性有較大影響。隨著滾珠絲杠副預(yù)緊力的增加和軸向力的施加，摩擦力矩的波動(dòng)會(huì)相應(yīng)變化，對絲杠的傳動(dòng)性能產(chǎn)生很大影響。目前對滾珠絲杠副的研究主要集中在對絲杠的影響和軸向接觸剛度的力學(xué)模型上，因此忽略了預(yù)緊力對摩擦力矩波動(dòng)的影響，而對于滾珠絲杠來說，摩擦扭矩波動(dòng)對絲杠在中低速時(shí)的傳動(dòng)性能影響較大。

在滾珠絲杠副的軸向載荷作用下，中間元件的滾珠被分割不要接觸螺母或絲杠滾道。接觸可以看作是兩個(gè)自由曲面彈性體在壓力作用下的點(diǎn)接觸問題。研究表明，增加預(yù)緊力可以提高剛性。絲杠的工作狀態(tài)極為重要，在軸向力的作用下，絲杠滾珠所受的力在兩個(gè)方向上發(fā)生變化，從而使絲杠滾珠在預(yù)緊力下的力發(fā)生變化，并且在軸向載荷作用下的力發(fā)生變化。球力變化是預(yù)載下的球力偏移。

滾珠絲杠副承受工作載荷時(shí)，工作螺母的實(shí)際受力在原預(yù)緊力的基礎(chǔ)上增加，預(yù)緊螺母的實(shí)際受力比預(yù)緊力減小擰緊力。滾珠在受力方向上的接觸應(yīng)力增大，在軸向上發(fā)生一定的位移，使?jié)L珠在受力方向上的受力變小。在預(yù)緊力不足或軸向力過大的情況下，絲杠螺母會(huì)有接觸間隙。同時(shí)，在換向器滾道絲杠滾珠入口處，由于絲杠的預(yù)緊作用，滾珠必須達(dá)到絲杠摩擦阻力產(chǎn)生的扭矩，才能使?jié)L珠進(jìn)入滾道，而克服摩擦阻力產(chǎn)生的力矩的力是由出口處的滾珠提供的，所以絲杠出口處的滾珠上的力會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦阻力，從而導(dǎo)致絲桿的摩擦力矩絲杠波動(dòng)，影響滾珠絲杠副的傳動(dòng)穩(wěn)定性。

可見滾珠絲杠副的預(yù)緊力不宜過大或過小。如果太大，可以提高系統(tǒng)的軸向剛度，但會(huì)影響系統(tǒng)的傳動(dòng)穩(wěn)定性；如果太小，可以降低球啟動(dòng)時(shí)的阻力，但會(huì)影響系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，所以滾珠絲杠副預(yù)緊力的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定，不宜過大或過小。

滾珠絲杠是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想產(chǎn)品。滾珠絲杠由絲杠、螺母和滾珠組成。它的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，是滾珠絲杠的進(jìn)一步延伸和發(fā)展。這一發(fā)展的重要意義是將軸承從滑動(dòng)動(dòng)作變?yōu)闈L動(dòng)動(dòng)作。滾珠絲杠是機(jī)床和精密機(jī)械中最常用的傳動(dòng)元件。它的主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)化為軸向往復(fù)力。

由于滾珠絲杠副的絲杠軸和絲杠螺母之間滾動(dòng)的滾珠較多，因此可以獲得較高的運(yùn)動(dòng)效率。同時(shí)，滾珠絲杠副采用滾珠運(yùn)動(dòng)，因此啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)有滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。爬行現(xiàn)象，可以保證精確的微進(jìn)給。另外，滾珠絲杠副可以預(yù)緊，由于預(yù)緊，軸向游隙可以達(dá)到負(fù)值，從而獲得更高的剛性。滾珠絲杠以其高精度、可逆性和高效率被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。

1/5