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摘 要：数控机床横梁传动系统中，丝杠、滚珠、螺母和回珠管道等四种零件组成了滚珠丝杠螺母副主要结构。丝杠和螺母上都有螺旋滚道，当装配在一起运动时形成了一定长度的螺旋滚道，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内循环滚动，使螺母产生轴向移动，与螺母连接的刀架就工作进给。
关键词：横梁；滚珠丝杠；螺母副
1.滚珠丝杠螺母副特点
1.1传动效率高
滚珠丝杠螺母副中螺母滚珠与丝杠之间采用点接触的滚动方式进行传递力矩，代替了传统螺纹丝杠副的丝杠与螺母面接触，使传动效率提升至90%以上，高于滑动丝杠；而传动力矩只需要滑动丝杠的1/3，同时发热量比滑动丝杠大大降低，大大提高了横梁传动装置的刚度和效率。
1.2可靠性高
滚珠丝杠螺母副由点接触滚动运动代替了螺纹丝杠的面接触滑动，运动过程中灵敏度高、启动时低速无爬行现象，无抖动，预紧后可消除大部分轴向间隙，从而提高了立车横梁传动系统的接触刚度和传动精度。此外滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养只用进行防尘和润滑。
1.3精度高
滚珠丝杠螺母副具有采取预紧机构消除轴向间隙，另外滚珠丝杠副发热率低，温升小，使装配了滚珠丝杠副的重型数控立车横梁传动系统具有很高的定位精度能力，而且热变形很小。
1.4使用寿命长
由于对滚珠丝杠原材料及热处理工艺、加工工序精度要求很高，立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副的实际寿命高于滑动丝杠的。
1.5同步性能好
采用多台滚珠丝杠螺母副驱动同一装置时，可获得良好的同步工作精度的能力。
虽然机床横梁传动系统滚珠丝杠螺母副优点多，但也存在两点不足：
（1）不能自锁
当垂直水平方向传动时，需要选用抱闸电机为自锁或制动作用。
（2）制造工艺复杂
滚珠丝杠的加工需要高精度机床，其加工面的表面粗糙度要求高，工序复杂，故制造成本较高。
2.滚珠丝杠螺母副的类型
立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副按滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠丝杠螺母副外循环过程中有一部分与丝杠不接触，外循环使用较为广泛，制造工艺相对复杂；但缺点也非常明显，滚道接缝处无法做的很平滑，对滚珠运动的平稳性有影响，使用中噪声也比较大。滚珠丝杠螺母副内循环在滚珠循环过程中始终与丝杠接触，螺母安装尺寸小，适用于中、低速度，制造工艺相对简单，反相器刚性好，固定容易，不容易磨损。
3.滚珠丝杠螺母副轴向预紧结构
立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副按预紧结构有双螺母垫片预紧和双螺母螺纹预紧两种，其中双螺母垫片预紧结构简单、使用范围广，维修方便，刚性好等优点，一般在立车横梁传动系统中交付使用时已调整至适当预紧力。双螺母螺纹预紧适用于中、低精度，中、低速度场合，安装时要根据需要自行调整预紧力。见图3.1。
4.滚珠丝杠螺母副的支承方式
立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副共有四种支撑方式，可以按照立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副的设计要求选用。
4.1滚珠丝杠的支承形式
（1）固定-自由方式支撑，适用于立车横梁传动系统中轴向刚度要求不高，低转速，承载力要求不高，行程较短的丝杠，加工精度为中等，一般固定边安装的为推力轴承结构。
（2）支承-支承方式支撑，适用于轴向刚度要求适中，中转速，承载力要求一般，行程长的丝杠，加工精度为中等。
（3）固定-支承方式支撑，适用于轴向刚度要求适中，中转速，承载力要求一般，行程长的丝杠，加工精度高。
