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早在19世紀末就發明了滾珠絲杠副，但很長一段時間未能實際應用，因制造難度太大。世界上第一個使用滾珠絲杠副的是美國通用汽車公司薩吉諾分廠，它將滾珠絲杠副用于汽車的轉向機構上。1940年，美國開始成批生產用于汽車轉向機構的滾珠絲杠副，1943年，滾珠絲杠副開始用于飛機上。精密螺紋磨床的出現使滾珠絲杠副在精度和性能上產生了較大的飛躍，隨著數控機床和各種自動化設備的發展，促進了滾珠絲杠副的研究和生產。從50年代開始，在工業發達的國家中，滾珠絲杠副生產廠家如雨后春筍般迅速出現，例如：美國的WARNER-BEAVER公司、GM－SAGINAW公司；英國的ROTAX公司；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等。我國早在50年代末期開始研制用于程控機床、數控機床的滾珠絲杠副。40多年來，由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點，被廣泛應用于機械、航天、航空、核工業等領域。現在，滾珠絲杠副已成為機械傳動與定位的首選部件。滾珠絲杠副的發展主要在以下幾方面。

1滾珠絲杠副的種類

由于滾珠絲杠副的使用不斷普及，使用領域不斷擴大，對滾珠絲杠副的要求也越來越多，普通規格的滾珠絲杠副已遠遠滿足不了使用要求，如航天航空領域、小型精密測試裝置、電子儀器以及半導體裝置等基本上都需要公稱直徑d0≤12mm，導程Ph=0.5～2.5mm的微型滾珠絲杠副。日本NSK公司已開發出公稱直徑d0=4mm，導程Ph=0.5mm的世界最小導程微型滾珠絲杠副。半導體插件裝置、小型機器人等需要微型大導程滾珠絲杠副，以滿足高速驅動要求。

隨著機械產品向高速、高效、自動化方向發展，工業機器人、數控鍛壓機械、加工中心以及機電一體化自動機械等，其進給驅動速度不斷提高，大導程滾珠絲杠副的出現，滿足了高速化的要求。日本NSK公司已開發出公稱直徑×導程為：15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm×80mm超大導程滾珠絲杠副，快速進給速度達180m/min。

滾珠絲杠副按照常規分類如圖1。

現國內外文獻上對滾珠絲杠副還沒有統一的分類，但各國一般是按以下原則進行分類的，普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑d0=16～100mm，導程Ph=4～20mm，螺旋升角φ＜9°。

微型滾珠絲杠副指公稱直徑d0≤12mm的滾珠絲杠副。對于導程Ph≤3mm的滾珠絲杠副稱為微型小導程滾珠絲杠副，螺旋升角φ＞9°的滾珠絲杠副稱為微型大導程滾珠絲杠副。

大導程滾珠絲杠副指公稱直徑d0≥16mm，螺旋升角17°≥φ＞9°或導程d0≤Ph≤d0的滾珠絲杠副，對于螺旋升角φ＞17°稱為超大導程滾珠絲杠副。

重型滾珠絲杠副指公稱直徑d0≥125mm的滾珠絲杠副。

2滾珠絲杠副結構

滾珠絲杠副的結構傳統分為內循環結構(以圓形反向器和橢圓形反向器為代表)和外循環結構(以插管為代表)兩種。這兩種結構也是最常用的結構。這兩種結構性能沒有本質區別，只是內循環結構安裝連接尺寸小；外循環結構安裝連接尺寸大。目前，滾珠絲杠副的結構已有10多種，但比較常用的主要有(圖2，附表)：內循環結構；外循環結構；端蓋結構；蓋板結構。

內循環結構反向器的形狀有多種多樣，但是，常用的外形就是圓形和橢圓形。由于圓形滾珠反向通道較短，因此，在流暢性上不如橢圓形結構。現在，最好的反向器結構為橢圓形內通道結構，由于滾珠反向不通過絲杠齒頂，類似外循環結構，因此，消除了絲杠齒頂倒角誤差給滾珠反向帶來的影響。但由于制造工藝較復雜，影響了這種結構的推廣。

附表滾珠絲杠副結構特點比較種類特點循環圈數螺母尺寸

圈數列數

內循環結構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。因此承載小。適應于微型滾珠絲杠副與普通滾珠絲杠副。12列以上小

外循環結構通過插管組成滾珠循環回路，每一個插管至少1.5圈滾珠鏈，因此，承載大。適應于小導程、一般導程、大導程與重型滾珠絲杠副。1.5以上1列以上大

端蓋結構通過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，承載大。適應于多頭大導程、超大導程滾珠絲杠副。1以上2列以上小

