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精機製品・技術報告:滾珠螺桿的偏轉和安裝誤差

圖1

和滾動軸承相比,因為滾珠螺桿有更多列的鋼珠,螺帽和螺桿軸相對偏轉時螺帽內會產生不均一的負載分佈,引起過大摩擦力矩和振動的同時也會產生早期磨損及剝落。

(1)徑向負載、偏轉力矩負載的影響
滾珠螺桿在結構上主要承受軸向力,所以為了避免諸如徑向力和偏轉力矩載荷直接作用在滾珠螺桿上,藉由導引裝置來支撐,或如圖1所示在螺帽上設計樞軸,同時需要注意不要產生偏轉。

(2)安裝誤差的影響
滾珠螺桿安裝精度差時,螺帽與螺桿軸便會產生偏轉,也會產生較大的徑向負載和偏轉力矩負載。因此在安裝滾珠螺桿時,為了保證螺帽座與支撐軸承座同心,需要利用基準棒。

那麼,為了探究安裝誤差對滾珠螺桿的影響,以圖2的滾珠螺桿系統來進行思考。在這個模型中,滾珠螺桿一端固定一端自由,螺帽由剛性無限大的導引裝置支撐。這時螺桿軸的徑向剛性與到固定端距離的3次方成反比,而自由端的剛性非常小。因此即使螺帽和螺桿軸存在偏心,螺桿軸的應力幾乎會被吸收,螺帽和螺桿軸之間產生的徑向力會變得極小。相對的,因為固定端的徑向剛性很大,螺桿軸的應力無法吸收偏心,螺帽和螺桿軸之間會產生很大的徑向力。
在這個模型中,展示螺桿軸自身的徑向剛性影響,同時也適用於支撐軸承和導引系統。

像這樣,螺帽和螺桿軸之間相對的偏轉量並不完全是安裝誤差,而是由螺帽、螺桿軸之間的相互支撐剛性與滾珠螺桿的剛性的關係決定,一般比安裝誤差小。另外,從這個例子我們也可以了解到,嚴格控制在支撐剛性最強部位附近的安裝誤差是必要的。
安裝誤差的容許值隨著支撐系統的剛性和滾珠螺桿規格或要求性能而變化,所以很難表示一般的容許值。但是,考慮上述關係,精密級時,大致按以下規格值數值管理:

傾斜誤差1/2,000(目標1/5,000)以下
偏心誤差20μm以下

圖2

如果了解了支撐系統的剛性,徑向負載、偏轉力矩負載和安裝誤差對滾珠螺桿的影響可以通過力學關係,推算出各個鋼珠的負載分佈。