預(yù)緊力變化對(duì)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(jiǎn)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(zhǎng)、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(duì)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(duì)絲杠的傳動(dòng)性能產(chǎn)生很大影響。目前對(duì)滾珠絲杠副的研究主要集中在對(duì)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(duì)摩擦力矩波動(dòng)的影響，而對(duì)于滾珠絲杠來說，摩擦扭矩波動(dòng)對(duì)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。