滚珠丝杠传动的结构和工作原理解析

滚珠丝杠是一种螺旋传动元件，可将旋转运动转换为直线运动或将直线运动转换为旋转运动。滚珠丝杠副的结构如图2-18所示，主要包括丝杠、螺母、滚珠和反向器（滚珠循环反向装置）四部分。在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它套装在一起时形成螺旋通道，并且滚道内填满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，丝杠的旋转面经滚珠推动螺母轴向移动，同时滚珠沿螺旋滚道滚动，使丝杠和螺母的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦。螺母上设有反向器，与螺纹滚道构成滚珠的循环通道。为了在滚珠与滚道之间形成无间隙甚至有过盈的配合，可设置预紧装置。为延长其工作寿命，可设置润滑件和密封件。

图2-18　滚珠丝杠副

1—反向器；2—螺母；3—滚珠；4—丝杠

滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有两种：内循环和外循环。

一、内循环

内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。内循环方式的优点是滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高，螺母的径向尺寸也较小；其不足之处是反向器加工困难，装配调整也不方便。内循环方式的反向器有固定式和浮动式两种。

固定式反向器内循环方式如图2-19所示。在螺母的侧面孔内装有接通相邻滚道的反向器，反向器为圆形带凸键，不能浮动。利用反向器可引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。一般在同一螺母上装有2～4个均匀分布的反向器，并沿螺母圆周均匀分布。

图2-19　固定式反向器内循环方式

1—丝杠；2—螺母；3—滚珠；4—反向器

浮动式反向器内循环方式如图2-20所示。反向器为圆形，与安装孔有一定的配合间隙，可以在安装孔内浮动。反向器的圆弧面上加工有圆弧槽，槽内安装弹簧片，弹簧片给反向器施加一个径向推力，使反向器压向滚珠。这种循环方式通道流畅，摩擦特性好，但制造成本较高，主要用于高速、高灵敏度、高刚性的精密进给系统。

图2-20　浮动式反向器内循环方式(www.xing528.com)

1—反向器；2—弹簧套；3—丝杠；4—弹簧片

二、外循环

外循环方式的滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触。外循环方式中的滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外做循环运动。从结构上看，外循环有以下三种形式：插管式、螺旋槽式和端盖式。

插管式外循环方式如图2-21所示。弯管两端插入与螺纹滚道相切的孔内，形成滚珠的循环回路，压板将弯管固定。插管可做成多列，以提高承载能力。这种循环方式结构简单，制造方便，但径向尺寸大，且弯管两端管舌耐磨性和抗冲击性差。

图2-21　插管式外循环方式

1—弯管；2—压板；3—丝杠；4—滚珠；5—螺母

螺旋槽式外循环方式如图2-22所示。在螺母外表面上开螺旋槽，代替弯管，槽的两端通过通孔与螺纹轨道相切，形成滚珠的循环回路。这种循环方式的径向尺寸较小，但槽与孔的接口为非圆滑连接，滚珠经过时易产生冲击。

图2-22　插管式外循环方式

端盖式外循环方式如图2-23所示。端盖上开槽，以引导滚珠沿螺母上的轴向孔返回。这种循环方式循环回路过长，容易产生卡滞现象，目前应用较少。

图2-23　端盖式外循环方式

1—端盖；2—循环滚珠；3—承载滚珠；4—螺母；5—丝杠