HIWIN滾珠絲桿|絲桿支撐座

滾珠絲杠副基礎知識 
1.什么是滾珠絲杠副？
滾珠絲杠副是由絲杠，螺母，滾珠組成的機械元件。其作用是將旋轉運動轉變為直線運動，或逆向由直線運動變為旋轉運動。絲杠、螺母之間用滾珠做滾動體。
2.滾珠絲杠副有哪些特點？
（1）傳動效率高。(達85%—98%)。
（2）靈敏度高。（無顫動、無爬行，同步性好）。
（3）定位精度高。(可以實現無間隙傳動，剛度強，溫升小)。
（4）使用壽命長。（是普通滑動絲杠的4倍以上，磨損小，精度保持期長）。
（5）使用、潤滑和維修方便、可靠。
（6）可逆向傳動，不自鎖。（在垂直使用或需急停時，應附加自鎖或制動裝置）
3.螺紋滾道的單圓弧、雙圓弧各有何特點？
單圓弧的優點是無偏心，工藝上易獲得，缺點是用于“T類”絲杠時軸向間隙大，運動滯后，若減小間隙，滾珠接觸點低，受力差，加工時磨出“油槽”，測不準節圓（滾珠或測棒與滾道圓弧不相切）。雙圓弧避免了上述缺點，但工藝上難獲得。
4.雙圓弧滾道有什么特點？
主要是為了便于測準節圓。
5.滾道底部的小圓弧起什么作用？
此小圓弧熟稱“油槽”，使用中可存油及容異物，加工中起工藝作用。減少磨削徑向力。
6.什么是內循環、外循環滾珠絲杠副？它們是如何分類的？
一般定義為：滾珠在循環中始終不脫離絲杠表面的為內循環，反之為外循環。內循環有浮動（F）與固定（G）之分，外循環有螺旋槽（L）、插管（C）和端蓋（DG）之分，其中插管式又有埋入式（CM）和凸出式（CT）之別。相對來說，內循環滾珠絲杠副的螺母安裝直徑可以更緊湊，因此應用也最廣泛。
7.浮動內循環返向器有何特點？
優點是：
（1）流球通道為立體相切對稱變曲率腔，技術含量高；
（2）圓形孔工藝性好，螺母軸向距離小，外徑尺寸緊湊；
（3）凸筋既定位，又鏟球，起雙重作用；
（4）型腔為半開空間隧道，流球順暢，與絲杠外徑不摩擦；
（5）塑料制成，成本低，吸收振動，噪音小；
（6）可在上下及圓周方向上微量浮動，經跑合后自動趨向最佳位置；
（7）有效保護絲杠主體（滾珠脫落故障時，僅返向器損壞）；
（8）直徑適用范圍廣，還可用于雙線（雙頭）螺紋；
   缺點是：
（1）不耐高溫（適用范圍±60℃）；
（2）絲杠滾道必須一端開通才可以裝配。
8.插管循環方式的特點是什么？
    滾珠在插管內返向平滑，傳動平穩：缺點是螺母安裝尺寸大，管舌處薄弱，耐磨性、抗沖擊性差。不適用于螺母轉速高的場合。
9.端蓋式循環方式的特點是什么？
    徑向尺寸大，軸向尺寸特小，尤其適合大導程多線螺紋；缺點是滾珠易產生撞擊、跳動，摩擦損失。端蓋式無法進行雙螺母預緊
10.螺旋槽循環方式是否應逐漸淘汰？
螺旋槽式雖然安裝尺寸大，工藝復雜，傳動不平穩，安裝槽有方向性要求（朝上）；但擋珠器可阻擋硬性異物進入螺母內，擋球可靠，適用高低溫范圍非常廣，所以還不能淘汰，尤其多用于軍工產品。
11.雙螺母預緊型滾珠絲杠副有何特點？
浮動內循環法蘭—直筒組合的墊片預緊型應用最為普遍，內循環安裝外徑小，組合安裝方便，調整預緊力簡便，使用磨損出現間隙，還可自行調整多次使用。
12.變位預緊型與增大球徑預緊型有何異同點？
都是單螺母消隙，無雙螺母的組合誤差，軸向尺寸特小；但兩者磨損出現間隙后一般無法再達到預緊效果，一般用于中、低負荷。
變位預緊型傳動效率高，精度保持期長，用于精密定位。增大球徑預緊型承載力大（是位預緊型的兩倍），但磨損快，用于中、低精度。
13.齒差式預緊的分類與特點？
有內、外齒式兩種，預緊力可任意調節，但較為復雜，成本高。
14.圓柱式預緊的分類與特點？
有直銷、橫銷兩種，預緊可靠性差，較易出現間隙，成本低。
15.雙直筒型預緊的特點？
 徑向尺寸小，既可增大墊片也可減小墊片厚度預緊，螺母座復雜。
16.雙法蘭型預緊的特點？
徑向尺寸大，既可增大墊片也可減小墊片厚度預緊。“面對面”型安裝拆卸困難，“背對背”型減少了一個螺母的行程。
17.現行滾珠絲杠副標準（GB）經歷了怎樣的演變？
