關于滾珠絲桿的介紹,百度百科的內容是以下解說:
滾珠絲杠是將回轉運動轉化為直線運動,或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產品。 滾珠絲杠是工具機械和精密機械上最常使用的傳動元件,其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動,或將扭矩轉換成軸向反復作用力,同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。由于具有很小的摩擦阻力,滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業設備和精密儀器。
滾珠絲杠是將回轉運動轉化為直線運動,或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產品。
滾珠絲杠是工具機械和精密機械上最常使用的傳動元件,其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動,或將扭矩轉換成軸向反復作用力,同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。由于具有很小的摩擦阻力,滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業設備和精密儀器。
簡單來說,滾珠絲桿就是可以由旋轉運動轉化為直線運動或者由直線運動轉換為旋轉運動的機構,但是一般對它的應用都是由旋轉運動轉換為直線運動。
1.摩擦損失小、傳動效率高
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運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到1/3以下,即達到同樣運動結果所需的動力為使用滑動絲杠副的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械設備連貫生產出來的,特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環境方面,對溫度、濕度進行了嚴格的控制,由于完善的品質管理體制使精度得以充分保證。
3.高速進給和微進給可能
滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動,所以啟動力矩極小,不會出現滑動運動那樣的爬行現象,能保證實現精確的微進給。
4.軸向剛度高
滾珠絲杠副可以加與預壓,由于預壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力,在實際用于機械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。
5.不能自鎖、具有傳動的可逆性
滾珠絲杠由螺桿、螺母、鋼球、預壓片、反向器和防塵器組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動,這是艾克姆螺桿的進一步延伸和發展,這項發展的重要意義就是將軸承從滑動動作變成滾動動作。由于具有很小的摩擦阻力,滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業設備和精密儀器。
關于滾珠絲桿,種類太多了,這里咱們就列舉幾種比較常見的。
1.自潤式滾珠絲桿:具有可拆換除油裝置的自潤式滾珠絲桿,不需要潤滑管路系統與設備,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置有特殊溝型的滾珠間隔環,可以抑制住滾珠與滾珠之間碰撞所產生的噪音,使滾珠絲桿在運動的時候更加的安靜、平順。
3.高速化滾珠絲桿:具有高加速、高剛性、高速進給、低振動、低噪音的特點。使用在工具機的快速進給,磨具高速切削中心機和高速縱荷切削中心等領域。
4.重負荷型滾珠絲桿:能夠承受較大的軸向負荷,適用于全電式設計機、空壓機、半導體制造裝置和鍛壓制造裝置等。
還有軋制和研磨級絲桿的區分,軋制絲桿的精度相對低一點,適用于精度要求不是很高的場合;而研磨級絲桿,根據它的名稱也可以看的出來,精度比較高,適合精度要求高的場合。
而根據螺母中的滾珠循環方式,可以分為外循環、內循環、端蓋式。先說一下端蓋式,這種是比較早期的結構,但是缺點比較明顯,現在基本已經被淘汰了,用到的很少,所以這里就稍微提一下。
關于內外循環螺母的具體構造咱們就不聊了,畢竟咱們不需要造絲桿,只需要知道兩者的區別以及各自的優缺點就可以。
一般的安裝方式,就是以上的四種,大家可以根據自己的使用工況,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。
說到滾珠絲桿的選型,需要先來說一下它的常用參數,然后才能從這些參數下手,確定它的型號。
1.公稱直徑
即絲杠的外徑,常見規格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120,不過請注意,這些規格中,各廠家一般只備16~50的貨,也就是說,其他直徑大部分都是期貨(見單生產,貨期大約在30~60天,日系產品大約是2~2.5個月,歐美產品大約是3~4個月)。