（4）固定-固定方式支撑，适用于轴向刚度要求高，高转速，承载力要求高，行程长的丝杠，加工精度高。
4.2滚珠丝杠螺母副的选型
（1）丝杠使用条件
重型数控立车横梁刀架传动丝杠选择内循环式滚珠丝杠副，选择双螺母垫片预紧结构。根据横梁的长度及机床工作精度要求，磨制丝杠右旋由于丝杠较长，为保证机床设计加工精度要求，增加丝杠轴强度，减少轴的弯矩变形，设计结构为丝杠两端在螺母座圆柱销定位，旋转螺母至刀架、滑座部件移动。
（2）丝杠导程Ph
其中：Ph为丝杠导程；Nmax为电机最大转速；Vmax为刀架最大移动速度。
（3）丝杠额定动载荷Cam的确定
其中：Lh为丝杠预期工作时间，fa为丝杠精度系数，fc为丝杠可靠性系数，fw为丝杠载荷特性系数，Nm为丝杠平均转速，Fm为丝杠平均载荷。
（4）估算丝杠最小螺纹底径
其中：d为丝杠最小螺纹底径，ln为丝杠轴承到螺母间距离，fnk为丝杠支承系数，nk为丝杠临界转速。
（5）丝杠刚度Rs计算
其中：d1为丝杠螺纹公称直径，dw为丝杠滚珠直径，ds为丝杠轴承之间的距离。
（6）絲杠螺母Rnu刚度
丝杠预紧载荷为额定动载荷的10%，按实际丝杠参数选择。
其中：Ca丝杠额定动载荷，R丝杠刚度值，Fao为丝杠轴向载荷；ε为丝杠刚度计算系数。
4.3丝杠副维护保养
（1）丝杠润滑
滚珠丝杠螺母副必须在使用期间保持足够的润滑，如果润滑不够，会增加摩擦，造成磨损故障和寿命缩短等现象的发生。一般来说，使用油润滑为最佳，这时丝杠温升小且润滑充分。
（2）脂润滑
在滚珠丝杠螺母副工作维持一段时候后，再螺母内更换润滑脂，润滑脂一般填入螺母内空间容量的一半，每隔半年或～年进行更换。
（3）防尘
为防止铁屑和灰尘等进入而产生损坏，滚珠丝杠螺母副内装有保护装置如伸缩式丝杠护套将丝杠轴保护起来，其他防止浮尘时要在螺母两端采用刮削式防尘圈。
结论
本文对丝杠的类型、预紧、固定方式进行比较分析；按照选择滚珠丝杠螺母副流程对重型数控立车横梁传动滚珠丝杠螺母副进行了深入的选型设计研究。取得了较好的设计效果。
参考文献
[1]钟毅芳，吴昌林，唐增宝.机械设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2001：142.146
关键词：横梁；滚珠丝杠；螺母副
1.滚珠丝杠螺母副特点
1.1传动效率高
滚珠丝杠螺母副中螺母滚珠与丝杠之间采用点接触的滚动方式进行传递力矩，代替了传统螺纹丝杠副的丝杠与螺母面接触，使传动效率提升至90%以上，高于滑动丝杠；而传动力矩只需要滑动丝杠的1/3，同时发热量比滑动丝杠大大降低，大大提高了横梁传动装置的刚度和效率。
1.2可靠性高
滚珠丝杠螺母副由点接触滚动运动代替了螺纹丝杠的面接触滑动，运动过程中灵敏度高、启动时低速无爬行现象，无抖动，预紧后可消除大部分轴向间隙，从而提高了立车横梁传动系统的接触刚度和传动精度。此外滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养只用进行防尘和润滑。
1.3精度高
滚珠丝杠螺母副具有采取预紧机构消除轴向间隙，另外滚珠丝杠副发热率低，温升小，使装配了滚珠丝杠副的重型数控立车横梁传动系统具有很高的定位精度能力，而且热变形很小。
1.4使用寿命长
由于对滚珠丝杠原材料及热处理工艺、加工工序精度要求很高，立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副的实际寿命高于滑动丝杠的。
1.5同步性能好
采用多台滚珠丝杠螺母副驱动同一装置时，可获得良好的同步工作精度的能力。
虽然机床横梁传动系统滚珠丝杠螺母副优点多，但也存在两点不足：
（1）不能自锁
当垂直水平方向传动时，需要选用抱闸电机为自锁或制动作用。
（2）制造工艺复杂
滚珠丝杠的加工需要高精度机床，其加工面的表面粗糙度要求高，工序复杂，故制造成本较高。
2.滚珠丝杠螺母副的类型
