預緊力變化對滾珠絲杠的影響

現(xiàn)代機床工業(yè)的發(fā)展日益向自動化、高速、精密、柔性和智能化方向發(fā)展。機床結構力求簡單、可靠、部件專業(yè)化。它的基本組成部分是CNC部分、傳動部分和加工部分。傳動部分和加工部分的代表部件有直線導軌、直線電機、滾珠絲杠副和電主軸。

現(xiàn)代機床的發(fā)展要求傳動精度、定位精度高、進給調速范圍廣，要求響應速度快、傳動無間隙、傳動機構穩(wěn)定性好、壽命長、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)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本機械傳動裝置，其間隙將直接影響數(shù)控機床的加工精度。為此，應盡量消除或減少。在數(shù)控機床的裝配中，預緊技術被廣泛用于消除滾珠絲杠傳動的間隙。預緊是在受拉構件的受拉區(qū)施加壓應力，產(chǎn)生預壓應力。當構件承受載荷產(chǎn)生拉應力時，必須先抵消預壓應力，然后隨著載荷的不斷增加，受拉區(qū)會受到影響。拉力，從而提高構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。當然，如果預緊力過大，滾珠絲杠的壽命會降低，摩擦力矩會增加。太小會出現(xiàn)縫隙，影響定位精度。

滾珠絲杠的預緊力是滾珠絲杠副中產(chǎn)生絲杠摩擦力矩的主要參數(shù)。由于滾珠在運行過程中需要反復進出絲杠滾道，絲杠的摩擦力矩會發(fā)生波動。對于系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性有較大影響。隨著滾珠絲杠副預緊力的增加和軸向力的施加，摩擦力矩的波動會相應變化，對絲杠的傳動性能產(chǎn)生很大影響。目前對滾珠絲杠副的研究主要集中在對絲杠的影響和軸向接觸剛度的力學模型上，因此忽略了預緊力對摩擦力矩波動的影響，而對于滾珠絲杠來說，摩擦扭矩波動對絲杠在中低速時的傳動性能影響較大。

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自由曲面彈性體在壓力作用下的點接觸問題。研究表明，增加預緊力可以提高剛性。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方向上發(fā)生變化，從而使絲杠滾珠在預緊力下的力發(fā)生變化，并且在軸向載荷作用下的力發(fā)生變化。球力變化是預載下的球力偏移。

滾珠絲杠副承受工作載荷時，工作螺母的實際受力在原預緊力的基礎上增加，預緊螺母的實際受力比預緊力減小擰緊力。滾珠在受力方向上的接觸應力增大，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。在預緊力不足或軸向力過大的情況下，絲杠螺母會有接觸間隙。同時，在換向器滾道絲杠滾珠入口處，由于絲杠的預緊作用，滾珠必須達到絲杠摩擦阻力產(chǎn)生的扭矩，才能使?jié)L珠進入滾道，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產(chǎn)生很大的摩擦阻力，從而導致絲桿的摩擦力矩絲杠波動，影響滾珠絲杠副的傳動穩(wěn)定性。

可見滾珠絲杠副的預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，但會影響系統(tǒng)的傳動穩(wěn)定性；如果太小，可以降低球啟動時的阻力，但會影響系統(tǒng)的傳動精度，所以滾珠絲杠副預緊力的選擇應根據(jù)實際情況確定，不宜過大或過小。

滾珠絲杠是將旋轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為旋轉運動的理想產(chǎn)品。滾珠絲杠由絲杠、螺母和滾珠組成。它的作用是將旋轉運動轉化為直線運動，是滾珠絲杠的進一步延伸和發(fā)展。這一發(fā)展的重要意義是將軸承從滑動動作變?yōu)闈L動動作。滾珠絲杠是機床和精密機械中最常用的傳動元件。它的主要功能是將旋轉運動轉化為直線運動，或將扭矩轉化為軸向往復力。

由于滾珠絲杠副的絲杠軸和絲杠螺母之間滾動的滾珠較多，因此可以獲得較高的運動效率。同時，滾珠絲杠副采用滾珠運動，因此啟動力矩極小，不會有滑動運動。爬行現(xiàn)象，可以保證精確的微進給。另外，滾珠絲杠副可以預緊，由于預緊，軸向游隙可以達到負值，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用于各種工業(yè)設備和精密儀器。