早在19世紀(jì)末就發(fā)明了滾珠絲杠副备蚓，但很長(zhǎng)一段時(shí)間未能實(shí)際應(yīng)用蔼魁，因制造難度太大忽仗。世界上第一個(gè)使用滾珠絲杠副的是美國(guó)通用汽車(chē)公司薩吉諾分廠，它將滾珠絲杠副用于汽車(chē)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上吴澜。

1940年桃序，美國(guó)開(kāi)始成批生產(chǎn)用于汽車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠副，1943年诉儒，滾珠絲杠副開(kāi)始用于飛機(jī)上葡缰。精密螺紋磨床的出現(xiàn)使?jié)L珠絲杠副在精度和性能上產(chǎn)生了較大的飛躍，隨著數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展忱反，促進(jìn)了滾珠絲杠副的研究和生產(chǎn)泛释。從50年代開(kāi)始，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中温算，滾珠絲杠副生產(chǎn)廠家如雨后春筍般迅速出現(xiàn)怜校，例如：美國(guó)的WARNER-BEAVER公司、GM－SAGINAW公司注竿；英國(guó)的ROTAX公司茄茁；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等巩割。

我國(guó)早在50年代末期開(kāi)始研制用于程控機(jī)床裙顽、數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠副。40多年來(lái)宣谈，由于滾珠絲杠副具有高效率颅网、高精度、高剛度等特點(diǎn)蜈率，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械翎憨、航天、航空魔辉、核工業(yè)等領(lǐng)域∧ピ伲現(xiàn)在借倘，滾珠絲杠副已成為機(jī)械傳動(dòng)與定位的首選部件。滾珠絲杠副的發(fā)展主要在以下幾方面莉遥。

1 滾珠絲杠副的種類(lèi)

由于滾珠絲杠副的使用不斷普及枣象，使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來(lái)越多谋哼，普通規(guī)格的滾珠絲杠副已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了使用要求文紧，如航天航空領(lǐng)域叔三、小型精密測(cè)試裝置缩铸、電子儀器以及半導(dǎo)體裝置等基本上都需要公稱直徑d0≤12mm，導(dǎo)程Ph=0.5～2.5 mm的微型滾珠絲杠副硝拧。日本NSK公司已開(kāi)發(fā)出公稱直徑d0=4mm径筏，導(dǎo)程Ph=0.5mm的世界最小導(dǎo)程微型滾珠絲杠副。半導(dǎo)體插件裝置障陶、小型機(jī)器人等需要微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副滋恬，以滿足高速驅(qū)動(dòng)要求。

圖1 滾珠絲杠副分類(lèi)

隨著機(jī)械產(chǎn)品向高速抱究、高效恢氯、自動(dòng)化方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人鼓寺、數(shù)控鍛壓機(jī)械勋拟、加工中心以及機(jī)電一體化自動(dòng)機(jī)械等，其進(jìn)給驅(qū)動(dòng)速度不斷提高妈候，大導(dǎo)程滾珠絲杠副的出現(xiàn)敢靡，滿足了高速化的要求。日本NSK公司已開(kāi)發(fā)出公稱直徑×導(dǎo)程為：15mm×40mm苦银、16mm×50mm啸胧、20mm×60mm、25mm×80mm超大導(dǎo)程滾珠絲杠副幔虏，快速進(jìn)給速度達(dá)180m/min鲫础。

滾珠絲杠副按照常規(guī)分類(lèi)如圖1。

現(xiàn)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)上對(duì)滾珠絲杠副還沒(méi)有統(tǒng)一的分類(lèi)奥徒，但各國(guó)一般是按以下原則進(jìn)行分類(lèi)的嫉卵，普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑d0=16～100mm，導(dǎo)程Ph=4～20mm刷粒，螺旋升角φ＜9°秉疚。

微型滾珠絲杠副指公稱直徑d0≤12mm的滾珠絲杠副。對(duì)于導(dǎo)程Ph≤3mm的滾珠絲杠副稱為微型小導(dǎo)程滾珠絲杠副宵穆，螺旋升角φ＞9°的滾珠絲杠副稱為微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副椅勿。

圖2 滾珠絲杠副主要結(jié)構(gòu)