早期的蘇Q/J.JB11-78標準，是國內最早的一部地方專業標準，精度代號分C-J-B-P-T級別，B為標準級。稍后的JB3162-82是應用時間最長、影響最廣的一部部頒標準，它參照德國DIN69051標準，精度代號分為:C-D-E-F-G-H級別，E為標準級。再稍后的JB/GQ1098—87是JB3162—82的補充件。JB/T3162—91標準套用國際標準，仍為部頒標準。現行標準為：GB/T17587.3—1998，等效采用國際標準ISO3408—1992.精度代號為：1-2-3-4-5-7-10，4級為標準級。
18.區分公稱直徑d0與節圓直徑Dpw有何意義？
公稱直徑d0起標識作用，無公差，取整數值，起便于商務和管理的作用。       
節圓直徑DPW有公差帶，可一為小數，在工程計算上起參數作用。
19 區分定位（P類）與傳動（T類）類別有何意義?
兩者使用的場合、作用不同。P類用于精密定位。T類用于受力傳動，螺紋精度僅查全長內行程偏差及任意300mm內行程變動量，要求遠遠低于相同級別的P類。
20 滾珠絲杠副要檢查哪幾類要求？
查安裝尺寸，幾何精度，性能，外觀四類要求。
21 滾珠螺紋精度的含義？
    螺母相對于絲杠旋轉所行走的距離叫“行程”.實際走的距離與希望（理想）走的距離的差值叫“行程偏差”。螺母在絲杠每一段上走的偏差不盡相同，取其平均值交“平均行程偏差”。因它是在螺紋全長（當然，是指有效范圍）上測取的，故俗稱叫“全長。螺旋線在一定范圍內波動變化，沿著一條“中軸線”，波峰與波谷各自之間的連線形成了一條“帶子”，線沒有寬度，而帶子是有寬度的。俗稱“帶寬”，即指全長上的行程變動量寬度范圍。實際上，任意300mm內變動量（俗稱“300”）和一牙內變化量（俗稱“2π”或“周期”）都是“帶寬”的概念。只是度量區間長短而已。
“全長”、“帶寬”、“300”、和“周期”是檢查螺旋線誤差的四個項目，其中“300”是最主要項目。（嚴格定義參見GB/T17587.3—1998）
22.什么是行程補償值C？工藝上如何獲得？
目標行程減公稱行程等于行程補償值C（Ls-L0=C）,作用是用以補償絲杠工作時由于溫升和載荷引起的伸長量。工藝上可用修正尺法和溫升法獲得，C值通常取負值。
23.產品樣本中額定靜載荷C0a與額定動載荷C0的含義？
使鋼球產生萬分之一變形量的軸向力叫額定靜載荷C0a。
轉數為一百萬轉，使絲杠副出現疲勞現象的軸向力，叫額定動載荷C0。
24.剛度Kc的含義與檢查？
剛度值是指鋼球與滾道間的軸向剛度值，是根據國際標準理論計算的。
25.滾珠絲杠副的材料？
90%為軸承鋼GCr15,此外還有滲碳鋼20CrMnTi、氮化鋼38CrMoAl、不銹鋼4Cr13等，插管為不銹鋼1Cr18Ni9Ti,浮動式返向器為工程塑料。
26.磨制滾珠絲杠需經過哪些熱處理？各有何作用？
 熱處理內容作用
1)球化退火HB170-217 預備熱處理；便于加工，好校直
2)調質HB230-270 預備熱處理；提高芯部強度韌性
3）高溫回火 去除初加工應力
4）感應淬火G58 使滾道耐磨而芯部較軟不易折斷
5）冰冷處理 穩定組織，用于高精度（1-3級）
6）中心孔淬火H42 使中心孔表面耐磨，工藝作用
7）時效處理 去除半精加工應力
27 磨制滾珠絲杠的機加工工序流程內容？
1） 備料——2）球退（或調質）——3）粗車——（高回或調質）——4）半精車——5）銑——6）校直——7）修锪中心孔——8）淬火——9）校直——10）研中心孔——11）粗磨外圓——12）磨油槽——13）粗磨滾道——14）校直——15）時效——16）研中心孔——17）精磨外圓——18）精磨滾道——19）裝配
28.滾珠絲杠副安裝、使用常出現的故障？
     故障現象 可能的原因
1）滾珠脫落，絲杠“咬毛” 一般為用戶不慎所致，行程過位或不自鎖
2）軸勁折斷 同軸度差；安裝“三點”不成“一線”
3）試運轉出現金屬末 清潔度差，表面粗糙，跑合少
4）螺母緊，間隙大 用戶支承或傳動鏈問題；防塵圈干涉
5）螺母緊，仍有少量“間隙” 即空行程現象，系滾道載形誤差大所致
6）雙螺母松弛 假象預緊，預緊不可靠
7) 防塵圈脫落 緊定螺釘不到位；用戶行程過位
29.滾珠絲杠副實現自鎖的方法？
（1）配裝自鎖器；
（2）電機自鎖（步進電機，電液、電磁制動電機）；
（3）預緊自鎖（較少采用）；
（4）蝸輪蝸桿自鎖。

