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滾珠絲杠(gàng)的摩擦分析
2013-8-22  來源:  作(zuò)者:齊重數(shù)控裝備股份有限公司研發中心 趙康原

      滾珠絲杠摩擦的主要(yào)因(yīn)素有以下(xià)幾方麵:鋼球同螺紋滾道之的摩擦、鋼球之間的摩擦、鋼球循環機構反(fǎn)向通道中的摩擦等。

 

1 鋼球同螺紋滾道間的摩擦

 

      在(zài)滾珠軸(zhóu)承(chéng)摩擦中占有很大(dà)比重的自旋、差動滑動等因素,通常(cháng)在滾珠絲杠全部摩擦中所占的比例較小(xiǎo),與此相比,滾珠絲杠摩(mó)擦的主要因素是由於滾道呈螺旋狀而產生的(de)鋼球和滾道之間的滑動摩擦。

 

      滾珠絲杠運動時,鋼球(qiú)同絲杠(gàng)螺紋滾道,以及螺(luó)母螺紋滾道的各接觸點及鋼球中心(xīn)都圍繞(rào)著絲杠軸心線螺(luó)旋運動,但(dàn)是由於各點的(de)半徑不同,其螺旋(xuán)線軌跡相互也不平行。

 

      此外(wài),鋼球向滾道楔入的現象,條(tiáo)件不同,其楔入(rù)的程度也不同。同時對鋼球所加載荷的大小,鋼球同螺紋滾道,鋼(gāng)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(rú),用墊片予緊的“定(dìng)位予緊”方式,由(yóu)於(yú)絲杠滾道同螺母滾道的相對位(wèi)置(zhì)被約束,所以加在鋼球上的載荷容易變(biàn)化。

 

      特別是滾珠絲杠在某一(yī)位置反複擺動而(ér)使鋼球相互靠攏時,則鋼球之(zhī)間摩(mó)擦增大;加上鋼(gāng)球(qiú)中心的移動而向滾道楔入,這兩方麵相互影響,就使摩擦扭矩變得很大。通常把(bǎ)這種情況稱為“擺動扭矩”或“球(qiú)阻”現象。

 

     這(zhè)種現象,按(àn)滾(gǔn)珠絲杠的加工質(zhì)量不同而不(bú)同,但即使良好的製造精度,要完全排除這種(zhǒng)現象也是困難的。防(fáng)止“擺動扭矩”增大的方法是不使鋼球(qiú)中心移動,不使(shǐ)鋼球的載(zǎi)荷增加(jiā)以及減小鋼球之間的相互(hù)約束和摩擦(cā)。

 

 

     圖1a)所示的(de)單圓弧滾道(dào)的(de)滾珠(zhū)絲杠,鋼球中心的移動量比較大,“擺動扭矩”的增大表現得明顯。圖1b)所示的雙(shuāng)圓弧狀、單邊間隙很小的滾珠絲杠(gàng),鋼球和螺(luó)紋滾道三(sān)點接觸。由(yóu)於這個原因(yīn),摩擦有所增加,但鋼球向軌道楔入的現象(xiàng)比單圓弧形的少,“擺動扭矩(jǔ)”增大的程(chéng)度不顯著。此外,因鋼(gāng)球中心移動量小,所以摩擦扭矩也比較穩定。

 

      為減少鋼(gāng)球之間相互約束和摩擦,可以采用間隔滾珠或在回路內減少幾個鋼球的方法。

 

     所謂間隔滾(gǔn)珠,就是放在負(fù)載鋼(gāng)球之(zhī)間而直徑比負載鋼(gāng)球小數十(shí)微米(mǐ)的滾珠。圖2a)無間隔滾珠,這時由於各鋼球同向滾動,當鋼球之(zhī)間相互靠(kào)攏時,接觸點運動方向相反,則相互產生滑(huá)移。

 

     圖2b)采用間隔滾珠,由於間隔滾(gǔn)珠比負載鋼球直(zhí)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,即使鋼球之間靠攏時,接觸點運動方向相同,其相互之間也不產生滑移。

 

     從摩擦方麵(miàn)來說,理想的負載鋼球和間(jiān)隔滾珠一個個地間隔排列,但考慮(lǜ)到(dào)剛性、負載量,可以采用每隔三個負載鋼球放一個間隔(gé)滾珠的(de)方法。

 

     圖3 為容易出現扭矩變化的單圓弧滾珠絲(sī)杠(gàng)在采用了上述方法(fǎ)後實際測得的效果。

 

 

      滾珠絲杠開始作(zuò)反向轉動時,由於鋼球向軌道楔入(rù)的方向隨滾珠絲杠運動方向(xiàng)而變,鋼球從暫時的楔入到脫開的同時,滑動摩(mó)擦也脫開,一直到鋼球向滾道(dào)的(de)另一側楔入為止。在此期間摩擦扭矩變小,但(dàn)對滾(gǔn)珠絲杠機能並不產生任異常的(de)情況。

 

2 鋼球之間的摩擦

 

      如前所述,鋼球靠攏時,它們之間的摩擦及其(qí)影響是顯著的。在這種情況下使用(yòng)間(jiān)隔滾珠或減少回路內的鋼球數,可以取得相當好的效果。實驗證明,與回路內(nèi)負載鋼球時相比,在同(tóng)一(yī)載(zǎi)荷下摩擦扭矩最大可以減少約30%

 

3 鋼球在(zài)外循環導珠管中(zhōng)的摩擦

 

     在導珠管內,鋼(gāng)球的滑動摩擦比較(jiào)小,一般可以不考慮。導(dǎo)珠管的(de)出入口舌部以及舌部附近鋼球的運動幹(gàn)擾,對摩擦具有相當大的影(yǐng)響。此外,由於舌(shé)部變形和磨損,將產生運動不良或舌部損壞而不能運(yùn)動的可能性。因(yīn)此導珠管的強度,舌部(bù)的形狀具有重要的意義,現在由於采用電子計算機對舌部形狀進行計算和設計,預計(jì)可使性能提高(gāo)。

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