公稱直徑和負載基本成正比,直徑越大的負載越大,具體數值可以查閱廠家產品樣本。這里只說明兩個概念:動額定負荷與靜額定負荷,前者指運動狀態下的額定軸向負載,后者是指靜止狀態下的額定軸向負載。設計時參考前者即可。需要注意的是,額定負荷并非最大負荷,實際負荷與額定負荷的比值越小,絲杠的理論壽命越高。推薦:直徑盡量選16~63。
2.導程
導程指的是絲桿旋轉一周,螺母直線運動的距離。常見的導程有(單位:mm):2、4、5、6、8、10、16、20、25、32、40,跟導程有關系的參數是螺母運動速度和滾珠絲桿可提供的直線推力。 導程越大,相同轉速情況下,直線運動速度越快,具體的計算關系為:v=ri。其中v——螺母的移動速度(單位:mm/s);r——絲桿的旋轉速度(單位:r/s);i——導程(單位:mm)。
導程和絲桿推力的關系:F=(2πTn)/i。其中F——絲桿推力(單位:N);T——電機提供的扭矩(單位N·m);n——傳動效率(滾珠絲桿的傳動效率一般為85%~95%);i——導程(這里的單位是m)。
3.長度
長度有兩個概念,一個是全長,另一個是螺紋長度。有些廠家只計算全長,但有些廠家需要提供螺紋長度。螺紋長度中也有兩個部分,一個是螺紋全長,一個是有效行程。前者是指螺紋部分的總長度,后者是指螺母直線移動的理論最大長度,螺紋長度=有效行程+螺母長度+設計裕量(如果需要安裝防護罩,還要考慮防護罩壓縮后的長度,一般按防護罩最大長度的1/8計算)。
在設計繪圖時,絲杠的全長大致可以按照一下參數累加:絲杠全長=有效行程+螺母長度+設計余量+兩端支撐長度(軸承寬度+鎖緊螺母寬度+裕量)+動力輸入連接長度(如果使用聯軸器則大致是聯軸器長度的一半+裕量)。特別需要注意的是,如果你的長度超長(大于3米)或長徑比很大(大于70),最好事先咨詢廠家銷售人員可否生產,總體的情況是,國內廠家常規品最大長度3米,特殊品16米,國外廠家常規品6米,特殊品22米。當然不是說國內廠家就不能生產更長的,只是定制品的價格比較離譜。推薦:長度盡量選6米以下,超過的用齒輪齒條更劃算了。
4.螺母形式
各廠家的產品樣本上都會有很多種螺母形式,一般型號中的前幾個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、雙切邊法蘭和無法蘭幾種。按螺母長度分有單螺母和雙螺母(注意,單螺母和雙螺母沒有負載和剛性差異,這一點不要聽從廠家銷售人員的演說,單螺母和雙螺母的主要差異是后者可以調整預壓而前者不能,另外后者的價格和長度大致均是前者的2倍)。在安裝尺寸和性能允許的情況下,設計者在選用時應盡量選擇常規形式,以避免維護時備件的貨期問題。推薦:頻繁動作、高精度維持場合選雙螺母,其他場合選雙且邊單螺母。推薦:螺母形式盡量選內循環雙切邊法蘭單螺母。
5.精度
滾珠絲桿,按國內分類,精度等級有P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10,日本、韓國,還有中國臺灣省采用JIS等級,即C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10;歐洲國家的標準采用的是IT0,IT1, IT2,IT3,IT4,IT5,IT7,IT10。
一般,像我們公司采購的都是臺灣的滾珠絲桿,性價比比較高,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,任取一段300mm,誤差都在等級代表的精度之內,各等級代表的精度如下。
一般來說,普通機械采用C7,C10級,數控設備一般采用C5,C3級(C5較多,國內大部分數控機床都是C5級),航空制造設備,精密投影及三坐標測量設備等一般采用C3,C2精度。
另外,C7,C10級一般采用軋制方法制造,C5級及以上采用研磨方法制造。
綜上所述,非標設計常用的滾珠絲桿精度等級為C7()軋制方法制造或有些人稱為轉造),而對滾珠絲桿精度等級有更高的要求的,C5(研磨方法制造)也夠用了。當然還是要說一句要具體問題具體分析。
6.預壓等級
也叫預緊,關于預壓,我們不用了解具體的預緊力和預緊方式,只需要按照廠家樣本選擇預壓等級就可以了。預壓等級越高,螺母與螺桿配合越緊;反之,等級越低越松。
遵循的原則是: 大直徑、雙螺母、高精度、驅動力矩較大,當絲桿的應用出現以上的情況時,預壓等級可以選高一點,反之選低一點。
了解了以上絲桿主要的參數后,咱們就可以根據自己的要求進行選型了。
第一步:根據上面“滾珠絲桿的分類”中提到的各種絲桿的應用場景,確定適用自己工況的絲桿種類;同時也可以確定絲桿的精度等級(一般為C7)和預壓等級;
第二步:根據負載的大小,確定滾珠絲桿的軸徑;
第三步:根據負載需要的移動速度,確定導程;確定導程后,再根據推力和導程的關系式,確定驅動電機要提供的轉矩。
具體如下:物體上下垂直運動,重量為60Kg,需要的移動速度為1m/s。
1)假如你選取了伺服電機為驅動,額定轉速為3000r/min=50r/s,根據公式:v=ri,確定導程為20;
2)然后再計算負載的大小:假設伺服電機的加減速時間設置為0.3s,那么加速度為3.3m/s2,負載F=600+60*3.3=798N(摩擦力這里忽略);
3)根據公式:F=(2πTn)/i,n取90%,計算得T≈2.82N·m,查詢1kW伺服電機是額定扭矩為3.18N·m,符合要求。
以上,就基本確定了滾珠絲桿的型號,最后,再根據自己所需要使用到的行程,還有上面說到的絲桿安裝方式,確定絲桿的長度就可以了。