滾珠絲杠的設計計算與選用

滾珠絲杠是將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產品。
滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發展，這項發展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業設備和精密儀器。
滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動，或將扭矩轉換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。  
  1)與滑動絲杠副相比驅動力矩為1/3 
  由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到1/3以下,即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。
  2)高精度的保證
  滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機械設備連貫生產出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環境方面,對溫度?濕度進行了嚴格的控制,由于完善的品質管理體制使精度得以充分保證。
  3)微進給可能
  滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動,所以啟動力矩極小,不會出現滑動運動那樣的爬行現象,能保證實現精確的微進給。
  4)無側隙、剛性高
  滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力,在實際用于機械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。
  5)高速進給可能
  滾珠絲杠由于運動效率高、發熱小、所以可實現高速進給(運動)。

滾珠絲杠副特性
   傳動效率高
滾珠絲杠傳動系統的傳動效率高達90%～98%，為傳統的滑動絲杠系統的2～4倍，所以能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運動轉為旋轉運動（運動可逆）。 
   運動平穩
滾珠絲杠傳動系統為點接觸滾動運動，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟動時無顫動、低速時無爬行現象，因此可精密地控制微量進給。 
   高精度
滾珠絲杠傳動系統運動中溫升較小，并可預緊消除軸向間隙和對絲杠進行預拉伸以補償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復定位精度。 
   高耐用性
鋼球滾動接觸處均經硬化（HRC58～63）處理，并經精密磨削，循環體系過程純屬滾動，相對對磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。 
   同步性好
由于運動平穩、反應靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動系統同時傳動幾個相同的部件或裝置，可以獲得很好的同步效果。 
   高可靠性
與其它傳動機械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統故障率很低，維修保養也較簡單，只需進行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態下工作。
   無背隙與高剛性
滾珠絲杠傳動系統采用歌德式（Gothic arch）溝槽形狀、使鋼珠與溝槽達到最佳接觸以便輕易運轉。若加入適當的預緊力，消除軸向間隙，可使滾珠有更佳的剛性，減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，達到更高的精度。

滾珠絲杠螺母副因優良的摩擦特性，并且可以消除方向間隙并施加預載，高精度和高靈敏度使其廣泛的運用于各種工業設備。    早在19世紀末就發明了滾珠絲杠螺母副，但很長一段時間未能實際應用，因制造難度太大。世界上第一個使用滾珠絲杠螺母副的是美國通用汽車公司薩吉諾分廠，它將滾珠絲杠螺母副用于汽車的轉向機構上。1940年，美國開始成批生產用于汽車轉向機構的滾珠絲杠副，1943年，滾珠絲杠螺母副開始用于飛機上。精密螺紋磨床的出現使滾珠絲杠螺母副在精度和性能上產生了較大的飛躍，隨著數控機床和各種自動化設備的發展，促進了滾珠絲杠螺母副的研究和生產。50年代末期開始研制用于程控機床、數控機床的滾珠絲杠副。40多年來，由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點，被廣泛應用于機械、航天、航空、核工業等領域。現在，滾珠絲杠副已成為機械傳動與定位的首選部件。

