滚珠丝杠副修复方法研究
发布时间：2013-10-21苏立民
（一汽大众汽车有限公司）
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1 滚珠丝杠副摩擦力矩影响因素
1.1 摩擦力矩的组成
滚珠丝杠副的摩擦主要来自以下方面：材料弹性所引起的纯滚动摩擦；在滚动接触面上的差动滑动所引起的摩擦；滚动体沿接触面中心法线的自旋滑动所引起的摩擦；滑动接触部位的纯滑动摩擦；润滑剂的粘性摩擦。
1.2 丝杠的结构形式对摩擦力矩的影响
对于不同的结构形式，摩擦力矩相差很大。滚珠丝杠在某一位置反复摆动而使钢球相互靠拢时，钢球之间摩擦增大，加上钢球中心的移动而向滚道楔入，这两方面相互影响，就使摩擦扭矩变得很大，通常把这种情况称为“摆动扭矩”或“球阻”现象；单圆弧滚道的滚珠丝杠，钢球中心的移动量比较大，“摆动扭矩”的增大表现得明显；双圆弧状、单边间隙很小的滚珠丝杠，钢球和螺纹滚道3点接触，摩擦有所增加，但钢球向滚道楔入的现象比单圆弧形的少，“摆动扭矩”增大的程度不明显。
1.3 丝杠的尺寸和球径大小对摩擦力矩的影响
摩擦力矩M可按下式计算
M=μPd/2 （1）
式中，μ为摩擦因数；P为丝杠负荷；d为丝杠内径。
摩擦力矩与丝杠外形尺寸成正比，也和球径成正比，因此修复丝杠时更换滚珠直径越大摩擦力越大。
1.4 加工精度对摩擦力矩的影响
当外负荷相同，接触的变形和圆度相同时摩擦力的大小取决于加工精度。
2 滚珠丝杠副的润滑方式及使用注意事项
2.1 润滑方式
为使滚珠丝杠副充分发挥机能，必须润滑。其方式主要有以下两种。
（1）润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积的1/3，滚珠丝杠副出厂时在螺母内部一般已加注GB 7324-942号锂润滑脂。
（2）运动粘度为（2.85~7.4）×10-5m2/s的润滑油，给油量随使用条件（加抑制量）等不同而有所变化。
2.2 使用注意事项
（1）滚珠螺母应在有效行程内运动，必要时在行程两端配置限位，以避免螺母脱离丝杠轴而使滚珠脱落。
（2）滚珠丝杠副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向传动时，如部件重量未加平衡，必须防止传动停止或电机失电后因部件自重而产生的逆传动。
2.3 工作环境
在丝杠实际工作中，由于环境因素（振动、温度、湿度等）不断变化，将影响到丝杠的使用寿命。所以，一般滚珠丝杠副正常工作环境温度为±60 ℃。
滚珠丝杠内进入污物及异物很快就会被磨损。因此，必须采用防尘装置（折皱保护罩、丝杠护套等）将丝杠轴完全保护起来。
另外，如没有异物但有浮尘时可在滚珠螺母两端增加防尘圈。
3 滚珠丝杠修复方法
3.1 滚珠的更换
在更换滚珠时，滚珠的直径很重要。选配滚珠丝杠滚珠的直径时要精确到0.01mm。而生产厂家选配滚珠丝杠滚珠的直径时精确到0.001mm。
3.2 返向器的修理
在内循环的滚珠丝杠副中，通常借助于返向器将相邻的螺纹滚道连接起来，构成一条滚珠内环回路。为了使工作滚道上的滚珠能够连续循环工作，在内循环滚珠丝杠副中返向器非常重要，是不可缺少的部分。实践表明，滚珠丝杠的损坏，大多数是返向器先损坏，造成滚珠破裂，可以利用补焊、手工修磨的方法修复返向器。
3.3 预紧力的调整
因为滚珠丝杠总是存在轴向间隙的，滚珠丝杠在轴向工作载荷作用下，滚珠与螺纹滚道相接触部位产生弹性变形，当滚珠丝杠反向转动时将产生空回误差，从而影响滚珠丝杠传动精度，降低滚珠丝杠刚度。因此，在对轴向间隙和刚度有严格要求的精密滚珠丝杠必须采取消除轴向间隙和提高轴向刚度的措施。目前，广泛采用的是双螺母调整预紧装置。对于滚珠丝杠，当采用双螺母预紧时必然增加摩擦力，可见预紧力很重要。修理时根据经验调整，而在生产厂是按给定预紧力进行调整的。
