滾珠絲杠的循環(huán)方式

　　滾珠絲杠的循環(huán)方式按滾珠在循環(huán)反向過程中與絲杠表面脫離與否, 可分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式,
　　
　　根據(jù)返向器的定位方式, 可分為固定式和浮動式兩種。浮動式返向器結(jié)構(gòu)特點是: 返向器與滾珠螺母上的安裝孔保持有0. 01 ~0. 015mm 的配合間隙。在返向器外圓弧上加工有對稱圓弧槽, 槽內(nèi)安裝拱形片簧。借助于片簧的彈力, 給返向器一個徑向推力, 使位于回珠槽內(nèi)的滾珠始終與絲杠表面保持一定的壓力, 這樣, 槽內(nèi)滾珠就代替了定位鍵而對返向器起到自定位作用。浮動式返向器的優(yōu)點在于高頻“浮動” 中實現(xiàn)回珠槽進(jìn)出口的自動對接, 從而為滾珠返回提供流暢的通道口, 因而具有較好的摩擦特性和結(jié)構(gòu)工藝性, 裝配簡便, 在高速運轉(zhuǎn)中工作可靠。這種返向器適用于各種高靈敏度、高剛度要求的精密進(jìn)給系統(tǒng), 但不適用于重載、多線滾珠絲杠副, 以及大導(dǎo)程、小導(dǎo)程的滾珠絲杠副。浮動式返向器滾珠絲杠副是目前較有發(fā)展前途的結(jié)構(gòu)形式, 并且正在逐漸取代固定式返向器的滾珠絲杠副。
　　
　　根據(jù)返向器的結(jié)構(gòu)形式, 可分為扁圓形返向器、圓形(又稱凸鍵形) 返向器和矩陣形(又稱多列陣) 返向器, 如圖3 所示。扁圓形返向器的結(jié)構(gòu)類似一個扁圓腰子形鑲塊, 緊固或焊接在螺母上的扁圓孔中, 其優(yōu)點是軸向尺寸短, 可有較多圈數(shù), 承載能力較高, 且結(jié)構(gòu)緊湊美觀, 缺點是扁圓孔的加工、測量較難, 且精度不易保證, 裝卸也較麻煩; 圓形返向器的兩個對稱鍵、鍵槽對稱精度以及深度均需控制, 制造工藝性較差, 其余部分加工則較扁圓形有較大改善, 但仍存在軸向尺寸大、裝配較困難等缺點; 矩陣形返向器的相鄰螺紋通過條狀的循環(huán)裝置形成一個滾珠循環(huán)鏈, 多個滾珠鏈共用一個返向裝置。其結(jié)構(gòu)緊湊, 沒有無效圈, 同等長度下承載圈數(shù)最高,同等導(dǎo)程下鋼球直徑可設(shè)計至最大。
　　
　　內(nèi)循環(huán)式結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單, 螺母外徑小, 可進(jìn)行微型設(shè)計, 滿足最小空間安裝, 裝配簡便, 適于批量生產(chǎn); 滾珠運行阻力相對較小, 起動容易, 滾珠流暢性好, 靈敏度較高; 摩擦損失少, 傳動效率較高; 滾珠回程較短, 剛度較好, 運轉(zhuǎn)精度較高。但返向器回珠槽為空間曲面, 呈S 形, 加工較困難, 對滾珠絲杠副的公稱直徑、絲杠外徑、螺紋滾道牙形與接觸角、牙頂圓角(保證圓滑過渡) 等加工要求亦較高, 不便于多滾道設(shè)計, 且絲杠一端螺旋溝槽須貫穿, 肩部軸徑尺寸須小于溝槽底徑, 否則無法組裝螺母。此類絲杠適用于中小導(dǎo)程、中低速度場合, 如3D 打印機、中小型醫(yī)療掃描儀等。
　　
　　滾珠在循環(huán)返回時離開了絲杠螺旋滾道而在螺母體內(nèi)或體外循環(huán), 即稱為外循環(huán)式。外循環(huán)式滾珠絲杠副尺寸較大, 適用于載荷較大的場合, 如大型重載機床。外循環(huán)式有若干條閉合的滾珠鏈, 由于回珠孔占去圓周的1/4, 兩端孔共占1/2, 故一列滾珠鏈最多0. 5 圈。根據(jù)結(jié)構(gòu)工藝, 可使用的工作圈數(shù)為1. 5 圈、2. 5 圈或3. 5 圈, 最多不超過4. 5 圈。此外還可以配置多列結(jié)構(gòu), 如圈和列的配合(即圈數(shù)× 列數(shù)) 可表示為1. 5 × n、2. 5 × n, 最常用的結(jié)構(gòu)是1. 5 ×2、2. 5 ×2 和3. 5 ×2 這三種配合。外循環(huán)滾珠絲杠副按其在滾珠返回裝置構(gòu)造的不同, 可分為套筒-螺旋槽式、插管式二種:
　　
　　(1) 套筒-螺旋槽式。在滾珠螺母外圓柱面上加工有螺旋形凹槽作為滾珠循環(huán)通道, 凹槽的兩端分別加工有與螺旋滾道相切的通孔, 將兩個擋珠器(端部導(dǎo)流器) 裝于螺母內(nèi)表面?zhèn)瓤字? 弧形擋珠桿與螺旋滾道相吻合, 桿端部舌形部分將引導(dǎo)滾珠進(jìn)入回珠通孔, 返回初始螺旋滾道, 形成滾珠鏈運動。為防止?jié)L珠從回珠槽內(nèi)脫出, 用套筒緊套在螺母外圓柱上, 從而構(gòu)成了滾珠鏈的封閉循環(huán)運動, 即套筒-螺旋槽式外循環(huán), 如圖4 所示。
　　
　　(2) 插管式 插管外循環(huán)式把部分的成形彎管插入螺旋滾道一列工作圈兩端與滾道相切的通孔內(nèi), 以代替套筒-螺旋槽式的凹槽。以插入孔中的彎管端部舌形斜口或另裝其他形式的擋珠器來引導(dǎo)滾珠進(jìn)出彎管以構(gòu)成循環(huán)通道。根據(jù)循環(huán)管組件是否凸出螺母外徑, 插管外循環(huán)又可分為內(nèi)包式和外凸式。插管式的特點是結(jié)構(gòu)簡單, 工作可靠, 工藝性好, 適于批量生產(chǎn), 公稱直徑與導(dǎo)程組合較多, 適用性廣, 回珠管可設(shè)計、制造成較理想的運動通道, 且允許絲杠副有較高的臨界轉(zhuǎn)速。相對于套筒-螺旋槽式, 滾珠循環(huán)進(jìn)出回珠孔時急劇轉(zhuǎn)彎而影響運轉(zhuǎn)靈活性的缺點得到了極大改善, 但彎管凸出于螺母外部, 使螺母徑向尺寸增大, 在設(shè)備部件內(nèi)部安裝受到了限制, 且彎管本身壁薄而耐磨性差, 當(dāng)利用彎管端部斜口做擋珠器用時, 壽命更短。
　　
　　目前此類結(jié)構(gòu)應(yīng)用極為廣泛, 并正在逐漸取代套筒-螺旋槽式滾珠絲杠副。由于它適用于重載高速的驅(qū)動系統(tǒng), 也適用于精密定位系統(tǒng), 不論大導(dǎo)程、小導(dǎo)程、多線螺紋的滾珠絲杠副, 都顯示出獨特的優(yōu)越性。國外如日本, 就把插管式外循環(huán)作為普通系列, 而其他結(jié)構(gòu)形式均作為專用系列生產(chǎn)。

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