滾珠絲杠螺母傳動副在數控機床上的運用十分普遍，主要用于機床主軸的傳動，將來自電機的旋轉運動轉化為執行部件的直線運動。為了提高進給運動的位移精度，減少傳動誤差，除了要保證各個傳動部件的制造精度、裝配精度，還要在數控機床的傳動系統中采用各種間隙消除機構，采用合理的預緊措施來消除傳動間隙。本文主要介紹滾珠絲杠螺母副的發展、種類、調隙方法以及在數控機床種的作用。

現代機床業的發展日益向著自動化、高速化、精密化、柔性化、智能化的方向發展,機床的結構力求簡單、可靠、部件專業化,其基本組成部分已可分為數控部分、傳動部分、加工部分。其中的傳動部分與加工部分的代表部件為直線導軌、直線電機、滾珠絲杠副與電主軸。滾珠絲杠副作為主要的傳動部件之一,已有50多年的發展歷史,但其大規模的應用卻是近二十多年的事情。現代機床的發展,需要高的傳動精度、定位精度,以及寬的進給調速范圍,要求響應速度快,傳動無間隙,傳動機構穩定性好,壽命長,使用維護方便,滾珠絲杠副正好適應了這種發展的需要。2滾珠絲杠副工作原理滾珠絲杠副是將螺母與絲杠分別加工成凹半圓弧形成螺紋,在螺紋之間放入滾珠形成的。滾珠沿螺旋滾道滾動,帶動螺母或絲杠軸向移動,將原先傳動中使用的T形絲杠的螺紋摩擦變為滾動摩擦,因為降低了摩擦阻力,消除了局部爬行現象,從而提高了傳動精度與傳動機械效率。滾珠絲杠副有很多優點,主要為傳動效率高,約為92%～96%,可消除軸向移動產生的間隙,定位精度高,剛度好,運動平穩,無爬行現象,傳動精度好。

絲杠螺母副發展
早在19世紀末就發明了滾珠絲杠螺母副，但很長一段時間未能實際應用，因制造難度太大。世界上第一個使用滾珠絲杠副的是美國通用汽車公司薩吉諾分廠，它將滾珠絲杠副用于汽車的轉向機構上。1940年，美國開始成批生產用于汽車轉向機構的滾珠絲杠副，1943年，滾珠絲杠副開始用于飛機上。精密螺紋磨床的出現使滾珠絲杠副在精度和性能上產生了較大的飛躍，隨著各種自動化設備的發展，促進了滾珠絲杠副的研究和生產。從50年代開始，在工業發達的國家中，滾珠絲杠副生產廠家如雨后春筍般迅速出現，例如：美國的WARNER-BE***ER公司、GM－SAGINAW公司；英國的ROTAX
隨著機械產品向高速、高效、自動化方向發展，其進給驅動速度不斷提高，大導程滾珠絲杠副的出現，滿足了高速化的要求
。
絲杠螺母副分類：
絲杠螺母副是運動變換機構，其功用是將旋轉運動變換成直線運動。按絲杠與螺母的摩擦性質分類： 
① 滑動絲杠螺母副，主要用于舊機床的數控化改造、經濟型數控機床等；3 N+ S5 Q4 {8 d! b& R+ 
② 滾珠絲杠螺母副，廣泛用于中、高檔數控機床；
③ 靜壓絲杠螺母副，主要用于高精度數控機床、重型機床。o
滾珠絲杠螺母副的組成與結構原理

