滚珠丝杠图片

作为世界上最大的机床消费国，中国的制造业已经发展成为支柱产业。由于汽车工业的发展，对机床的速度和效率提出了新的更高的要求。据了解，我国机床数控化率发展迅速。

日本机床的数控率从一开始的40%提高到现在的90%，大概用了15年的时间。以中国目前的发展速度来看，估计不需要那么多时间就能达到日本目前的水平。提高数控机床功能部件的性能和质量已成为中国机床工业发展的当务之急。

为实现其高性能，国产机床驱动中使用高精度滚珠丝杠的比例大幅提高。目前机床使用的滚珠丝杠是价格较低的国产，精度较高的日本、欧洲等进口产品。对加工速度、精度、寿命、稳定性要求高的机床，往往采用进口产品。

随着机床速度的提高，导轨的使用也从滑动变为滚动。在中国，由于机床速度低和制造成本，滑动导轨仍占大多数，但使用滚珠导轨和滚柱导轨的机床数量正在迅速上升。由于滚动导轨具有速度高、寿命长、预紧、安装方便等优点，随着机床性能和数控要求的提高，提高滚动导轨的利用率是必然趋势。

一、简介

滚珠丝杠是将旋转运动转化为直线运动或直线运动转化为旋转运动的理想产品。

滚珠丝杠由丝杠、螺母、钢球、预压件、反向器和防尘装置组成。其作用是将旋转运动转化为直线运动，是Acme螺杆的进一步延伸和发展。这一发展的重要意义是将轴承由滑动运动变为滚动运动。滚珠丝杠由于摩擦阻力小，广泛应用于各种工业设备和精密仪器中。

滚珠丝杠是机床和精密机械中最常用的传动元件。其主要功能是将旋转运动转化为直线运动或扭矩转化为轴向重复力，具有高精度、可逆、高效率的特点。

滚珠丝杠的主要参数有:公称直径和导程。

二、原理

1.根据国家标准GB/T17587.3-1998及其应用实例，滚珠丝杠(已基本取代梯形丝杠，俗称丝杠)用于将旋转运动转化为直线运动；或者是将直线运动转化为旋转运动，传动效率高，定位准确的执行器。

2.当以滚珠丝杠为主体时，螺母会随着丝杠的旋转角度按照相应规格的导程转换成直线运动，被动工件可以通过螺母座与螺母连接，从而实现相应的直线运动。

滚珠丝杠轴承提供了广泛的标准化产品，以满足各种用途。广泛应用于机床，滚珠的循环方式有循环导管式、循环器式和端盖式。预压方法包括定位预压(双螺母法和位置预压法)和恒压预压。可以根据用途选择合适的类型。有高精度研磨的精密滚珠丝杠(精度从CO-C7分6级)和高精度冷轧的冷轧滚珠丝杠轴承(精度从C7-C10分3级)。

三、用途

超高DN滚珠丝杠:高速机床，高速综合加工中心机床。

端盖滚珠丝杠:快速装卸系统、通用工业机械、自动化机械。

高速滚珠丝杠:数控机械、精密机床、工业机械、电子机械、高速机械。

精密研磨滚珠丝杠:数控机械、精密机床、工业机械、电子机械、输送机械、航空航天工业、其他天线中使用的执行器和阀门开关装置等。

螺母旋转(R1)系列滚珠丝杠:半导体机械、工业机器人、木工机械、激光加工机、输送设备等。

滚动级滚珠丝杠:摩擦小，运转平稳，供货快，价格低。

重型滚珠丝杠:全电动注塑机、冲床、半导体制造设备、重型制动器、工业机械、锻造机械。

四、类型

常见的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠在循环的过程中有时会脱离与螺杆的接触，称为外循环；始终与丝杠接触的称为内循环。

1)外部循环:

外循环是指滚珠经过循环过程后，通过螺母外表面的螺旋槽或套管回到丝杠螺母，然后重新进入循环。外循环滚珠丝杠螺母副的返回方式主要有端盖式、插管式和螺旋槽式。

常用的外循环方式有端盖式、插管式和螺旋槽式。

端盖式，在螺母上加工一个纵向孔作为球的回流通道，螺母两端的盖板上有球的回流口，球从回流口进入回流管形成循环。

插管式，用弯管做回水管，工艺性好，但管子径向尺寸较大，因为是从螺母体中伸出来的。

螺旋槽式，在螺母的外圆上铣出一个螺旋槽，在槽的两端钻通孔，并与螺纹滚道相切，形成回流通道。这种结构的径向尺寸比插管结构小，但是制造起来更复杂。外循环滚珠丝杠的外循环结构和制造工艺简单，应用广泛。它的缺点是滚道的接缝很难抹平，影响了滚珠滚道的光滑度。

2)内循环:内循环采用换向器实现滚珠循环，换向器有两种。

圆柱形凸键反向器，其圆柱形部分嵌入螺母中，在端部具有反向凹槽。反向槽由圆柱形外表面和位于其上端的圆形键定位，以确保与螺纹滚道方向对齐。

扁圆形镶块的反向器为普通圆头平键镶块，镶块嵌入螺母的切槽内，镶块的端部设有反向槽，反向槽由镶块的外轮廓定位。

与两种反向器相比，后者尺寸更小，从而减小了螺母的径向尺寸，缩短了轴向尺寸。但是，这种反向器的外轮廓和螺母上的凹槽的尺寸精度要求很高。

类别选择

滚珠丝杠螺母按钢球的循环方式可分为弯头式、循环器式和端盖式。这三种流通方式的特殊性。

肘型

N、BNF、BNT、BNFN、BIF和BTK)。

循环导板(HBN型)

这几款是最典型的螺母，钢球是用弯管循环的。钢珠从螺旋轴的凹槽中舀出，进入弯管，再回到凹槽中做无限圆周运动。

循环器类型(DK、DKN、DIK、JPF和DIR类型)

这几个型号是最小的螺母，通过循环器改变钢球的行进方向，穿过螺杆轴的外径，回到原位，做无限圆周运动。

端盖类型

(K、SDA、KH、WHF、BLK、WGF、BLW、WTF、CNF和BLR)

这些型号是最适合高速进给的螺母。钢球被端盖从螺杆轴的凹槽中舀到螺母的通孔中，再通过通孔回到凹槽中做无限圆周运动。

五、特点

1.摩擦损失小，传动效率高。

因为有许多滚珠在滚珠丝杠副的丝杠轴和丝杠螺母之间滚动，所以可以获得高的运动效率。与过去的滑动螺旋副相比，驱动力矩不到1/3，即达到同样的运动结果所需的功率是使用滑动螺旋副的1/3。这对节约用电很有帮助。

2、精度高

滚珠丝杠副一般采用世界最高水平的机械设备生产，特别是在磨削、装配、各工序工厂环境检查等方面，严格控制温度和湿度，由于完善的质量管理体系，精度得到充分保证。

3.高速进给和微量进给的可能性

由于滚珠丝杠副采用滚珠运动，启动力矩很小，不会出现像滑动运动那样的爬行现象，可以保证精确的微进给。

4、高轴向刚度

滚珠丝杠副可以预压，因为预压可以使轴向游隙达到负值，进而获得较高的刚度(滚珠丝杠实际用于机械设备时，由于滚珠的排斥力，可以增强母部的刚度)。

5、不自锁，具有传递的可逆性。

六、滚珠丝杠的保护

滚珠丝杠副可以，提高耐磨性和传动效率。剂分为油和脂两大类。油，90 ~ 180号汽轮机油或140号锭子油。脂可以是锂基脂。在螺纹滚道和安装螺母的壳体空之间加入脂，同时通过壳体上的油孔向螺母空注入油。

只要防止磨粒和化学活性物质进入，滚珠丝杠副和其他滚动摩擦传动元件就可以认为是几乎无磨损地工作。但如果污垢掉入滚道或使用不干净的油，不仅会阻碍滚珠的正常运转，还会急剧增加磨损。