大導(dǎo)程滾珠絲杠副指公稱直徑d0≥16mm艳院，螺旋升角17°≥φ＞9°或?qū)С蘢0≤Ph≤d0的滾珠絲杠副，對(duì)于螺旋升角φ＞17°稱為超大導(dǎo)程滾珠絲杠副扯际。

重型滾珠絲杠副指公稱直徑d0≥125mm的滾珠絲杠副颠恬。

2 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)

滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)分為內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)(以圓形反向器和橢圓形反向器為代表)和外循環(huán)結(jié)構(gòu)(以插管為代表)兩種。這兩種結(jié)構(gòu)也是最常用的結(jié)構(gòu)注芯。這兩種結(jié)構(gòu)性能沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別憾汛，只是內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸小肝陪；外循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸大驳庭。目前，滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)已有10多種氯窍，但比較常用的主要有(圖2饲常，附表)：內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)；外循環(huán)結(jié)構(gòu)狼讨；端蓋結(jié)構(gòu)贝淤；蓋板結(jié)構(gòu)。

內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)反向器的形狀有多種多樣政供，但是播聪，常用的外形就是圓形和橢圓形。由于圓形滾珠反向通道較短布隔，因此离陶，在流暢性上不如橢圓形結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在执泰，最好的反向器結(jié)構(gòu)為橢圓形內(nèi)通道結(jié)構(gòu)枕磁，由于滾珠反向不通過(guò)絲杠齒頂，類(lèi)似外循環(huán)結(jié)構(gòu)杖烘，因此涉捂，消除了絲杠齒頂?shù)菇钦`差給滾珠反向帶來(lái)的影響。但由于制造工藝較復(fù)雜于抬，影響了這種結(jié)構(gòu)的推廣渣冒。

3 滾珠絲杠副精度

過(guò)去，為了獲得高的定位精度元邻，主要通過(guò)提高滾珠絲杠副本身的精度來(lái)實(shí)現(xiàn)琅瘦，因此，對(duì)滾珠絲杠的導(dǎo)程累積誤差要求很高咒付，給滾珠絲杠副的制造帶來(lái)困難乌诚，使?jié)L珠絲杠副的生產(chǎn)成本加大。特別是高精度滾珠絲杠副，只有通過(guò)數(shù)控螺紋磨床或激光反饋螺紋磨床加工才能達(dá)到蜒午。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展虎叔，人們掌握了數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)，因而截胯，不需要很高精度的滾珠絲杠副铺坞，也能獲得高的定位精度。為了適應(yīng)數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)的要求洲胖，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO3408-3-1992以及部頒標(biāo)準(zhǔn)JB3162.2-92都對(duì)滾珠絲杠副的行程變動(dòng)量作了要求济榨，如有效行程內(nèi)行程變動(dòng)量、任意300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量绿映、2π弧度內(nèi)行程變動(dòng)量擒滑。其目的就是要控制滾珠絲杠副行程誤差的直線性，也即滾珠絲杠副行程誤差線性化绘梦。為數(shù)控誤差補(bǔ)償創(chuàng)造條件橘忱。

4 滾珠絲杠副性能

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展赴魁，人們對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來(lái)越高卸奉，為了使機(jī)械產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運(yùn)行，這就要求滾珠絲杠副不但有高的精度颖御，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)榄棵，無(wú)阻滯現(xiàn)象。滾珠絲杠副運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)潘拱，主要取決于滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量疹鳄，不同轉(zhuǎn)速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運(yùn)動(dòng)的流暢性不同，因此唠芋，滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩也不相同摹钳。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO3408－3－1992以及部頒標(biāo)準(zhǔn)
JB3162.2－92規(guī)定了在轉(zhuǎn)速為100r/min時(shí)，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的允差拧淘。

由于存在加工誤差疲席，如：滾珠絲杠中徑尺寸全長(zhǎng)不一致，絲杠族焰、螺母的導(dǎo)程誤差台古，絲杠與螺母的滾道齒形誤差以及螺紋滾道的粗糙度等，使?jié)L珠絲杠副的動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩在絲杠螺紋全長(zhǎng)上是不恒定的蚊凫，這直接影響驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性盲赚，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此肛英，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的大小是反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標(biāo)膘椿。

