滚珠丝杆螺母预紧
滚珠丝杆间隙是指的丝杆轴向传动间隙,定义为丝杆轴和螺母没有相对移动时,丝杆轴和螺母之间在轴向的最大串动量。它包括两部分:一是结构本身的游隙,二是在施加了轴向载荷后而在轴向造成的弹性变形窜动。
由于制造和安装的误差,滚珠丝杆副总是存在间隙的。同时,滚珠丝杆副在轴向工作载荷作用下,使滚珠与螺纹滚道相接触部位产生弹性变形。如果滚珠丝杆副中有轴向间隙或在轴向载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形,则当滚珠丝杆反向转动时,将产生空回误差,从而影响传动精度和降低了滚珠丝杆副的刚度。因此,在对轴向间隙和轴向刚度有严格要求的滚珠丝杆副,必须采取消除轴向间隙和提高轴向刚度的措施。预紧主要是对滚珠丝杆副的螺母进行预紧。下面介绍几种常见的预紧方式:
①单螺母增大刚球直径消隙
将微量过盈的滚珠装入预热后的丝杆轴和螺母中,待恢复常温后达到预紧的效果。其优点是滚珠丝杆副的承载能力大,缺点是滚珠四点接触,摩擦阻力大,容易发热;负载较大,电机转速度很小时传动将不平稳,不均匀,出现爬行。不利于机床的高精度定位,应用场合不是很多。
②单螺母变位导程调隙式
通过改变单个螺母中央位置处的沟道槽螺距进行预紧。假设其他处螺距还是T,中央处用来起到预紧作用的沟道槽的螺距就是T+tl,其中tl就是预压量。这样就在螺母的中央螺距的两边产生了大小相等,方向相反的轴向预压载荷,从而使得轴向间隙得以消除。其特点是摩擦阻力不大,预紧转矩平稳、顺畅,但是承载能力也不是很大。应用于中预加载荷有定位要求的场合。
③双螺母垫片调隙式
在左右两个螺母之间加入垫片,使得左右两螺母在静止时就被压紧,从而达到消除间隙的目的。其特点是结构简单、可靠性好、刚度高、装卸方便,同时丝杆承载能力大,可预加较大的预加载荷,预紧转矩平稳、顺畅。应用于高刚度、重载荷、有定位要求的传动定位系统;
④双螺母螺纹调隙式
在螺母外端制有螺纹,旋转圆螺母使螺母相对丝杆作轴向移动以消除间隙和产生预紧力。其主要特点是预紧力调整方便,使用中可随时调整,但不能定量微调螺母,轴向尺寸长。应用于不要求得到准确预紧力但要求随时可调节预紧力的场合。
⑤双螺母齿差调隙式
在两个螺母的凸缘上分别切出齿数为21、22的圆柱齿轮,21与22相差一个齿,通过两螺母产生的相对角位移,而使两螺母轴向相对位置发生变化,从而实现间隙的消除和施加预紧力。其主要特点是可实现0.002mm以下精密微调,预紧可靠不会松弛,调整预紧力较方便。应用于要求获得准确预紧力的精密定位系统;缺点是结构复杂,尺寸较大,加工工艺和装配性能较差。
滚珠丝杆预紧在装配的应用
滚珠丝杆是数控机床进给传动系统的基本机械传动装置, 其间隙将直接影响数控机床的加工精度。为此,应尽量设法予以消除或减小。在数控机床装配中, 广泛采用预紧力技术消除滚珠丝杆传动的间隙。
预紧力就是在受拉构件的受拉区预先施加压应力产生预压应力, 在构件承受载荷产生拉应力时, 首先要抵消预压应力, 然后随着载荷的不断增加, 受拉区才受拉, 从而提高构件的刚度和承载能力。
在数控车床滚珠丝杆螺母副中,有多种方法消除间隙, 提高丝杆螺母接触刚度。滚珠丝杆副预加载荷后,螺母通过滚珠在正反向始终压向丝杆,从而消除了丝杆与螺母之间的轴向间隙及反向间隙, 提高了滚珠丝杆副的刚度和定位精度。当然过大的预紧力将引起滚珠丝杆副寿命下降及摩檫力矩增加, 过小会出现间隙, 影响定位精度。