關(guān)于滾珠絲桿的介紹,百度百科的內(nèi)容是以下解說(shuō):
滾珠絲杠是將回轉(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)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。 滾珠絲杠是工具機(jī)械和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件,其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng),或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力,同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。由于具有很小的摩擦阻力,滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。
滾珠絲杠是將回轉(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)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。
滾珠絲杠是工具機(jī)械和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件,其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng),或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力,同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。由于具有很小的摩擦阻力,滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),滾珠絲桿就是可以由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)或者由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu),但是一般對(duì)它的應(yīng)用都是由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。
1.摩擦損失小、傳動(dòng)效率高
由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滑動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。
2.精度高
滾珠絲杠副是一般是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的,特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。
3.高速進(jìn)給和微進(jìn)給可能
滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。
4.軸向剛度高
滾珠絲杠副可以加與預(yù)壓,由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。
5.不能自鎖、具有傳動(dòng)的可逆性
滾珠絲杠由螺桿、螺母、鋼球、預(yù)壓片、反向器和防塵器組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng),這是艾克姆螺桿的進(jìn)一步延伸和發(fā)展,這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動(dòng)動(dòng)作變成滾動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力,滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。
關(guān)于滾珠絲桿,種類太多了,這里咱們就列舉幾種比較常見的。
1.自潤(rùn)式滾珠絲桿:具有可拆換除油裝置的自潤(rùn)式滾珠絲桿,不需要潤(rùn)滑管路系統(tǒng)與設(shè)備,減少了換油和廢油處理成本。
2.靜音式滾珠絲桿:它的原理是在滾珠之間設(shè)置有特殊溝型的滾珠間隔環(huán),可以抑制住滾珠與滾珠之間碰撞所產(chǎn)生的噪音,使?jié)L珠絲桿在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候更加的安靜、平順。
3.高速化滾珠絲桿:具有高加速、高剛性、高速進(jìn)給、低振動(dòng)、低噪音的特點(diǎn)。使用在工具機(jī)的快速進(jìn)給,磨具高速切削中心機(jī)和高速縱荷切削中心等領(lǐng)域。
4.重負(fù)荷型滾珠絲桿:能夠承受較大的軸向負(fù)荷,適用于全電式設(shè)計(jì)機(jī)、空壓機(jī)、半導(dǎo)體制造裝置和鍛壓制造裝置等。
