滚珠丝杠副的结构及分类

对于丝杠，除螺纹滚道截面的形状有所不同外，各种类型的滚珠丝杠的结构基本相同。滚珠螺母的结构主要与滚珠循环的方式及预紧方式有关，且循环方式对滚珠螺旋传动的设计、制造、精度、寿命、成本及轴隙调整均有重要影响，与滚珠流畅性能更有直接关系。表1列出了两种常用滚道法向截面形状与特点

表1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　滚道法向截面形状与特点

截

面

形

状

单圆弧形

双圆弧形

特

点

磨削滚道的砂轮成型比较方便，容易得到较高的精度，但接触角α不易控制，它随初始间隙和轴向力大小而变化，因而其传动效率、承载能力和轴向刚度均不够稳定

适用于单螺母变位导程预紧结构的滚珠丝杠副

能保持一定的接触角α，传动效率、承载能力和轴向刚度比较稳定，但砂轮成型较复杂，不易获得较高的加工精度，螺旋槽底部不与滚珠接触，可存纳一定的润滑油与脏物，使磨损减小，对滚珠流畅性有利

适用于双螺母预紧和单螺母增大钢球预紧，以消除轴向间隙

图1~图3所示为几种常用循环方式的示意图。各种循环方式的特性及应用比较见表2

图1  固定式内循环示意(G型)

1—滚珠；2—丝杠；3—反向器；4—螺母

图2  浮动式内循环示意(F型)

1—反向器；2—弹簧套；3—丝杠；4—拱形簧片；5—螺母

图3  插管式外循环示意(C型)

1—插管式反向器；2—滚珠；3—螺母；4—丝杠

表2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　滚珠丝杠副不同循环方式的比较

循环方式

内循环

外循环

浮动式

固定式

插管式

螺 旋 槽 式

代号

F

G

C

L

结构特点

滚珠循环链最短，反向灵活，结构紧凑，刚性好，使用可靠，工作寿命长，螺母配合外径较小，扁圆型反向器螺母轴向尺寸最短

滚珠循环链较长，但轴向排列紧凑，轴向尺寸小，螺母配合外径较大(C型较小)，刚性较差，但滚珠流畅性好，灵活、轻便

摩擦力矩

小

小

较小

较大

代号

F

G

C

L

工艺性

较差

差

好

一般

制造成本

最高

较高

较低

较低

使用场合

各种高灵敏、高精度、高刚度的进给定位系统

中等载荷、高速运动及精密定位系统，在大导程、多头螺纹中显示其独特优点

适用于一般工程机械，不适宜高刚度、高速运转的传动

图4所示为常用的五种滚珠丝杠调整轴向间隙的预紧方式。图a在双滚珠螺母1和2的凸缘上切制出外齿轮，其齿数差为1，分别与内齿轮3和4啮合，3与4用螺钉锁紧于螺母座5中，通过1与2的相对转动达到预紧目的。图b是采用不同厚度Δ的垫片3来预紧。图c的滚珠螺母3外伸端处切有外螺纹，旋转圆螺母2可使3产生轴向位移来预紧。图d为单螺母变位导程自预紧式，为典型的内预紧结构，它是利用螺母的内螺纹导程变位±ΔP_h(或±Δl₀)来进行预紧。图e单螺母钢球增大式是一种类似过盈配合的预紧方式，一般用于滚道截面形状为双圆弧时，采用安装直径比正常大几个微米的钢球进行预紧装配。表3比较了不同预紧方式的特点及适用场合

图4  滚珠丝杠副预紧方式

表3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　滚珠丝杠副不同预紧类型的比较

预紧类型

双螺母齿差预紧

双螺母垫片预紧

双螺母螺纹预紧

单螺母变位导程预紧

单螺母增大钢球预紧

代号

C(Ch)

D

L

B

Z

滚珠螺母

受力性质

拉伸

拉伸

压缩

拉伸(外)

压缩(内)

拉伸(+ΔP_h)

压缩(-ΔP_h)

—

结构特点

可实现2μm以下的精密微调，预紧可靠，调整方便，结构复杂，轴向尺寸偏大，工艺复杂

结构简单，轴向刚性好，预紧可靠，不可调整，轴向尺寸适中，工艺性好

使用中可随时调整预紧力，但不能实现定量调整，螺母轴向尺寸大

结构紧凑、简单，完全避免了双螺母结构中形位误差的干扰，技术性强，不可调整

结构最简单、紧凑，但不适宜预紧力过大的场合，不可调整，轴向尺寸小

适用场合

用于要求准确预加载荷的精密定位系统

用于高刚度、重载荷的传动，目前应用最广泛

用于不需要准确预加载荷且用户自调的场合

用于中等载荷以下，且对预加载荷有要求的精密定位、传动系统

用于中等载荷以下轴向尺寸受限制的场合

备注

“内预紧”结构型式。方便用户使用，一般不提倡用户自调，而由生产厂根据用户要求用仪器检测来调整

难以实现“内预紧”，使用不准确，不广泛

最典型的“内预紧”结构，使用广泛

注：1．单螺母无预紧，标记代号为W。

2．当滚珠丝杠的导程按标准值P_h制造，而将螺母的内螺纹导程变位按P_h±ΔP_h来制造，两者拧紧就可达到预紧的效果，即变位导程预紧。