摘要應用曲線圖對滾珠螺旋副的基本額定動載荷進行了研究，直觀的說明了在額定動載荷的計算中，導程、滾珠直徑及滾珠螺旋副公稱直徑對基本額定動載荷的影響，為滾珠螺旋副的工程應用提供了參考。 關鍵詞 滾珠螺旋副 基本額定動負載 導程 滾珠直徑 公稱直徑 引言 滾珠螺旋副是一種具有獨特機械特性的滾珠螺旋傳動機構。它是在絲杠與螺母之間以滾珠（鋼珠）為滾動體的螺旋傳動元件。因而可使絲杠和螺母之間的相對運動變成滾動。由于滾珠螺旋副具有高效率（一般>90％），高精度及高速特性，耐磨損性和運動可逆性等許多優異特性，所以滾珠螺旋副作為高效（節能）和精密的先進傳動機構，在國內外引起了廣泛的興趣和重視，并已經得到了廣泛的應用。 我國研究滾珠螺旋副已有40多年的歷史了，對其的研究也主要集中于滾珠螺旋的傳動剛度，鋼球與滾道接觸變形及接觸角，螺母返向器與回程角以及實際加工中對誤差的補償與控制，而對滾珠螺旋副的承載能力的研究很少涉及。 本文對額定動負載計算公式進行了研究，并根據負載與其重要因數之間的關系圖，提出了一些提高滾珠螺旋副承載能力的建議a，以期使滾珠絲杠副在性能上能有所提高。 1 4種比較常用的滾珠螺旋副的結構 國內外目前比較常用的滾珠螺旋副的結構有4種，為：內循環結構（圓形反向器和橢圓形反向器為代表），通過反向器組成滾珠循環回路，每一個反向器組成1圈滾珠鏈，承載小，適用于微型及普通滾珠絲杠副；外循環結構（插管式為代表），通過插管組成滾珠循環回路，每個插管至少1．5圈滾珠鏈，其承載大，適用范圍廣；端蓋結構，螺母兩端的端蓋組成滾珠循環回路，每個回路至少1圈滾珠鏈，承載較大，適應于多頭大導程的滾珠絲杠副；蓋板結構，通過蓋板組成滾珠絲杠循環回路，每個螺母一個蓋板，每個蓋板組成至少1．5圈滾珠鏈，多適應于微型滾珠絲杠副。其中，前兩種結構是最常用的結構⋯。這4種比較常用的結構簡圖如圖1所示。 2 額定動負荷的定義及計算公式 一批相同規格的滾珠螺旋副，在相同條件下運轉100萬轉后，90％ 的螺旋副（螺紋滾道表面或剛球表面）不發生疲勞剝傷（或稱為點蝕）所能承受的純軸向載荷，定義為基本額定動載荷。 [align=center] 圖1 4種常用的滾珠絲杠副結構簡圖 圖2 基本額定動載荷與導程關系圖[/align] 滾珠螺旋副的額定動載荷C 的計算（注：在以下計算公式中r[sub]s[/sub]，r[sub]n[/sub]分別為絲杠、螺母的滾道曲率半徑， 式中，f[sub]rs[/sub]和f[sub]rn[/sub]為滾珠絲杠副的絲杠和滾珠螺母的適應度；D[sub]ω[/sub]為滾珠直徑；Dωp[sub][/sub]為滾珠絲杠節圓直徑；f[sub]u[/sub]為工作行程系數；z為一圈螺紋滾道內的鋼球數量；i為螺母的總工作圈數；P[sub]h[/sub]為導程；l[sub]u[/sub]為有效工作行程；f[sub]c[/sub]為額定動載荷特性值，與滾道的幾何形狀，材料的性能有關本公式中f[sub]c[/sub]是滾道硬度大于60HRC，螺紋升角小于10度時得到的。 3 額定動負荷的影響因素 從以上的額定動負荷的公式中可以看出欲討論額定動負荷，應該從滾珠直徑，滾珠螺旋公稱直徑及導程人手，討論它們之間的關系。 下面以某滾珠絲杠生產廠所生產的外循環式滾珠絲杠副為例，在負荷滾珠圈數為3．5圈，有效工作行程為1000mm情況下分兩種情況按上面介紹的公式對滾珠絲杠基本額定動載荷以圖例數據加以分析。 ① 如圖2，滾珠絲杠公稱直徑為32mm，滾珠直徑為3．969mm情況下，導程由4mm增加到8mm時基本額定動載荷的變化曲線圖。 由圖2所示的曲線圖，可以看出，單線下，導程由4．0mm按步長為0．1mm增大到7．9mm，額定動載荷由18．4388kN減小到18．1723kN，導程的變化對額定動載荷的影響很小，并且曲線的變化趨勢幾乎為一條直線：由曲線的變化規律，可知：在多線情況，導程對額定動載荷的影響也不大，但是由于多線可以大幅提高傳動速度，故在多線情況下的導程對滾珠絲杠傳動的速度影響被放大。 ② 圖3為單線滾珠絲杠，導程為6mm，公稱直徑從25mm到59mm時，滾珠（鋼球）直徑由3．169mm增大到4．169mm所對應的基本額定動載荷的變化曲線。 [align=center] 圖3 基本額定動載衙，滾珠直徑與公稱直徑關系變化曲線圖[/align] 從變化的曲線可以看出，隨著滾珠絲杠直徑的增大，額定動載荷總體上是上升的，且隨著滾珠直徑的增加，動載荷值增大得更快。可見，在一定范圍內，滾珠直徑與螺桿公稱直徑對額定動載荷的聯合影響是波浪狀起伏上升的，且螺桿公稱直徑越大，額定動載荷的起伏越明顯。從表1還可以直觀的看出，滾珠直徑由3．169ram增大到4．169ram對應的公稱直徑為25ram到59ram的額定動載荷差值。 4 結論 由上面的討論中可以看出，在滾珠絲杠副基本額定動載荷的3個主要影響因數中，導程對額定動載荷的影響較小，且隨著導程與額定動載荷成反比變化；滾珠直徑與螺桿公稱直徑對額定動載荷起放大作用，并且值得注意的是圖2所示的波浪狀起伏上升，這也是今后所研究的重點。同時，本文的研究工作在工程應用中對滾珠絲杠副的生產與選用及對滾珠絲杠的理論研究都有一定的借鑒作用。 參考文獻 1 肖正義．滾珠絲杠副的發展趨勢．北京：制造技術與機床，2000（4）：11～13 2 徐灝．機械沒計手冊（4）．北京：機械工業出版社，2000