3.4 润滑剂的选用
对滚珠丝杠进行润滑可以降低滚珠与螺纹滚道之间的摩擦阻力，减轻磨损；同时润滑剂还可以起冷却、防尘、防锈和防振等作用，即通过润滑可以提高滚珠丝杠的使用寿命和传动效率，且有利于减小启动力矩。根据摩擦力矩的性质和不同的测量方法，可将滚珠丝杠副的摩擦力矩分为启动力矩（即静摩擦）、Z大力矩和平均力矩（即动摩擦）。另外，润滑剂的种类及用量也影响启动力矩，由于脂的粘性阻力较仪表油增大许多，脂润滑较稀油润滑的启动力矩急剧增大，因此采用稀油润滑可减小启动力矩；滚珠丝杠的启动力矩随润滑剂用量的增多而增大，润滑剂过少不足以润滑，反之，润滑剂过多，多余的部分被挤在滚动体内，阻碍了丝杠的转动，因而润滑剂用量应根据丝杠的实际工作条件确定。
3.5 滚珠丝杠的安装
（1）滚珠丝杠副仅用于承受轴向负荷。径向力、弯曲会使滚珠丝杠副产生附加表面接触应力等负荷，从而可能造成丝杠的永久性损坏。因此，滚珠丝杠副安装到机床时，应注意以下几点。
a.丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线；
b.安装螺母时，尽量靠近支撑轴承；
c.同时安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位。
（2）滚珠丝杠安装到机床时，请不要把螺母从丝杠轴上卸下来。如必须卸下来要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。螺母装卸时应注意以下几点。
a.辅助套外径应小于丝杠底径0.1~0.2mm；
b.辅助套在使用中必须靠紧丝杠螺纹轴肩；
c.卸装时，不可使用过大力以免螺母损坏；
d.装入安装孔时要避免撞击和偏心。
1.1 摩擦力矩的组成
滚珠丝杠副的摩擦主要来自以下方面：材料弹性所引起的纯滚动摩擦；在滚动接触面上的差动滑动所引起的摩擦；滚动体沿接触面中心法线的自旋滑动所引起的摩擦；滑动接触部位的纯滑动摩擦；润滑剂的粘性摩擦。
1.2 丝杠的结构形式对摩擦力矩的影响
对于不同的结构形式，摩擦力矩相差很大。滚珠丝杠在某一位置反复摆动而使钢球相互靠拢时，钢球之间摩擦增大，加上钢球中心的移动而向滚道楔入，这两方面相互影响，就使摩擦扭矩变得很大，通常把这种情况称为“摆动扭矩”或“球阻”现象；单圆弧滚道的滚珠丝杠，钢球中心的移动量比较大，“摆动扭矩”的增大表现得明显；双圆弧状、单边间隙很小的滚珠丝杠，钢球和螺纹滚道3点接触，摩擦有所增加，但钢球向滚道楔入的现象比单圆弧形的少，“摆动扭矩”增大的程度不明显。
1.3 丝杠的尺寸和球径大小对摩擦力矩的影响
摩擦力矩M可按下式计算
M=μPd/2 （1）
式中，μ为摩擦因数；P为丝杠负荷；d为丝杠内径。
摩擦力矩与丝杠外形尺寸成正比，也和球径成正比，因此修复丝杠时更换滚珠直径越大摩擦力越大。
1.4 加工精度对摩擦力矩的影响
当外负荷相同，接触的变形和圆度相同时摩擦力的大小取决于加工精度。
2 滚珠丝杠副的润滑方式及使用注意事项
2.1 润滑方式
为使滚珠丝杠副充分发挥机能，必须润滑。其方式主要有以下两种。
（1）润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积的1/3，滚珠丝杠副出厂时在螺母内部一般已加注GB 7324-942号锂润滑脂。
（2）运动粘度为（2.85~7.4）×10-5m2/s的润滑油，给油量随使用条件（加抑制量）等不同而有所变化。
