滾珠絲杠的特點及誤差分析

滾珠絲杠副主要由絲杠、螺母、滾珠和反向器組成。在具有螺旋槽的絲杠和螺母中間裝有中間傳動元件，即滾珠，滾珠組成循環的滾珠鏈。當絲杠旋轉時，滾珠沿螺紋滾道滾動，在此運動過程中，滾珠不但繞絲杠公轉，其自身還在自轉。所以滾珠不但與絲杠、螺母間產生摩擦，而且相互間也產生摩擦。為了防止滾珠從滾道內滾出，在螺母的螺旋槽兩端設有回程引導裝置，如反向器和擋珠器，它們與螺旋滾道形成循環回路，使滾珠在螺旋滾道內即自轉又沿螺旋滾道循環轉動。

由上述工作原理可知，滾珠絲杠以滾動摩擦代替滑動摩擦，因此具有以下特點：

①摩擦損失小、傳動效率高：滾珠絲杠副的摩擦損失小，傳動效率可達90%～96%，為滑動絲杠的2~4倍。

②磨損小、壽命長：通常，滾珠絲杠副的絲杠、螺母以及滾珠都是經過淬硬的，表面粗糙度低，滾動摩擦的磨損小，因而具有良好的耐磨性，即其精度保持性能好，工作壽命長。

③軸向剛度高：由于滾珠絲杠副可以完全消除傳動間隙，而不至于影響絲杠運動的靈活性，因而可以獲得較高的軸向剛度，而且通過預緊可再次提高軸向剛度。

④摩擦阻力小、運動平穩：由于滾珠絲杠是滾動摩擦，動、靜摩擦系數相差極小，其摩擦阻力幾乎與速度無關，而且靜止摩擦力極小，啟動力矩與運動力矩近于相等。因此靈敏度高，運動較平穩，啟動時無顫動，低速傳動時無爬行現象。

⑤不能自鎖、具有傳動的可逆性：由于滾珠絲杠副沒有自鎖能力，故具有傳動的可逆性。當它用于垂直升降傳動系統時，必須增設自鎖裝置或制動裝置，以防止產生逆傳動。

滾珠絲杠副在傳動過程中存在很多誤差，包括滾珠絲杠副自身的制造誤差、熱變形誤差、受力變形誤差、安裝誤差等。大量研究表明，熱誤差是影響高速機床加工精度的主要因素之一，約占機床總誤差的40%-70%。熱變形誤差產生的過程為：發熱部位產生熱量，熱量通過接觸面向周圍傳遞，最終導致機床關鍵部件變形，從而產生誤差。與之相對應，防止和減少熱變形誤差的方法有三種；①降低熱源；②控制熱流；③熱穩定結構設計。滾珠絲杠進給系統的主要熱源是螺母的移動引起的摩擦生熱和軸承的旋轉摩擦生熱。影響此摩擦生熱的主要因素包括螺母的移動速度、潤滑劑的使用情況以及零件間的裝配關系等。滾珠絲杠的熱變形誤差是影響滾珠絲杠進給系統定位精度的主要因素。所以滾珠絲杠的熱特性分析是高速高精度機床必須要考慮的關鍵技術。

滾珠絲杠進給系統的主要熱源是螺母的移動引起的摩擦生熱和軸承的旋轉摩擦生熱。影響此摩擦生熱的主要因素包括螺母的移動速度、潤滑劑的使用情況以及零件聞的裝配關系等。雖然機床的切削熱產生于機床內部且發熱量很大，但切削熱對滾珠絲杠的進給系統影響很小，而且切削熱能夠及時被切屑和冷卻液帶走。所以這里只考慮軸承發熱和螺母發熱。

為了補償滾珠絲杠熱變形對滾珠絲杠迸給系統定位精度的影響，常常采用預拉伸滾珠絲杠的方法。滾珠絲杠的預拉伸通過滾珠絲杠兩端的螺紋部分的鎖緊螺母的預緊達到的，相當于給滾珠絲杠的支撐軸承添加預負荷，其主要目的是：①提高滾珠絲杠的旋轉精度；②提高滾珠絲杠的剛性③補償滾珠絲杠的熱膨脹；④抑制滾珠絲杠的振動和異常噪音的發出⑤防止滾動體的滑動（公轉和自轉滑動）；⑥決定滾動體的位置。

隨著科技的進步和數控技術的發展，對機床的精度要求越來越高，誤差研究及其補償技術引起了人們的重視，許多學者在誤差研究方面投入了大量的工作也取得了一定的成果。其中對滾珠絲杠變形誤差的研究也越來越多，例如國防科技大學的粟時平在他的博士論文中對滾珠絲杠的進給系統及其滾珠絲杠的微特性進行了深入細致的研究。等外國學者對滾珠絲杠的高精度、變形、誤差的控制與跟蹤等方面進行了大量的研究。隨著滾珠絲杠副應用的推廣以及人們對高精度的要求的提高，將推動著越來越多的學者進行更深一步的研究。