滾(gǔn)珠絲杠摩擦的主要因素有以下幾方麵:鋼球同螺(luó)紋滾道之的摩擦、鋼(gāng)球之間的摩擦、鋼球循環機構反向通道中的摩擦等。
1 鋼球同螺紋滾道間的(de)摩擦
在(zài)滾(gǔn)珠軸承摩擦中占有很大比重(chóng)的自旋、差(chà)動滑(huá)動等(děng)因(yīn)素,通常在滾珠絲杠全部摩擦中所占的比例較小,與此相比,滾珠絲杠摩擦的主要因素是由於滾道呈(chéng)螺旋狀而產生的鋼球和滾道之(zhī)間的滑動摩擦(cā)。
滾珠絲杠運動時,鋼球同絲杠螺(luó)紋滾(gǔn)道,以及螺(luó)母螺紋滾道的各接觸(chù)點及鋼球中心都圍繞著絲杠軸心線螺旋運動,但是由於各點的半徑不同,其(qí)螺旋(xuán)線軌跡相互也不(bú)平行。
此外,鋼球向滾道楔入的現象,條件不同,其楔入的程度也不同。同時對(duì)鋼球所加載荷的大小,鋼(gāng)球同螺紋滾(gǔn)道,鋼球同鋼球之間接觸狀態的變化都是扭矩變化的主要因素。例如,用墊片(piàn)予緊的“定位予(yǔ)緊”方式,由於絲杠滾道同螺母(mǔ)滾道的(de)相對位置被約束,所以加在鋼球上的載荷容易變化。
特別是滾珠絲杠在某(mǒu)一位置反複擺動而使鋼球相互靠攏時,則鋼球之間摩擦增大;加上鋼球中心(xīn)的移動而(ér)向滾(gǔn)道楔入,這(zhè)兩方麵相互影響,就使摩(mó)擦扭矩變得很大。通常把這種情況稱為“擺動扭矩”或“球阻”現象。
這種現象,按滾珠絲杠的加工質量不同而不同,但即使良好的製造精度,要完全排除這種現象也是困難的。防止“擺動扭矩”增大的方法是不使鋼球中(zhōng)心移動,不使鋼球的載荷增加以及減小鋼球之間(jiān)的相互約束和摩擦。
圖(tú)1(a)所示的單圓弧滾道的滾珠絲杠,鋼球中心的移動量比較(jiào)大,“擺動扭矩(jǔ)”的增大表現得(dé)明顯。圖1(b)所示的雙圓弧狀、單邊(biān)間隙很小的滾珠絲杠,鋼球和螺紋滾道三點接觸。由(yóu)於這個(gè)原因(yīn),摩擦(cā)有所增加(jiā),但鋼球向軌道楔入的現象比單圓弧形的少,“擺動扭矩”增大的程度(dù)不顯著。此外,因鋼(gāng)球中心移動量(liàng)小,所以摩擦扭(niǔ)矩也(yě)比較穩定(dìng)。
為(wéi)減少鋼球之間相互(hù)約束和摩擦,可(kě)以采用間隔滾珠或在回路內減少幾個鋼球的方法。
所(suǒ)謂(wèi)間隔滾珠,就(jiù)是放(fàng)在負載(zǎi)鋼球之間而直徑比負載鋼球小數十微米的滾珠。圖2(a)無間隔滾珠,這時由於各鋼球同向滾動,當鋼球之間相互靠攏時,接觸點運動方向相反,則相(xiàng)互產生滑移。
圖2(b)采用間(jiān)隔(gé)滾珠,由於間隔滾珠比負載鋼球直徑小,因而在滾道裏無約束,並以同負載鋼球相反的方向轉動,即使鋼球之間(jiān)靠攏時,接觸點運動方向相同,其相(xiàng)互之間(jiān)也不產生滑移。
從摩擦方麵來說(shuō),理想的負載鋼球和(hé)間隔滾珠一個個(gè)地間隔排列,但(dàn)考慮到剛性、負載量,可以采用每隔三(sān)個負載鋼球放(fàng)一個間隔滾珠的方法。
圖3 為容(róng)易出(chū)現扭矩(jǔ)變(biàn)化的單圓弧滾(gǔn)珠(zhū)絲杠在采用了上述方法後實際測(cè)得的效果。
滾珠絲杠開始作反向轉動時,由於鋼球向軌道楔入的方向隨滾珠絲(sī)杠運動方(fāng)向而變(biàn),鋼球從暫時的楔入到脫開的同時(shí),滑動摩擦也脫開,一(yī)直到鋼球向滾道的(de)另一側楔入為止。在此期(qī)間(jiān)摩擦扭(niǔ)矩變小,但對滾珠絲杠機能並不產生任異常的情況。
2 鋼球之間的摩擦
如前所述,鋼球(qiú)靠攏時,它們之間的摩擦及其影(yǐng)響是(shì)顯著的。在這種情況下使用間隔滾珠或減少回路內的鋼球數,可以取得相當(dāng)好的效果。實驗證明,與回路內負載鋼球(qiú)時相比,在同一載荷下摩擦扭(niǔ)矩(jǔ)最大可以減少約30%。
3 鋼球(qiú)在(zài)外循環導珠管中的摩擦
在(zài)導(dǎo)珠管內,鋼球的(de)滑動摩擦比較小,一般可以不考慮。導珠管的出入口舌部以及舌部(bù)附近鋼球的運動幹擾,對摩(mó)擦具有相當大的影(yǐng)響。此外,由(yóu)於舌部變形和磨損,將產生(shēng)運動不良或舌(shé)部損壞而不能運動的可能性。因此導珠管的強度,舌(shé)部(bù)的形狀具有重要的意義,現在由(yóu)於采用電子計算機對舌部形狀進行計算和設計,預計可使性能提高。
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