技术计算 | 滚珠丝杠的选型方法与特性-HIWIN

互推小编 2023-05-16

滾珠絲槓選用步驟

⑴精度等级

高精度滚珠丝杠从用于精密量测、航空设备到运输包装设备等有很多的应用领域。品质及精度等级可由下述特性分类：导程误差、表面粗糙度、几何公差、背隙、预压力变动范围、温升及噪音。

精密級滾珠絲槓精度

滾珠絲槓國際標準精度等級

⑵轴向余隙（背隙）

若滚珠丝杠轴向余隙为零，则必然存在预压力，同时采以预压扭矩为量测依据。

滚珠丝杠标准轴向余隙如表所示。在CNC工具机所使用之零背隙滚珠丝杠如刚性不足会造成失步现象。请与HIWIN连络以决定最佳背隙或刚性值。

各等級軸向背隙對照表

⑶几何公差

选用正确精度等级的滚珠丝杠以符合机器需求是极为重要的。根据下面图表以精度等级规范几何公差。

精密級滾珠絲槓幾何公差

精密滾珠絲槓幾何公差對照表及量測方式

等效速度

預壓的目地在消除軸向背隙且降低因軸向力造成的彈性位移，亦可改善滾珠絲槓剛性(避免失步)。因滾珠絲槓承受軸向負荷。

預壓力計算

預期壽命

軸徑與支撐方式相對於臨界轉速的關係

可靠度修正係數

滚珠丝杠运转时•温升会影响到机械传动系统的精度■特别是高速且高精度的机械。

以下是影响滚珠丝杠温升的因素：

⑴预压（2）润滑（3）预拉

1.工作速度、预压力与温升的关系 2.温升与预压摩擦扭矩的关系 3.摩擦扭矩对油品黏度的影响

常用單位換算

滾珠絲槓的特性

HIWIN滾珠絲槓在使用上有很多的優點，舉凡高效率、可逆性、零背隙、高剛性，導程精度高及其他多項優點，與傳統艾克姆絲槓(ACME)相比較，滾珠絲槓在絲槓與螺帽間，加入鋼珠。將傳統絲槓的滑動磨擦傳動以鋼珠滾動運動取代。以大大降低磨擦損耗，有助於維持高效率及高精度。

滚珠丝杠与艾克姆丝杠的比较

⑴高效率及可逆性

由于滚珠丝杠的丝杠轴及螺帽均是点接触之滚动运动，所以其效率可高达90%以上。因此其传动扭矩仅只有传统导丝杠的1/3，由图2.2可看出滚珠丝杠的机械效率远高于传统导丝杠。

HIWIN滚珠丝杠在牙型表面采以超精密加工，以降低珠槽与钢珠间的接触摩擦；又钢珠与珠槽间为点接触之滚动运动，有低摩擦力及高运转效率的优点。故可降低电机驱动力要求，进而降低成本。

丝杠的机械效率比较

⑵零背隙及高刚性

CNC工具机、IT及半导体设备对于传动丝杠的要求为零背隙、最小弹性变形（）高刚性）及高顺畅感，特别设计可以达成此一要求（最佳的滾珠絲槓 ——零背隙和低熱損失）。下图为歌德式牙型详图。滚珠丝杠采用施加预压力，来达到CNC机台的重现性及全行程的高刚性。但过大的预压力，会增加操作扭矩。如此增加的磨擦扭矩将会产生热及降低预期寿命。—般建议预压力不超过8%动负荷C(10^6revs)。

滚珠丝杠的牙型种类

⑶高导程精度

HIWIN滚珠丝杠精度等级依循ISO，JIS及DIN标准制造亦可依顾客需求生产所需精度等级。采用精密雷射测量仪器来保证滚珠丝杠精度并随每支研磨级滚珠丝杠均附上导程精度表，予以100%品质保证。

(4)寿命预测

不同于传统导丝杠的寿命取决接触面之磨耗；HIWIN滚珠丝杠则取决于材料的疲劳破坏。为确保滚珠丝杠在预期寿命之可靠度，不管设计、材质、热处理及制程等皆采以最严格的专业考量。滚珠丝杠的预期寿命必须考虑设计品质及制程等几项的安全因子，但最主要以动负荷（C）为依据。

而影响动负荷的基本因素为牙型精度、材料特性及表面硬度。一般建议在轴向平均负载计算下，至少应达到10^6 revs。高品质的滚珠丝杠，必需达到在统计学上的B级寿命（亦即90%的丝杠均达到所设计的寿命），有50% 的滚珠丝杠寿命超过设计寿命值的2~4倍。

⑸低起动扭矩及顺畅度

传统导丝杠因为是金属与金属间的面接触，所以为克服起动摩擦力，则必须采以较高的起动扭力。然而滚珠丝杠是由钢珠滚动接触，只须很小的起动扭力即可克服摩擦力。

滾珠絲槓應用範圍

滚珠丝杠的使用产业别及推荐使用滚珠丝杠的精度等级，如表

CNC机械：CNC加工中心，CNC车床，CNC线切割机，CNC钻孔机…等等。精密机床：铳床，磨床，刀具磨床，齿轮加工机，钻床，刨床，车铳复合机。产业机械：印刷机，造纸机，自动化机械，纺织机，绘图机，射出成型机，专用机。电子机械：量测仪器，医学设备，自动化设备，PCB钻孔机，IC封装机，半导体设备等。输送机械：Robert Stage，材料搬送设备，核能反应器，高度致动器…等。航太工业：飞机襟翼，机场负载设备，尾翼致动器…等。其他：如天线使用的制动器，阀门开关，太阳能板伸缩机构，电子显微镜对焦机构…等。