[科普中国]-滚珠螺杆

滚珠螺杆（Ballscrew），别名球螺杆、导螺杆，是一种钢珠介于螺帽与螺杆之间做运动，将传统螺杆之滑动接触转换成滚动接触然后再将螺帽内的钢珠回转运动转为直线运动的传动机械组件。滚珠螺杆具有定位精度高、高寿命、低污染和可做高速正逆向的传动及变换传动等特性，因具上述特性，滚珠螺杆已成为近来精密科技产业及精密机械产业的定位及测量系统上的重要零组件之一。

基本概念发展史人们应用螺杆来做传动的历史其实不算很长，传统上的螺杆一直有定位不佳、易损害的情况。直到公元1898年人们首次尝试将钢珠置入螺帽及螺杆之间以滚动摩擦取代滑动摩擦，来改善其定位不佳及易损害的情况。1940年更将滚珠螺杆置于在汽车转向装置上，更为滚珠螺杆的应用上的巨大革命，并逐渐取代传统艾克姆螺杆。直到近年来，滚珠螺杆已成为产业界使用最广的零组件之一。滚珠螺杆原本在世界上只有英国、美国、德国、日本等先进工业国家能够量产滚珠螺杆。自1982年开始，何丰精密公司在台中县潭子设厂生产滚珠螺杆，正式开启台湾自己有能力自产此类高精度零件的时代，发展至今，台湾现今在滚珠螺杆的研发及量产能力上已经跟其他先进工业国家已经并驾齐驱，并而进一步成为世界上主要的供货基地，可称为台湾机械零组件工业最显著的成就之一。1

结构滚珠螺杆主要为螺杆、螺帽、钢珠、固定座、刮刷器及回流管所构成的，依其循环系统的不同更分为外循环式、内循环式、端塞循环式滚珠螺杆。

滚珠螺杆的结构传统分为内循环结构(以圆形反向器和椭圆形反向器为代表)和外循环结构(以插管为代表)两种。这两种结构也是最常用的结构。这两种结构性能没有本质区别，只是内循环结构安装连接尺寸小；外循环结构安装连接尺寸大。目前，滚珠丝杠副的结构已有10多种，但比较常用的主要有：内循环结构；外循环结构；端盖结构；盖板结构。

内循环结构反向器的形状有多种多样，但是，常用的外形就是圆形和椭圆形。由于圆形滚珠反向通道较短，因此，在流畅性上不如椭圆形结构。现在，最好的反向器结构为椭圆形内通道结构，由于滚珠反向不通过丝杠齿顶，类似外循环结构，因此，消除了丝杠齿顶倒角误差给滚珠反向带来的影响。但由于制造工艺较复杂，影响了这种结构的推广。

应用产业滚珠螺杆发展至今，已经广泛应用到各产业机械的定位精度控制上如精密工具机 (Precision machine tools)、产业机械 (Industrial machinery)、电子机械 (Electronic machinery)、输送机械 (Transport machinery)的重要主角。除了上述所应用在机械之外更应用在电脑磁盘机起动器的传动、飞机机翼升降的调整、螺旋桨的倾斜角度控制、医疗用X射线透视摄影装置等等，所应用的范围极为广泛。

滚珠螺杆运动原理1、按照国标GB/T17587.3-1998及应用实例，滚珠螺杆（目前已基本取代梯形丝杆，已俗称丝杆）是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确等！

2、当滚珠螺杆作为主动体时，螺母就会随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。2

加工现状目前，加工方法主要分为有屑加工(切削成形)和无屑加工(塑性加工)。传统的有屑加工方法主要有车削和旋风铣削等，而无屑加工方法主要有冷挤压、冷轧等。丝杠有屑加工指利用切削成形的方法加工丝杠，主要有车削、旋风铣削。

车削车削是在车床使用不同的车刀或其他刀具，可以加工各种回转表面，如内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、沟槽、端面和成形面等，加工精度可达IT8-IT7，表面粗糙度Ra值为1.6~0.8，车削常用来加工单~轴线的零件，如直轴和盘、套类零件等。1

旋风切削旋风切削(旋风铣)是~种高效率的螺纹加工方法，适用于批量较大的螺纹粗加工，其工艺是用硬质合金刀对螺纹进行高速铣削，它具有刀具冷却好、生产效率高的优点。精度要求不高的螺纹，可用此法~次完成切削加工。用装在高速旋转刀盘上的成形刀头从工件上铣削出螺纹的螺纹加工方法，因铣削速度很高，切屑飞溅如旋风而得名。旋风切削梯形螺纹的精度~般可达7~9级(JB2886-81)，表面粗糙度Ra5~0.63。

滚珠螺杆不顺畅的原因近几年来，越来越多的滚珠螺杆被用于各式各样的机器，来满足高精度和高性能的设备需求；滚珠螺杆成为使用最广泛的转动元件之一。在NCN的机械中，滚珠螺杆增加其定位精度有延长使用寿命。在传统的机械上，滚珠螺杆也逐渐取代爱克母螺杆。滚珠螺杆通常会搭配预压力来消除机械运转时的背隙，但若滚珠螺杆安装不当，运行不顺畅就无法展显其高精度与较长的寿命。2

一、轴承安装不当：

（1）螺杆或螺帽珠糟表面粗糙；

（2）钢珠、螺杆或螺帽真圆度超出公差范围；

（3）螺杆或螺帽的导程误差或节圆直径超出公差范围；

（4）回流管组装不当；

（5）钢珠大小或是硬度不均；

二、其它杂异物进入钢珠轨道：

（1）包装材料碎物堵住轨道：出货时以许多的包装材料及防铺袋包装滚珠螺帽、螺杆，如果在包装或是排列钢珠的时候未依适当的标准程序来执行，异物或其它碎料物体可能会堵住钢珠轨道，导致钢珠的滑动而非正常的运转甚至卡死；

（2）加工碎屑进入轨道，滚珠螺杆安装时若未配有刮刷器，加工的碎屑和灰尘很容易堆积，堵住钢珠轨道，造成顺畅度不佳、精度降低或减少使用寿命。

三、过行程：过行程会造成回流管的损坏及凹陷，甚至断裂，从而造成钢珠无法正常运转，在这种恶烈的条件下，可能造成螺杆或螺帽珠糟表面的剥离。过行程发生的问题极可能发生于机台的设定、极限开关失效或是撞坏，为预防滚珠螺杆进一步损坏，重新安装滚珠螺杆前一定要经过制造商检测维修。

四、回流管损坏：回流管在安装的过程中如果受到严重的撞击，回流管可能造成凹陷或是上述问题。

五、偏心：如果螺帽座与轴承座不同心会产生径向负荷，两者偏差过大时会造成螺杆弯曲，通常偏心不是很严重的情况下不会造成很明显的弯曲，但异常磨损仍持续不断发生，并使螺杆精度讯速降低，而螺帽设定的预压越高偏心精度的要求就越高。

六、螺帽与螺帽座结合不当： 螺母安装时倾斜或偏心会造成异常负载，使马达运转时产生电压不稳。

七、搬运时造成滚珠螺杆的损坏。

本词条内容贡献者为:

宋春霖 - 副教授 - 江南大学