2.2 使用注意事项
（1）滚珠螺母应在有效行程内运动，必要时在行程两端配置限位，以避免螺母脱离丝杠轴而使滚珠脱落。
（2）滚珠丝杠副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向传动时，如部件重量未加平衡，必须防止传动停止或电机失电后因部件自重而产生的逆传动。
2.3 工作环境
在丝杠实际工作中，由于环境因素（振动、温度、湿度等）不断变化，将影响到丝杠的使用寿命。所以，一般滚珠丝杠副正常工作环境温度为±60 ℃。
滚珠丝杠内进入污物及异物很快就会被磨损。因此，必须采用防尘装置（折皱保护罩、丝杠护套等）将丝杠轴完全保护起来。
另外，如没有异物但有浮尘时可在滚珠螺母两端增加防尘圈。
3 滚珠丝杠修复方法
3.1 滚珠的更换
在更换滚珠时，滚珠的直径很重要。选配滚珠丝杠滚珠的直径时要精确到0.01mm。而生产厂家选配滚珠丝杠滚珠的直径时精确到0.001mm。
3.2 返向器的修理
在内循环的滚珠丝杠副中，通常借助于返向器将相邻的螺纹滚道连接起来，构成一条滚珠内环回路。为了使工作滚道上的滚珠能够连续循环工作，在内循环滚珠丝杠副中返向器非常重要，是不可缺少的部分。实践表明，滚珠丝杠的损坏，大多数是返向器先损坏，造成滚珠破裂，可以利用补焊、手工修磨的方法修复返向器。
3.3 预紧力的调整
因为滚珠丝杠总是存在轴向间隙的，滚珠丝杠在轴向工作载荷作用下，滚珠与螺纹滚道相接触部位产生弹性变形，当滚珠丝杠反向转动时将产生空回误差，从而影响滚珠丝杠传动精度，降低滚珠丝杠刚度。因此，在对轴向间隙和刚度有严格要求的精密滚珠丝杠必须采取消除轴向间隙和提高轴向刚度的措施。目前，广泛采用的是双螺母调整预紧装置。对于滚珠丝杠，当采用双螺母预紧时必然增加摩擦力，可见预紧力很重要。修理时根据经验调整，而在生产厂是按给定预紧力进行调整的。
3.4 润滑剂的选用
对滚珠丝杠进行润滑可以降低滚珠与螺纹滚道之间的摩擦阻力，减轻磨损；同时润滑剂还可以起冷却、防尘、防锈和防振等作用，即通过润滑可以提高滚珠丝杠的使用寿命和传动效率，且有利于减小启动力矩。根据摩擦力矩的性质和不同的测量方法，可将滚珠丝杠副的摩擦力矩分为启动力矩（即静摩擦）、Z大力矩和平均力矩（即动摩擦）。另外，润滑剂的种类及用量也影响启动力矩，由于脂的粘性阻力较仪表油增大许多，脂润滑较稀油润滑的启动力矩急剧增大，因此采用稀油润滑可减小启动力矩；滚珠丝杠的启动力矩随润滑剂用量的增多而增大，润滑剂过少不足以润滑，反之，润滑剂过多，多余的部分被挤在滚动体内，阻碍了丝杠的转动，因而润滑剂用量应根据丝杠的实际工作条件确定。
3.5 滚珠丝杠的安装
（1）滚珠丝杠副仅用于承受轴向负荷。径向力、弯曲会使滚珠丝杠副产生附加表面接触应力等负荷，从而可能造成丝杠的永久性损坏。因此，滚珠丝杠副安装到机床时，应注意以下几点。
a.丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线；
b.安装螺母时，尽量靠近支撑轴承；
c.同时安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位。
（2）滚珠丝杠安装到机床时，请不要把螺母从丝杠轴上卸下来。如必须卸下来要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。螺母装卸时应注意以下几点。
a.辅助套外径应小于丝杠底径0.1~0.2mm；
b.辅助套在使用中必须靠紧丝杠螺纹轴肩；
c.卸装时，不可使用过大力以免螺母损坏；
d.装入安装孔时要避免撞击和偏心。
来源：《汽车工艺与材料》 2008年第12期