通常螺母副用毡圈密封，毡圈的厚度为螺距的2 ~ 3倍，内孔做成螺纹的形状，使其紧紧包住螺杆，放入螺母或套筒两端的槽孔中。

除了软毡，密封圈也可以用耐油橡胶或尼龙制成。由于密封圈与丝杠直接接触，防尘效果好，但也增加了滚珠丝杠螺母副的摩擦阻力矩。为了避免这种摩擦阻力矩，可以采用硬塑料制成的非接触式迷宫密封环，内孔做成与丝杠螺纹滚道相反的形状，留有一定的间隙。

对于外露的螺钉，通常采用螺旋刚性带、伸缩套、锥形套和折叠塑料或人造革形式的保护套，以防止灰尘和磨粒粘附在螺钉表面。除了类似于导轨的防护罩，这些防护罩的一端连接在滚珠螺母的端面上，另一端固定在滚珠丝杠的轴承座上。这样可以更扎实。

七、螺纹的主要参数

1)外径d(大直径)(d)-与外螺纹牙顶重合的假想圆柱表面直径-也称为公称直径。

2)内径(小直径)d1(D1)——与外螺纹根部重合的假想圆柱面的直径，在强度计算中作为危险截面的计算直径。

3)中径d2——假想圆柱表面的直径，其中齿厚等于轴向截面中的齿间宽度，约等于螺纹的平均直径D2≈0.5(d+D1)。

4)节距P——中径圆柱面母线上相邻两齿对应点之间的轴向距离。

5)导程(S)——中径圆柱面母线上同一螺旋线上相邻两齿对应点之间的轴向距离。

6)螺纹数n——螺旋螺纹的数量，一般是为了制造方便，n≤4。螺距、导程和螺纹数的关系:S=nP。

7)螺旋角ψ——螺旋的切线与中径圆柱面上垂直于螺旋轴的平面之间的夹角。

8)齿廓角α——内螺纹齿廓两侧在螺纹轴向平面内的夹角9)齿廓斜角β——螺纹齿廓侧面与螺纹轴线垂直平面的夹角。

各种对称牙螺纹(矩形螺纹除外)的主要几何尺寸可在相关标准中找到——公称尺寸为螺纹外径近似等于管螺纹的管内径。

滚珠丝杠本身在选择过程中应注意的主要参数如下:

1.直径

也就是丝杠的外径，常见的规格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120，但是请注意，在这些规格中，厂家一般只准备16~50的货，也就是说其他直径的大部分都是期货(见单生产，交货期大概)

公称直径基本上与载荷成正比，直径越大，载荷越大。具体数值请参考厂家产品样本。这里只解释两个概念:动态额定载荷和静态额定载荷。前者是指运动中的额定轴向载荷，后者是指静止状态下的额定轴向载荷。设计时参考前者即可。需要注意的是，额定载荷并不是最大载荷，实际载荷与额定载荷的比值越小，丝杠的理论寿命越高。建议:尽量选择直径16~63的。

2.铅

也称螺距，即螺杆每旋转一周螺母沿直线移动的距离，常见的导程为1、2、4、6、8、10、16、20、25、32、40，中小导程的现货产品一般只有5、10，大导程一般为1616、2020、2525、3232、4040。超前与线速度有关。输入速度不变时，领先越大，速度越快。建议:引线尽量选择5和10。

3.长度

长度有两个概念，一个是全长，一个是线长。有些厂家只计算全长，但有些厂家需要提供螺纹长度。螺纹长度也有两个部分，一个是总螺纹长度，一个是有效行程。前者是指螺纹部分的总长度，后者是指螺母直线运动的理论最大长度，螺纹长度=有效行程+螺母长度+设计余量(如果需要安装防护罩，还应考虑防护罩的压缩长度，一般按防护罩最大长度的1/8计算)。

设计绘图时，丝杠总长度可按以下参数粗略累加:丝杠总长度=有效行程+螺母长度+设计余量+两端支撑长度(轴承宽度+锁紧螺母宽度+余量)+动力输入连接长度(如果使用联轴器，大致为联轴器长度的一半+余量)。特别需要注意的是，如果你的长度过长(3m以上)或者长径比过大(70以上)，最好提前咨询厂家的销售人员是否可以生产。一般来说，国内厂商的常规产品最大长度为3m，特殊产品为16m，国外厂商的常规产品为6m，特殊产品为22m。当然不是说国内厂商不能生产更长的，只是定制产品的价格高得离谱。建议:尽量选择6米以内的长度，超过长度就用齿条齿轮比较划算。

