摘要应用曲线图对滚珠螺旋副的基本额定动载荷进行了研究，直观的说明了在额定动载荷的计算中，导程、滚珠直径及滚珠螺旋副公称直径对基本额定动载荷的影响，为滚珠螺旋副的工程应用提供了参考。
关键词 滚珠螺旋副 基本额定动负载 导程 滚珠直径 公称直径
引言 滚珠螺旋副是一种具有独特机械特性的滚珠螺旋传动机构。它是在丝杠与螺母之间以滚珠（钢珠）为滚动体的螺旋传动元件。因而可使丝杠和螺母之间的相对运动变成滚动。由于滚珠螺旋副具有高效率（一般>90％），高精度及高速特性，耐磨损性和运动可逆性等许多优异特性，所以滚珠螺旋副作为高效（节能）和精密的先进传动机构，在国内外引起了广泛的兴趣和重视，并已经得到了广泛的应用。 我国研究滚珠螺旋副已有40多年的历史了，对其的研究也主要集中于滚珠螺旋的传动刚度，钢球与滚道接触变形及接触角，螺母返向器与回程角以及实际加工中对误差的补偿与控制，而对滚珠螺旋副的承载能力的研究很少涉及。 本文对额定动负载计算公式进行了研究，并根据负载与其重要因数之间的关系图，提出了一些提高滚珠螺旋副承载能力的建议a，以期使滚珠丝杠副在性能上能有所提高。
1 4种比较常用的滚珠螺旋副的结构 国内外目前比较常用的滚珠螺旋副的结构有4种，为：内循环结构（圆形反向器和椭圆形反向器为代表），通过反向器组成滚珠循环回路，每一个反向器组成1圈滚珠链，承载小，适用于微型及普通滚珠丝杠副；外循环结构（插管式为代表），通过插管组成滚珠循环回路，每个插管至少1．5圈滚珠链，其承载大，适用范围广；端盖结构，螺母两端的端盖组成滚珠循环回路，每个回路至少1圈滚珠链，承载较大，适应于多头大导程的滚珠丝杠副；盖板结构，通过盖板组成滚珠丝杠循环回路，每个螺母一个盖板，每个盖板组成至少1．5圈滚珠链，多适应于微型滚珠丝杠副。其中，前两种结构是最常用的结构
⋯。这4种比较常用的结构简图如图1所示。
2 额定动负荷的定义及计算公式 一批相同规格的滚珠螺旋副，在相同条件下运转100万转后，90％ 的螺旋副（螺纹滚道表面或刚球表面）不发生疲劳剥伤（或称为点蚀）所能承受的纯轴向载荷，定义为基本额定动载荷。[align=center]
图1 4种常用的滚珠丝杠副结构简图
图2 基本额定动载荷与导程关系图[/align] 滚珠螺旋副的额定动载荷C 的计算（注：在以下计算公式中r[sub]s[/sub]，r[sub]n[/sub]分别为丝杠、螺母的滚道曲率半径，
式中，f[sub]rs[/sub]和f[sub]rn[/sub]为滚珠丝杠副的丝杠和滚珠螺母的适应度；D[sub]ω[/sub]为滚珠直径；Dωp[sub][/sub]为滚珠丝杠节圆直径；f[sub]u[/sub]为工作行程系数；z为一圈螺纹滚道内的钢球数量；i为螺母的总工作圈数；P[sub]h[/sub]为导程；l[sub]u[/sub]为有效工作行程；f[sub]c[/sub]为额定动载荷特性值，与滚道的几何形状，材料的性能有关本公式中f[sub]c[/sub]是滚道硬度大于60HRC，螺纹升角小于10度时得到的。
3 额定动负荷的影响因素 从以上的额定动负荷的公式中可以看出欲讨论额定动负荷，应该从滚珠直径，滚珠螺旋公称直径及导程人手，讨论它们之间的关系。 下面以某滚珠丝杠生产厂所生产的外循环式滚珠丝杠副为例，在负荷滚珠圈数为3．5圈，有效工作行程为1000mm情况下分两种情况按上面介绍的公式对滚珠丝杠基本额定动载荷以图例数据加以分析。 ① 如图2，滚珠丝杠公称直径为32mm，滚珠直径为3．969mm情况下，导程由4mm增加到8mm时基本额定动载荷的变化曲线图。 由图2所示的曲线图，可以看出，单线下，导程由4．0mm按步长为0．1mm增大到7．9mm，额定动载荷由18．4388kN减小到18．1723kN，导程的变化对额定动载荷的影响很小，并且曲线的变化趋势几乎为一条直线：由曲线的变化规律，可知：在多线情况，导程对额定动载荷的影响也不大，但是由于多线可以大幅提高传动速度，故在多线情况下的导程对滚珠丝杠传动的速度影响被放大。 ② 图3为单线滚珠丝杠，导程为6mm，公称直径从25mm到59mm时，滚珠（钢球）直径由3．169mm增大到4．169mm所对应的基本额定动载荷的变化曲线。[align=center]
图3 基本额定动载衙，滚珠直径与公称直径关系变化曲线图[/align] 从变化的曲线可以看出，随着滚珠丝杠直径的增大，额定动载荷总体上是上升的，且随着滚珠直径的增加，动载荷值增大得更快。可见，在一定范围内，滚珠直径与螺杆公称直径对额定动载荷的联合影响是波浪状起伏上升的，且螺杆公称直径越大，额定动载荷的起伏越明显。从表1还可以直观的看出，滚珠直径由3．169ram增大到4．169ram对应的公称直径为25ram到59ram的额定动载荷差值。
4 结论 由上面的讨论中可以看出，在滚珠丝杠副基本额定动载荷的3个主要影响因数中，导程对额定动载荷的影响较小，且随着导程与额定动载荷成反比变化；滚珠直径与螺杆公称直径对额定动载荷起放大作用，并且值得注意的是图2所示的波浪状起伏上升，这也是今后所研究的重点。同时，本文的研究工作在工程应用中对滚珠丝杠副的生产与选用及对滚珠丝杠的理论研究都有一定的借鉴作用。参考文献1 肖正义．滚珠丝杠副的发展趋势．北京：制造技术与机床，2000（4）：11～132 徐灏．机械没计手册（4）．北京：机械工业出版社，2000
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