還有軋制和研磨級(jí)絲桿的區(qū)分,軋制絲桿的精度相對(duì)低一點(diǎn),適用于精度要求不是很高的場(chǎng)合;而研磨級(jí)絲桿,根據(jù)它的名稱也可以看的出來(lái),精度比較高,適合精度要求高的場(chǎng)合。
而根據(jù)螺母中的滾珠循環(huán)方式,可以分為外循環(huán)、內(nèi)循環(huán)、端蓋式。先說(shuō)一下端蓋式,這種是比較早期的結(jié)構(gòu),但是缺點(diǎn)比較明顯,現(xiàn)在基本已經(jīng)被淘汰了,用到的很少,所以這里就稍微提一下。
關(guān)于內(nèi)外循環(huán)螺母的具體構(gòu)造咱們就不聊了,畢竟咱們不需要造絲桿,只需要知道兩者的區(qū)別以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)就可以。
一般的安裝方式,就是以上的四種,大家可以根據(jù)自己的使用工況,選擇絲桿的安裝方式,而不同的安裝方式,絲桿兩端也是不同的。
說(shuō)到滾珠絲桿的選型,需要先來(lái)說(shuō)一下它的常用參數(shù),然后才能從這些參數(shù)下手,確定它的型號(hào)。
1.公稱直徑
即絲杠的外徑,常見規(guī)格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120,不過(guò)請(qǐng)注意,這些規(guī)格中,各廠家一般只備16~50的貨,也就是說(shuō),其他直徑大部分都是期貨(見單生產(chǎn),貨期大約在30~60天,日系產(chǎn)品大約是2~2.5個(gè)月,歐美產(chǎn)品大約是3~4個(gè)月)。
公稱直徑和負(fù)載基本成正比,直徑越大的負(fù)載越大,具體數(shù)值可以查閱廠家產(chǎn)品樣本。這里只說(shuō)明兩個(gè)概念:動(dòng)額定負(fù)荷與靜額定負(fù)荷,前者指運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的額定軸向負(fù)載,后者是指靜止?fàn)顟B(tài)下的額定軸向負(fù)載。設(shè)計(jì)時(shí)參考前者即可。需要注意的是,額定負(fù)荷并非最大負(fù)荷,實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷的比值越小,絲杠的理論壽命越高。推薦:直徑盡量選16~63。
2.導(dǎo)程
導(dǎo)程指的是絲桿旋轉(zhuǎn)一周,螺母直線運(yùn)動(dòng)的距離。常見的導(dǎo)程有(單位:mm):2、4、5、6、8、10、16、20、25、32、40,跟導(dǎo)程有關(guān)系的參數(shù)是螺母運(yùn)動(dòng)速度和滾珠絲桿可提供的直線推力。 導(dǎo)程越大,相同轉(zhuǎn)速情況下,直線運(yùn)動(dòng)速度越快,具體的計(jì)算關(guān)系為:v=ri。其中v——螺母的移動(dòng)速度(單位:mm/s);r——絲桿的旋轉(zhuǎn)速度(單位:r/s);i——導(dǎo)程(單位:mm)。
導(dǎo)程和絲桿推力的關(guān)系:F=(2πTn)/i。其中F——絲桿推力(單位:N);T——電機(jī)提供的扭矩(單位N·m);n——傳動(dòng)效率(滾珠絲桿的傳動(dòng)效率一般為85%~95%);i——導(dǎo)程(這里的單位是m)。
3.長(zhǎng)度
長(zhǎng)度有兩個(gè)概念,一個(gè)是全長(zhǎng),另一個(gè)是螺紋長(zhǎng)度。有些廠家只計(jì)算全長(zhǎng),但有些廠家需要提供螺紋長(zhǎng)度。螺紋長(zhǎng)度中也有兩個(gè)部分,一個(gè)是螺紋全長(zhǎng),一個(gè)是有效行程。前者是指螺紋部分的總長(zhǎng)度,后者是指螺母直線移動(dòng)的理論最大長(zhǎng)度,螺紋長(zhǎng)度=有效行程+螺母長(zhǎng)度+設(shè)計(jì)裕量(如果需要安裝防護(hù)罩,還要考慮防護(hù)罩壓縮后的長(zhǎng)度,一般按防護(hù)罩最大長(zhǎng)度的1/8計(jì)算)。
在設(shè)計(jì)繪圖時(shí),絲杠的全長(zhǎng)大致可以按照一下參數(shù)累加:絲杠全長(zhǎng)=有效行程+螺母長(zhǎng)度+設(shè)計(jì)余量+兩端支撐長(zhǎng)度(軸承寬度+鎖緊螺母寬度+裕量)+動(dòng)力輸入連接長(zhǎng)度(如果使用聯(lián)軸器則大致是聯(lián)軸器長(zhǎng)度的一半+裕量)。特別需要注意的是,如果你的長(zhǎng)度超長(zhǎng)(大于3米)或長(zhǎng)徑比很大(大于70),最好事先咨詢廠家銷售人員可否生產(chǎn),總體的情況是,國(guó)內(nèi)廠家常規(guī)品最大長(zhǎng)度3米,特殊品16米,國(guó)外廠家常規(guī)品6米,特殊品22米。當(dāng)然不是說(shuō)國(guó)內(nèi)廠家就不能生產(chǎn)更長(zhǎng)的,只是定制品的價(jià)格比較離譜。推薦:長(zhǎng)度盡量選6米以下,超過(guò)的用齒輪齒條更劃算了。
