涨知识 | 滚珠丝杆的详细介绍及选型

滚珠丝杆的介绍

滚珠丝杆的特点

1、摩擦损失小、传动效率高

由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滑动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。

2、精度高

滚珠丝杠副是一般是用世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。

3、高速进给和微进给可能

4、轴向刚度高

5、不能自锁、具有传动的可逆性

滚珠丝杆的组成和分类

滚珠丝杠由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是艾克姆螺杆的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。更详细的见下图：

还有轧制和研磨级丝杆的区分，轧制丝杆的精度相对低一点，适用于精度要求不是很高的场合；而研磨级丝杆，根据它的名称也可以看的出来，精度比较高，适合精度要求高的场合。

而根据螺母中的滚珠循环方式，可以分为外循环、内循环、端盖式。先说一下端盖式，这种是比较早期的结构，但是缺点比较明显，现在基本已经被淘汰了，用到的很少，所以这里就稍微提一下。

关于内外循环螺母的具体构造咱们就不聊了，毕竟咱们不需要造丝杆，只需要知道两者的区别以及各自的优缺点就可以。

滚珠丝杆的几种安装方式

本来这个滚珠丝杆的安装方式要放在后面的，后来想了一下，在确定丝杆的选型时，需要先确定安装方式，所以，就把它挪到前面来说了。

我列举几种比较常见的安装方式，没有说到的，欢迎大家在评论区补充。

一般的安装方式，就是以上的四种，大家可以根据自己的使用工况，选择丝杆的安装方式，而不同的安装方式，丝杆两端也是不同的，大家注意一下就好。

滚珠丝杆的主要参数

说到滚珠丝杆的选型，需要先来说一下它的常用参数，然后才能从这些参数下手，确定它的型号。

即丝杠的外径，常见规格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120，不过请注意，这些规格中，各厂家一般只备16~50的货，也就是说，其他直径大部分都是期货（见单生产，货期大约在30~60天之间，日系产品大约是2~2.5个月，欧美产品大约是3~4个月）。

公称直径和负载基本成正比，直径越大的负载越大，具体数值可以查阅厂家产品样本。这里只说明两个概念：动额定负荷与静额定负荷，前者指运动状态下的额定轴向负载，后者是指静止状态下的额定轴向负载。设计时参考前者即可。需要注意的是，额定负荷并非最大负荷，实际负荷与额定负荷的比值越小，丝杠的理论寿命越高。推荐：直径尽量选16~63。

导程指的是丝杆旋转一周，螺母直线运动的距离。常见的导程有（单位：mm）：2、4、5、6、8、10、16、20、25、32、40，跟导程有关系的参数是螺母运动速度和滚珠丝杆可提供的直线推力。

导程越大，相同转速情况下，直线运动速度越快，具体的计算关系为：

v=r*i

v：螺母的移动速度（单位：mm/s）

r：丝杆的旋转速度（单位：r/s）

i：导程（单位：mm）

导程和丝杆推力的关系：

F=（2*π*T*n）/i

F：丝杆推力（单位：N）

T：电机提供的扭矩（单位N·m）

n：传动效率（滚珠丝杆的传动效率一般为85%-95%）

i：导程（这里的单位是m）

滚珠丝杆，按国内分类，精度等级有P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10，日本、韩国，还有中国台湾省采用JIS等级，即C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10；欧洲国家的标准采用的是IT0，IT1， IT2，IT3，IT4，IT5，IT7，IT10。

一般，像我们公司采购的都是台湾的滚珠丝杆，性价比比较高，再其次是日本的。

精度表示方法为：不论你的滚珠丝杆有多长，任取一段300mm，误差都在等级代表的精度之内，各等级代表的精度如下：

一般来说，普通机械采用C7，C10级，数控设备一般采用C5，C3级(C5较多，国内大部分数控机床都是C5级)，航空制造设备，精密投影及三坐标测量设备等一般采用C3，C2精度(据我所知,国内民品市场买不到C3以上的滚珠丝杆)。

另外，C7，C10级一般采用轧制方法制造，C5级及以上采用研磨方法制造。

综上所述，非标设计常用的滚珠丝杆精度等级为C7（轧制方法制造或有些人称为转造），而对滚珠丝杆精度等级有更高的要求的，C5（研磨方法制造）也够用了。当然还是要说一句要具体问题具体分析。

也叫预紧，关于预压，我们不用了解具体的预紧力和预紧方式，只需要按照厂家样本选择预压等级就可以了。预压等级越高，螺母与螺杆配合越紧；反之，等级越低越松。

遵循的原则是： 大直径、双螺母、高精度、驱动力矩较大，当丝杆的应用出现以上的情况时，预压等级可以选高一点，反之选低一点。

了解了以上丝杆主要的参数后，咱们就可以根据自己的要求进行选型了。

第一步、根据上面“滚珠丝杆的分类”中提到的各种丝杆的应用场景，确定适用自己工况的丝杆种类；同时也可以确定丝杆的精度等级（一般为C7）和预压等级；

第二步、根据负载的大小，确定滚珠丝杆的轴径；

第三步、根据负载需要的移动速度，确定导程；确定导程后，再根据推力和导程的关系式，确定驱动电机要提供的转矩。

具体如下：

物体上下垂直运动，重量为60Kg，需要的移动速度为1m/s；

1）假如你选取了伺服电机为驱动，额定转速为3000r/min=50r/s，根据公式：v=r*i，确定导程为20；

2）然后再计算负载的大小：假设伺服电机的加减速时间设置为0.3s，那么加速度为3.3m/s²，负载F=600+60*3.3=798N（摩擦力这里忽略）；

3）根据公式：F=（2*π*T*n）/i，n取90%，计算得T≈2.82N·m，查询1KW伺服电机是额定扭矩为3.18N·m，符合要求。

以上，就基本确定了滚珠丝杆的型号，最后，再根据自己所需要使用到的行程，还有上面说到的丝杆安装方式，确定丝杆的长度，就OK了。