蓋板結構通過蓋板組成滾珠循環回路，每個螺母一個蓋板，每個蓋板組成至少1.5圈滾珠鏈。適應于微型滾珠絲杠副。1.5以上1中

3滾珠絲杠副精度

過去，為了獲得高的定位精度，主要通過提高滾珠絲杠副本身的精度來實現，因此，對滾珠絲杠的導程累積誤差要求很高，給滾珠絲杠副的制造帶來困難，使滾珠絲杠副的生產成本加大。特別是高精度滾珠絲杠副，只有通過數控螺紋磨床或激光反饋螺紋磨床加工才能達到。隨著科學技術的不斷發展，人們掌握了數控補償技術，因而，不需要很高精度的滾珠絲杠副，也能獲得高的定位精度。為了適應數控補償技術的要求，國際標準ISO3408-3-1992以及部頒標準JB3162.2-92都對滾珠絲杠副的行程變動量作了要求，如有效行程內行程變動量、任意300mm行程內行程變動量、2π弧度內行程變動量。其目的就是要控制滾珠絲杠副行程誤差的直線性，也即滾珠絲杠副行程誤差線性化。為數控誤差補償創造條件。

4滾珠絲杠副性能

隨著科學技術的不斷發展，人們對滾珠絲杠副的要求也越來越高，為了使機械產品能實現高的定位精度且能平穩運行，這就要求滾珠絲杠副不但有高的精度，而且運轉平穩，無阻滯現象。滾珠絲杠副運轉是否平穩，主要取決于滾珠絲杠副預緊轉矩的變動量，不同轉速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運動的流暢性不同，因此，滾珠絲杠副的預緊轉矩也不相同。國際標準ISO3408－3－1992以及部頒標準JB3162.2－92規定了在轉速為100r/min時，滾珠絲杠副預緊轉矩的允差。

由于存在加工誤差，如：滾珠絲杠中徑尺寸全長不一致，絲杠、螺母的導程誤差，絲杠與螺母的滾道齒形誤差以及螺紋滾道的粗糙度等，使滾珠絲杠副的動態預緊轉矩在絲杠螺紋全長上是不恒定的，這直接影響驅動系統的平穩性，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此，滾珠絲杠副預緊轉矩變動量的大小是反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標。

近幾年來，人們對滾珠絲杠副的預緊轉矩變動量的大小開始重視起來，以前人們只重視滾珠絲杠副綜合行程誤差曲線，現在也開始重視滾珠絲杠副預緊轉矩的曲線。因為有了這兩條曲線，滾珠絲杠副的性能就能很好地反映出來。

為了滿足上述要求，北京機床研究所先后研制了滾珠絲杠副綜合行程誤差測量儀和預緊轉矩測量儀。應用現代化的測量手段和高精度的傳感器，在測量過程中能實時顯示行程誤差曲線和預緊轉矩曲線，并打印出完整的測量報告，為衡量滾珠絲杠副的總成質量，提供了可靠的檢測手段。

隨著數控機床的發展，“高速、高效”成為各廠家追求的目標，對于高速驅動與定位部件，國外已有直線電動機問世，開始用于加工中心，快速進給速度達到160m/min以上，加速度達4g以上，向滾珠絲杠副提出嚴峻的挑戰。但由于直線電動機存在價格昂貴、控制系統復雜、需采取措施解決磁鐵吸引金屬切屑、強磁對人身危害以及發熱等缺點，在近一段時間很難得到普及。滾珠絲杠副仍是現在高速驅動的最優先選擇，國外大部分高速加工中心仍使用滾珠絲杠副。為了達到高速驅動目的，設計時在提高電動機轉速(電動機最高轉速可達4000r/min)的同時，使用大導程滾珠絲杠副，導程可達32mm。如日本馬扎克公司在FF660機床上使用滾珠絲杠副，機床快速移動速度達90m/min，加速度達1.5g。

從前，擔心大導程滾珠絲杠副驅動對加工中心精度的影響，設計時取導程Ph≤10mm。隨著科學技術的進步，從1999年日本國際機床展覽會上可看出，設計與研究現在大部分高速加工中心都使用大導程滾珠絲杠副。

滾珠絲杠副在高速驅動時主要存在的問題是：噪聲、溫升、精度。滾珠絲杠副噪聲產生的原因主要有：滾珠在循環回路中的流暢性、滾珠之間的碰撞、滾道的粗糙度、絲杠的彎曲等。滾珠絲杠副的溫升主要是由滾珠與絲杠、螺母、反向器之間的摩擦及滾珠之間的摩擦產生的。要解決上述問題首先應從滾珠絲杠副的結構設計開始，對存在的問題采取措施；另一方面，從工藝上解決，通過合理的工藝流程，提高產品的內在質量；選取適當的滾珠絲杠副預緊轉矩；減小滾珠絲杠副的預緊轉矩的變動量，使滾珠絲杠副適應高速驅動的要求。

總之，隨著社會的不斷發展，用戶對滾珠絲杠副的要求越來越嚴，要求也多樣化，促使滾珠絲杠生產廠不斷提高產品質量、開發新品種，以滿足用戶的需求。