4.螺母形式
各廠家的產(chǎn)品樣本上都會(huì)有很多種螺母形式,一般型號(hào)中的前幾個(gè)字母即表示螺母形式。按法蘭形式分大約有圓法蘭、單切邊法蘭、雙切邊法蘭和無(wú)法蘭幾種。按螺母長(zhǎng)度分有單螺母和雙螺母(注意,單螺母和雙螺母沒(méi)有負(fù)載和剛性差異,這一點(diǎn)不要聽從廠家銷售人員的演說(shuō),單螺母和雙螺母的主要差異是后者可以調(diào)整預(yù)壓而前者不能,另外后者的價(jià)格和長(zhǎng)度大致均是前者的2倍)。在安裝尺寸和性能允許的情況下,設(shè)計(jì)者在選用時(shí)應(yīng)盡量選擇常規(guī)形式,以避免維護(hù)時(shí)備件的貨期問(wèn)題。推薦:頻繁動(dòng)作、高精度維持場(chǎng)合選雙螺母,其他場(chǎng)合選雙且邊單螺母。推薦:螺母形式盡量選內(nèi)循環(huán)雙切邊法蘭單螺母。
5.精度
滾珠絲桿,按國(guó)內(nèi)分類,精度等級(jí)有P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10,日本、韓國(guó),還有中國(guó)臺(tái)灣省采用JIS等級(jí),即C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10;歐洲國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)采用的是IT0,IT1, IT2,IT3,IT4,IT5,IT7,IT10。
一般,像我們公司采購(gòu)的都是臺(tái)灣的滾珠絲桿,性價(jià)比比較高,再其次是日本的。
精度表示方法為:不論你的滾珠絲桿有多長(zhǎng),任取一段300mm,誤差都在等級(jí)代表的精度之內(nèi),各等級(jí)代表的精度如下。
一般來(lái)說(shuō),普通機(jī)械采用C7,C10級(jí),數(shù)控設(shè)備一般采用C5,C3級(jí)(C5較多,國(guó)內(nèi)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床都是C5級(jí)),航空制造設(shè)備,精密投影及三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備等一般采用C3,C2精度。
另外,C7,C10級(jí)一般采用軋制方法制造,C5級(jí)及以上采用研磨方法制造。
綜上所述,非標(biāo)設(shè)計(jì)常用的滾珠絲桿精度等級(jí)為C7()軋制方法制造或有些人稱為轉(zhuǎn)造),而對(duì)滾珠絲桿精度等級(jí)有更高的要求的,C5(研磨方法制造)也夠用了。當(dāng)然還是要說(shuō)一句要具體問(wèn)題具體分析。
6.預(yù)壓等級(jí)
也叫預(yù)緊,關(guān)于預(yù)壓,我們不用了解具體的預(yù)緊力和預(yù)緊方式,只需要按照廠家樣本選擇預(yù)壓等級(jí)就可以了。預(yù)壓等級(jí)越高,螺母與螺桿配合越緊;反之,等級(jí)越低越松。
遵循的原則是: 大直徑、雙螺母、高精度、驅(qū)動(dòng)力矩較大,當(dāng)絲桿的應(yīng)用出現(xiàn)以上的情況時(shí),預(yù)壓等級(jí)可以選高一點(diǎn),反之選低一點(diǎn)。
了解了以上絲桿主要的參數(shù)后,咱們就可以根據(jù)自己的要求進(jìn)行選型了。
第一步:根據(jù)上面“滾珠絲桿的分類”中提到的各種絲桿的應(yīng)用場(chǎng)景,確定適用自己工況的絲桿種類;同時(shí)也可以確定絲桿的精度等級(jí)(一般為C7)和預(yù)壓等級(jí);
第二步:根據(jù)負(fù)載的大小,確定滾珠絲桿的軸徑;
第三步:根據(jù)負(fù)載需要的移動(dòng)速度,確定導(dǎo)程;確定導(dǎo)程后,再根據(jù)推力和導(dǎo)程的關(guān)系式,確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)要提供的轉(zhuǎn)矩。
具體如下:物體上下垂直運(yùn)動(dòng),重量為60Kg,需要的移動(dòng)速度為1m/s。
1)假如你選取了伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng),額定轉(zhuǎn)速為3000r/min=50r/s,根據(jù)公式:v=ri,確定導(dǎo)程為20;
2)然后再計(jì)算負(fù)載的大小:假設(shè)伺服電機(jī)的加減速時(shí)間設(shè)置為0.3s,那么加速度為3.3m/s2,負(fù)載F=600+60*3.3=798N(摩擦力這里忽略);
3)根據(jù)公式:F=(2πTn)/i,n取90%,計(jì)算得T≈2.82N·m,查詢1kW伺服電機(jī)是額定扭矩為3.18N·m,符合要求。
以上,就基本確定了滾珠絲桿的型號(hào),最后,再根據(jù)自己所需要使用到的行程,還有上面說(shuō)到的絲桿安裝方式,確定絲桿的長(zhǎng)度就可以了。