螺旋传动机构的工作原理和应用

螺旋传动可将旋转运动变换为直线运动。其主要特点是传动精度高、传动平稳、无噪声、能传递较大的动力等，因此得到广泛应用。按传动副的摩擦性质，可将螺旋传动分为滑动螺旋副和滚动螺旋副两大类。如普通车床的纵向和横向进给丝杠即为滑动螺旋副，而数控机床上广泛使用的滚珠丝杠则是滚动螺旋副。

1.装配技术要求

为满足螺旋机构装配后的传动精度，在装配中必须达到下列要求。

（1）丝杠与螺母间应保证规定的配合间隙。

（2）丝杠与螺母间装配后的同轴度以及丝杠与运动件基准平面间的平行度应符合规定要求。

（3）丝杠与螺母相互转动灵活。

（4）丝杠的回转精度应在规定范围内。

2.滑动螺旋传动的装配要点

（1）丝杠螺母配合间隙的调整。

图9-35　径向间隙的测量

丝杠与螺母的配合间隙包括径向和轴向两方面间隙。对径向间隙大于规定的螺母需更换且重新配制。径向间隙的测量：测量前将丝杠螺母副置于如图9-35所示的位置，并把螺母旋至离丝杠一端3～5螺距处，以免丝杠弹性变形引起误差。测量时将百分表抵在螺母上，轻轻抬动螺母，螺母的作用力只需稍大于螺母的质量，百分表指针的最大摆动量即为径向间隙值。

丝杠与螺母配合中的轴向间隙将直接影响丝杠螺母副的传动精度，常设置调整机构进行调整。常见的调整机构及其调整方法如下。

①单螺母消隙机构。

这些机构消隙的基本方法是使丝杠和螺母始终保持单面接触，使丝杠正、反向回转时无空行程。必须注意消隙力与切削力的方向一致，以防进给时发生爬行，影响进给精度。

②双螺母消隙机构。

如图9-36所示，这些机构消隙的基本方法是调整两螺母相对轴向位置，使两螺母各自单边接触，即丝杠螺纹的左面和右面。

图9-36（a）所示为利用中间楔块消隙，过程是松开螺钉，逐步拧动螺钉，使楔块向上移，将带斜面的螺母右推，从而消除了轴向间隙，最后拧紧螺钉，固定右螺母。要求丝杠转动灵活，拉动滑动件螺母无轴向窜动或在规定范围内。

图9-36（b）所示为利用弹簧力达到消隙，过程是转动调节螺母，通过垫圈及压缩弹簧，使螺母轴向移动，以消除轴向间隙。

图9-36（c）所示为通过修磨垫片来达到消隙。

图9-36　双螺母消隙机构

（a）楔块消隙；（b）弹簧消隙；（c）修磨垫片消隙

（2）调整丝杠与螺母的同轴度及丝杠与滑动基准平面的平行度丝杠安装时，在考虑螺母同轴度位置时应注意调整好丝杠与滑动基准平面的平行度。(www.xing528.com)

3.滚动螺旋传动装配要点

1）滚珠丝杠简介

滚珠丝杠螺母副是回转运动转换为直线运动的新型传动装置，如图9-37所示为滚珠丝杠螺母机构的工作原理。在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，它们套装在一起时形成了螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。当滚珠丝杠相对螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则沿着滚道流动。螺母螺旋槽的两端用回珠管连接起来，使滚珠作循环运动。

图9-37　滚珠丝杠螺母机构的工作原理

1—丝杠；2—滚珠；3—回珠管；4—螺母

由于滚珠丝杠具有传动效率高、运动平稳、寿命高以及可以预紧消除间隙并提高系统刚度等特点，因此在要求高效率和高精度传动的场合已广泛应用滚珠丝杠，特别是在数控机床中，滚珠丝杠已成为进给系统最常用的机械结构。

2）轴向间隙的消除

滚珠丝杠螺母副也像普通丝杠螺母副一样存在轴向间隙，因此装配中必须采取措施消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙，以保证机床工作时既能灵活转动，又无轴向窜动。

滚珠丝杠的调隙除采用双螺母垫片调隙式结构（图9-38）和双螺母螺纹调隙式结构（图9-39）外，主要采用双螺母齿差调隙式结构，如图9-40所示。

图9-38　双螺母垫片调隙式结构

1，2—单螺母；3—螺母座；4—调整垫片

图9-39　双螺母螺纹调隙式结构

1，2—单螺母；3—平键；4—调整螺母

图9-40　双螺母齿差调隙式结构

1，2—单螺母；3，4—内齿圈

在图9-40所示两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，而且齿数差z2-z1=1，两只内齿圈的齿数与外齿轮的齿数相同，并用螺钉和销钉固定在螺母座的两端。调整时先将内齿圈取出，根据间隙的大小使两个螺母分别在相同方向转过一个或几个齿，则两螺母在轴向彼此产生相对位移。间隙消除量Δ可用以下简单公式计算：

式中　n——两螺母在同一方向转过的齿数；

p——滚珠丝杠的导程；

z1，z2——齿轮的齿数。

例如，z1、z2分别为99、100，p=10mm，则当z1、z2同方向转过1个齿时，调整的轴向位移Δ=1×10/（99×100）≈0.001（mm）。

由此可见，虽然双螺母齿差调隙式结构较为复杂，但调整方便，并可以通过简单的计算获得精确的调整量，因此它是目前应用较广的一种结构。