4、螺母形式

各厂家的产品样本上有很多种螺母形式，一般型号的前几个字母表示螺母形式。根据法兰形式，大约有圆形法兰、单边法兰、双边法兰和法兰。根据螺母的长度有单螺母和双螺母(注意单螺母和双螺母在载荷和刚度上没有区别，不要听信厂家销售人员的言论。单螺母和双螺母的主要区别是后者可以调节预紧力而前者不能，后者的价格和长度大致是前者的两倍)。在安装尺寸和性能允许的情况下，设计者应尽量选择常规形式，以避免维修时备件的交货日期问题。建议:动作频繁、维护精度高的场合选择双螺母，其他场合选择双、单螺母。建议:螺母形式尽量选择单螺母内循环双微调法兰。

5.准确(性)

滚珠丝杠按GB分为P类和T类，即传动和定位，精度等级为1、2、3、4级…国外的产品无论传输还是定位，一般都表示为C0~C10或者具体数值。一般来说，一般机械或普通数控机械选用C7(任意300行程内的定位误差)及以下，高精度数控机械选用C5 (0)。

特别需要注意的是，精度与价格密切相关，精度的概念是组合和维护，也就是说丝杠的导程误差并不能说明整套丝杠的误差，出厂精度也不能说明这个精度可以在额定使用寿命内保持。这是一个可靠性的问题，和厂家的生产工艺有关。建议:为了准确，尽量选择C7。

以上都是主要参数，选择型号时必须使用以下参数:珠粒数、珠粒直径、制造模式代码、预压等级等。解释如下:

6.珠子数量

这个参数一般标注在型号的lead之后，比如4010-4，这个“-4”就是珠子的个数，因为循环方式的问题比较复杂，用户可以简单的理解为滚子的循环次数，“-4”就是四个循环，这个值越大意味着载荷越大，螺母长度越长。

7.珠直径

该参数指的是滚动体的直径，不会在模型中体现，但会在各厂家的技术参数表中标注，一般与公称直径和导程有关，用户不必理会。但有些用户由于使用不当，滚珠从螺母中掉出时，要注意这个参数，大小一般精确到0.001。当然不建议用户自行安装，否则厂家不会提供免费维修，即使产品还在保修期内。如果球意外掉落，应通知供应商协助安装。

8.制造方法代码

滚珠丝杠的制造方法主要有两种:滚压和磨削。前者也叫轧制制造或再制造，一般用f表示，后者也叫磨削制造。

一般用g表示，由于工艺不同，它们能达到的精度水平也不同。目前滚动法能达到的最高精度是C5，据我所知只有力士乐能达到这个精度。而研磨可以生产出精度更高的产品。但是请注意，两种制造方式与精度和性能之间并不存在反向的必然性，也就是说，如果你选择的精度是C7，那么与它是如何制造的无关。

其实我遇到的很多厂家的专业业务员可能都不知道他们之间的详细区别，所以我再多说两句:轧制属于批量制造，磨削属于精密制造。前者的生产效率远高于后者，但前者的制造设备成本也远高于后者。换句话说，研磨螺杆的进入门槛低，滚压生产的进入门槛高。能生产滚丝的厂家一般能生产磨丝，能生产磨丝的厂家不一定能生产滚丝。所以，同等精度的产品如果能买到轧制品，就不要买磨制品了。原因很简单:便宜。另外，滚磨只是指螺丝，螺母都是磨出来的。

9、预压

也叫预紧。关于预压，用户不需要知道具体的预压力和方法，只需要根据厂家的样品选择预压等级即可。

等高越高，螺母与螺钉的配合越紧，等级越低，越松。要遵循的原则是:大直径、双螺母、高精度、大驱动扭矩的条件下，预紧等级可以高一些，反之可以低一些。