▲滚珠丝杠
: N) ]6 w6 m, f R3 E* P
01
0 p. C/ |* Z# k
滚珠丝杠是由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动,是将轴承从滑动动作变成滚动动作。
. `0 d: M% A& w1 ~0 ~. S
1 ]8 s( f; Z; w4 \9 [
1898年,人们首次尝试在螺帽与螺杆之间加入钢珠,将传统螺杆的滑动接触转换成滚动接触;以滚动摩擦取代滑动摩擦,将螺帽内的钢珠回转运动转为线性运动,将扭矩转换成轴向反复作用力,以此来改善传统螺杆定位不佳及易损害的情况。
N6 j2 ]3 w3 y. O$ Y8 K! i' K! P
- W9 H6 H+ _4 f/ h, f
滚珠丝杠是由德克萨斯州的Rudolph G. Boehm发明,于1929年被授予美国专利。
& u y+ u! f+ ?, {% D# W4 Y4 U
当滚珠丝杠作为主动体时,螺母就会随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动,被动工件可以通过螺母座和螺母连接,从而实现对应的直线运动。
8 A7 A, E& B, |& o H9 r
' `- o ~6 Z( @* T7 W& Z
滚珠丝杠组件是金属的,通常是钢制的,由内螺纹螺母和螺杆组成,螺母的螺旋槽与螺杆的螺旋槽相匹配。
9 _$ o `, o i( f2 S1 z' G
6 }, A1 t- {$ F9 \4 i
在凹槽内部,包含在螺母里的是许多由铬钢制成的小球。当滚珠在螺母中循环时,滚珠在螺杆下方提供平稳运动,导流板或返回系统保持球并使它们通过螺母循环。
7 V* _' d3 z: \) c2 E; @' L
" h! K% D2 |3 U. Y+ Y6 U
与电机一起使用时,滚珠丝杠的效率高达90%。它们相当精确,每英尺几千分之一英寸的精度。许多行业都使用滚珠丝杠进行精确控制,包括航空航天,计算机,电子,汽车和医疗行业。
; M- d! E. e- `- ], S% [0 P5 B9 I
滚珠丝杠也经常用于制造过程,在机器人、自动化装配线、材料处理设备、输送机、机床、电线控制和精密装配设备中都很常见。
7 C; n7 A; g$ ?7 _4 d C2 k
% N" q; d5 f6 i. y
02
1 `0 j* J {4 z: B" w! a% e
滚珠丝杠组件是由螺杆和螺母组成,每个都带有匹配的螺旋槽,滚珠在这些槽之间滚动,提供螺母和螺杆之间的唯一接触。
7 @+ b. s. q9 \& o3 F& a$ W
! R. a; f' @- W- ]) M t* j/ s6 b
当螺杆或螺母旋转时,滚珠被偏转器偏转到螺母的球返回系统中,并且它们以连续的路径穿过返回系统到达滚珠螺母的相对端。然后滚珠从返回系统退出到滚珠丝杠和螺母螺纹滚道中,以便在闭合回路中再循环。
" `* E$ u. Q# R/ D
" s3 _2 r/ I# p [' d% j! @0 T" l: G
滚珠螺母决定滚珠丝杠组件的负载和寿命。滚珠螺母回路中的螺纹数量与滚珠丝杠上的螺纹数量之比,决定滚珠螺母将比滚珠螺杆更快地达到疲劳失效(磨损)的程度。
. R; y# T1 x! [" Z1 F
滚珠螺母包含两类滚珠返回方式,外循环式和内循环式。
: G6 F4 t# f. w; |: r/ ^
8 U& ~, U2 B4 ^# O- F( I
外循环式:滚珠通过返回管回到回路的相对端,滚珠返回管突出于滚珠螺母的外径之上。
& _) u: I; K7 P7 E4 L' J
▲外循环式滚珠螺母
7 ]$ P' Z B C0 d
内循环式:滚珠通过或沿着螺母壁返回,低于滚珠螺母的外径。
2 Z& r8 K! R9 n2 [9 _9 b3 s2 r2 c, A) S
▲内循环式滚珠螺母
) t6 z+ M" T l5 A- ~
内循环式有一个旋转回路(如上图所示),滚珠被迫通过返回系统爬过螺杆上的螺纹顶部,这被称为交叉偏转器型内部返回系统。在交叉偏转器类型的滚珠螺母中,滚珠仅使轴旋转一圈,并且回路由螺母(C)中的球偏转器(B)封闭,允许滚珠在点处的相邻凹槽之间交叉( A)和(D)。
0 b2 Q7 O% } Y3 S
▲内循环式滚珠螺母
2 N# u- }6 J( N7 A* |7 I
当长滚珠丝杠高速旋转时,一旦长细比达到该轴尺寸的自然谐波,它就会开始振动。这称为临界速度,可能对滚珠丝杠的使用寿命非常不利。(安全运行速度不应超过螺杆临界速度的80%)
+ s! _ _8 r7 q* y( b. z# c
▲旋转球螺母组件
5 K# p# y, u7 [
T' g& c: L m( S! \% ~5 f8 S
有些应用需要更长的轴长和高速,这都是需要旋转滚珠螺母组件的地方。
% l$ [8 u- m: ]/ L1 g; q
8 p4 q) j, ]5 N0 y* C
03
+ ^3 N5 e5 g) e6 _$ T3 X
滚珠丝杠原本只有英国、美国、德国、日本等先进工业国家能够量产。自1982年开始,何丰精密公司在台中县潭子设厂生产滚珠丝杠,正式开启台湾自己生产此类高精度零件的时代。
9 X c- a, R8 m) e
1989年何丰改制并更名为上银科技(HIWIN)。上银已成为全球第三大滚珠丝杆、线性滑轨等精密机械业者(前两名是日本厂商THK和NSK)。
; k1 a% @& N1 |+ `/ _+ W5 Y) i
滚珠丝杆市场占有率第二的是日本NSK公司,成立于1916年,NSK在轴承领域稳居日本首位,同时在全世界也位居前列。NSK滚珠丝杆被广泛应用于半导体制造业,机床,注塑机以及其他普通产业。