組成：主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道（回珠器）螺母座等組成。
滾珠絲杠副的結構傳統分為內循環結構(以圓形反向器和橢圓形反向器為代表)和外循環結構(以插管為代表)兩種。這兩種結構也是最常用的結構。這兩種結構性能沒有本質區別，只是內循環結構安裝連接尺寸小；外循環結構安裝連接尺寸大。目前，滾珠絲杠副的結構已有10多種，但比較常用的主要有：內循環結構；外循環結構；端蓋結構；蓋板結構。 
滾珠絲杠副主要結構
內循環結構反向器的形狀有多種多樣，但是，常用的外形就是圓形和橢圓形。由于圓形滾珠反向通道較短，因此，在流暢性上不如橢圓形結構。現在，最好的反向器結構為橢圓形內通道結構，由于滾珠反向不通過絲杠齒頂，類似外循環結構，因此，消除了絲杠齒頂倒角誤差給滾珠反向帶來的影響。但由于制造工藝較復雜，影響了這種結構的推廣。
 滾珠絲杠副結構特點比較 
種類  特點  循環圈數  螺母尺寸 
  圈數  列數  
內循環結構  通過反向器組成滾珠循環回路，每一個反向器組成1圈滾珠鏈。因此承載小。適應于微型滾珠絲杠副與普通滾珠絲杠副。  1  2列以上  小 
外循環結構  通過插管組成滾珠循環回路，每一個插管至少1.5圈滾珠鏈，因此，承載大。適應于小導程、一般導程、大導程與重型滾珠絲杠副。  1.5以上  1列以上  大 
端蓋結構  通過螺母兩端的端蓋組成滾珠循環回路，每個回路至少1圈滾珠鏈，承載大。適應于多頭大導程、超大導程滾珠絲杠副。  1以上  2列以上  小
蓋板結構  通過蓋板組成滾珠循環回路，每個螺母一個蓋板，每個蓋板組成至少1.5圈滾珠鏈。適應于微型滾珠絲杠副。  1.5以上  1  中

1.工作原理

滾珠絲杠螺母副是在絲杠和螺母之間放入滾珠， 絲杠與螺母間成為滾動摩擦的傳動副。滾珠絲杠副的結構示意圖。絲杠和螺母均制有圓弧形面的螺旋槽，將它們裝在一起便形成了螺旋滾道，滾珠在其間既自轉又循環滾動。
滾珠絲杠螺母副和傳統絲杠螺母副系統的比較
傳統絲杠螺母副傳動部件是把回轉運動變換為直線運動的重要傳動部件。由于傳統絲杠螺母機構是連續的面接觸，傳動中不會產生沖擊，傳動平穩，無噪聲，并且能自鎖。因絲杠的螺旋升角較小，所以用較小的驅動力矩，可獲得較大的牽引力。但是，絲杠螺母的螺旋面之間的摩擦為滑動摩擦，故傳動效率低。滾珠絲杠傳動效率高，而且傳動精度和定位精度均很高，在傳動時靈敏度和平穩性亦很好；由于磨損小，使用壽命比較長。但絲杠及螺母的材料、熱處理和加工工藝要求很高，故成本較高。
滾珠絲杠螺母副螺旋傳動除具有螺旋傳動的一般特征（降速傳動比大及牽引力大）外，與滑動螺旋傳動相比，具有下列特性：
    1）傳動效率高，在滾珠絲杠副中，自由滾動的滾珠將力與運動在絲杠與螺母之間傳遞。這一傳動方式取代了傳統螺紋絲杠副的絲杠與螺母間直接作用方式，因而以極小滾動摩擦代替了傳統絲杠的滑動摩擦。使滾珠絲杠副傳動效率達到90%以上，整個傳動副的驅動力矩減少至滑動絲杠的1/3左右，發熱率也因此得以大幅降低。
    2）定位精度高    滾珠絲杠副發熱率低，溫升小以及在加工過程中對絲杠采取預拉伸并預緊消除軸向間隙等措施，使絲杠副具有高的定位精度和重復定位精度。
    3）傳動可逆性，滾珠絲杠副沒有滑動絲杠粘滯摩擦，消除了在傳動過程中可能出現的爬行現象，滾珠絲杠副能夠實現兩種傳動方式━將旋轉運動轉化為直線運動或將直線運動轉化為旋轉運動并傳遞動力。
    4）使用壽命長，由于對絲杠滾道形狀的準確性、表面硬度、材料的選擇等方面加以嚴格控制，滾珠絲杠副的實際壽命遠高于滑動絲杠。
    5）同步性能好，由于滾珠絲杠副運轉順滑、消除軸向間隙以及制造的一致性，采用多套滾珠絲杠副方案驅動同一裝置或多個相同部件時，可獲得很好的同步工作。
滾珠絲杠螺母副的種類及在數
控機床中的調隙方法
滾珠絲杠螺母副的種類
滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動體的螺旋傳動元件。滾珠絲杠副有多種結構型式。按滾珠循環方式分為外循環和內循環兩大類。外循環回珠器用插管式的較多，內循環回珠器用腰形槽嵌塊式的較多。
    按螺紋軌道的截面形狀分為單圓弧和雙圓弧兩種截形。由于雙圓弧截形軸向剛度大于單圓弧截形，因此目前普遍采用雙圓弧截形的絲杠。
    按預加負載形式分，可分為單螺