近幾年來(lái)，人們對(duì)滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的大小開(kāi)始重視起來(lái)林索，以前人們只重視滾珠絲杠副綜合行程誤差曲線笙隙，現(xiàn)在也開(kāi)始重視滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的曲線继找。因?yàn)橛辛诉@兩條曲線，滾珠絲杠副的性能就能很好地反映出來(lái)逃沿。

為了滿足上述要求婴渡，北京機(jī)床研究所先后研制了滾珠絲杠副綜合行程誤差測(cè)量?jī)x和預(yù)緊轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x。應(yīng)用現(xiàn)代化的測(cè)量手段和高精度的傳感器凯亮，在測(cè)量過(guò)程中能實(shí)時(shí)顯示行程誤差曲線和預(yù)緊轉(zhuǎn)矩曲線边臼，并打印出完整的測(cè)量報(bào)告，為衡量滾珠絲杠副的總成質(zhì)量假消，提供了可靠的檢測(cè)手段柠并。

隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，“高速富拗、高效”成為各廠家追求的目標(biāo)臼予，對(duì)于高速驅(qū)動(dòng)與定位部件，國(guó)外已有直線電動(dòng)機(jī)問(wèn)世啃沪，開(kāi)始用于加工中心粘拾，快速進(jìn)給速度達(dá)到160m/min以上，加速度達(dá)4g以上创千，向滾珠絲杠副提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)奥债。但由于直線電動(dòng)機(jī)存在價(jià)格昂貴、控制系統(tǒng)復(fù)雜揖姆、需采取措施解決磁鐵吸引金屬切屑窥俊、強(qiáng)磁對(duì)人身危害以及發(fā)熱等缺點(diǎn)，在近一段時(shí)間很難得到普及眼厕。滾珠絲杠副仍是現(xiàn)在高速驅(qū)動(dòng)的最優(yōu)先選擇煮泪，國(guó)外大部分高速加工中心仍使用滾珠絲杠副。為了達(dá)到高速驅(qū)動(dòng)目的半就，設(shè)計(jì)時(shí)在提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min)的同時(shí)酌非，使用大導(dǎo)程滾珠絲杠副，導(dǎo)程可達(dá)32mm卷哟。如日本馬扎克公司在FF660機(jī)床上使用滾珠絲杠副开辫，機(jī)床快速移動(dòng)速度達(dá)90m/min，加速度達(dá)1.5g役躬。

從前颤榛，擔(dān)心大導(dǎo)程滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)對(duì)加工中心精度的影響，設(shè)計(jì)時(shí)取導(dǎo)程Ph≤10mm纸兔。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步惰瓜，從1999年日本國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上可看出，設(shè)計(jì)與研究現(xiàn)在大部分高速加工中心都使用大導(dǎo)程滾珠絲杠副。

滾珠絲杠副在高速驅(qū)動(dòng)時(shí)主要存在的問(wèn)題是：噪聲崎坊、溫升备禀、精度。滾珠絲杠副噪聲產(chǎn)生的原因主要有：滾珠在循環(huán)回路中的流暢性奈揍、滾珠之間的碰撞曲尸、滾道的粗糙度、絲杠的彎曲等男翰。滾珠絲杠副的溫升主要是由滾珠與絲杠另患、螺母、反向器之間的摩擦及滾珠之間的摩擦產(chǎn)生的蛾绎。要解決上述問(wèn)題首先應(yīng)從滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)始昆箕，對(duì)存在的問(wèn)題采取措施；另一方面租冠，從工藝上解決鹏倘，通過(guò)合理的工藝流程，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量电味；選取適當(dāng)?shù)臐L珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩气穴；減小滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量，使?jié)L珠絲杠副適應(yīng)高速驅(qū)動(dòng)的要求莽恩。

總之肩卡，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，用戶對(duì)滾珠絲杠副的要求越來(lái)越嚴(yán)妨试，要求也多樣化，促使?jié)L珠絲杠生產(chǎn)廠不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量殊童、開(kāi)發(fā)新品種词俏，以滿足用戶的需求。

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