立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副按滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。滚珠丝杠螺母副外循环过程中有一部分与丝杠不接触，外循环使用较为广泛，制造工艺相对复杂；但缺点也非常明显，滚道接缝处无法做的很平滑，对滚珠运动的平稳性有影响，使用中噪声也比较大。滚珠丝杠螺母副内循环在滚珠循环过程中始终与丝杠接触，螺母安装尺寸小，适用于中、低速度，制造工艺相对简单，反相器刚性好，固定容易，不容易磨损。
3.滚珠丝杠螺母副轴向预紧结构
立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副按预紧结构有双螺母垫片预紧和双螺母螺纹预紧两种，其中双螺母垫片预紧结构简单、使用范围广，维修方便，刚性好等优点，一般在立车横梁传动系统中交付使用时已调整至适当预紧力。双螺母螺纹预紧适用于中、低精度，中、低速度场合，安装时要根据需要自行调整预紧力。见图3.1。
4.滚珠丝杠螺母副的支承方式
立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副共有四种支撑方式，可以按照立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副的设计要求选用。
4.1滚珠丝杠的支承形式
（1）固定-自由方式支撑，适用于立车横梁传动系统中轴向刚度要求不高，低转速，承载力要求不高，行程较短的丝杠，加工精度为中等，一般固定边安装的为推力轴承结构。
（2）支承-支承方式支撑，适用于轴向刚度要求适中，中转速，承载力要求一般，行程长的丝杠，加工精度为中等。
（3）固定-支承方式支撑，适用于轴向刚度要求适中，中转速，承载力要求一般，行程长的丝杠，加工精度高。
（4）固定-固定方式支撑，适用于轴向刚度要求高，高转速，承载力要求高，行程长的丝杠，加工精度高。
4.2滚珠丝杠螺母副的选型
（1）丝杠使用条件
重型数控立车横梁刀架传动丝杠选择内循环式滚珠丝杠副，选择双螺母垫片预紧结构。根据横梁的长度及机床工作精度要求，磨制丝杠右旋由于丝杠较长，为保证机床设计加工精度要求，增加丝杠轴强度，减少轴的弯矩变形，设计结构为丝杠两端在螺母座圆柱销定位，旋转螺母至刀架、滑座部件移动。
（2）丝杠导程Ph
其中：Ph为丝杠导程；Nmax为电机最大转速；Vmax为刀架最大移动速度。
（3）丝杠额定动载荷Cam的确定
其中：Lh为丝杠预期工作时间，fa为丝杠精度系数，fc为丝杠可靠性系数，fw为丝杠载荷特性系数，Nm为丝杠平均转速，Fm为丝杠平均载荷。
（4）估算丝杠最小螺纹底径
其中：d为丝杠最小螺纹底径，ln为丝杠轴承到螺母间距离，fnk为丝杠支承系数，nk为丝杠临界转速。
（5）丝杠刚度Rs计算
其中：d1为丝杠螺纹公称直径，dw为丝杠滚珠直径，ds为丝杠轴承之间的距离。
（6）絲杠螺母Rnu刚度
丝杠预紧载荷为额定动载荷的10%，按实际丝杠参数选择。
其中：Ca丝杠额定动载荷，R丝杠刚度值，Fao为丝杠轴向载荷；ε为丝杠刚度计算系数。
4.3丝杠副维护保养
（1）丝杠润滑
滚珠丝杠螺母副必须在使用期间保持足够的润滑，如果润滑不够，会增加摩擦，造成磨损故障和寿命缩短等现象的发生。一般来说，使用油润滑为最佳，这时丝杠温升小且润滑充分。
（2）脂润滑
在滚珠丝杠螺母副工作维持一段时候后，再螺母内更换润滑脂，润滑脂一般填入螺母内空间容量的一半，每隔半年或～年进行更换。
（3）防尘
为防止铁屑和灰尘等进入而产生损坏，滚珠丝杠螺母副内装有保护装置如伸缩式丝杠护套将丝杠轴保护起来，其他防止浮尘时要在螺母两端采用刮削式防尘圈。
结论
本文对丝杠的类型、预紧、固定方式进行比较分析；按照选择滚珠丝杠螺母副流程对重型数控立车横梁传动滚珠丝杠螺母副进行了深入的选型设计研究。取得了较好的设计效果。
参考文献
[1]钟毅芳，吴昌林，唐增宝.机械设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2001：142.146