滚珠螺杆使用的问题分析
2009-12-23钱乃岩
（天津罗升企业有限公司） 近年来，越来越多的滚珠螺杆被用在各式各样的机床上来满足设备高精度与高性能的需求，滚珠螺杆已成为使用Z广的传动元件之一。在CNC的机械中，使用滚珠螺杆能增加其定位精度及延长其使用寿命。在传统机械上，滚珠螺杆也逐渐取代爱克姆螺杆。
滚珠螺杆通常搭配预压力来消除机器运转时的背隙，但若滚珠螺杆安装不当，就无法体现其高精度与较长的寿命，本文主要讨论滚珠螺杆的问题与问题的预防，来帮助使用者找出不正常工作的原因。
以下叙述三种滚珠螺杆发生问题的主因与其预防方法
1、间隙太大
1.1 无预压或预压不足
无预压的滚珠螺杆垂直放置时，螺帽会因本身的重量而造成转动下滑，无预压的螺杆会有相当的背隙，因此只能用于较小操作阻力的机器，但主要的依据是其定位精度没有太多的要求。
滚珠螺杆出厂时会在不同的应用场所给出正确的预压量，并在出厂前调整好预压，因此当您定购滚珠螺杆前请详述设备的操作情况。
1.2 扭转位移太大
螺杆小，刚性越高，细长比的界限一般在60以下。如果细长比太大，螺杆会产生自重下垂。如果滚珠螺杆只以侧支撑，此种设计刚性较弱，应尽可能避免。
1.3 轴承选用不当
通常滚珠螺杆必须搭配斜角轴承，尤其是以高爪力角设计的轴承为较佳的选择，当滚珠螺杆承受轴向负载时，一般的深沟滚轴轴承会产生一定量的轴向背隙，因此深沟滚珠轴承不适用于此。
1.4 轴承安装不当
(1)若轴承安装于滚珠螺杆而两者贴合不确实，在承受轴向负载的情况下会产生背隙，这种情彤可能由于螺杆肩部太长或太短所造成的。
(2)轴承的承靠面与锁定螺帽V形牙轴心的垂直度不佳，或两对应方向的锁定螺帽面平行度不佳，会导致轴承的倾斜，因此螺帽肩部的锁定螺帽V形牙与轴承的承靠面必须同时加工，才能确保垂直度，如果以研磨方式加工更好。
(3)以两个锁定螺帽搭配弹簧垫圈固定轴承，以防止运转中松脱。
1.5 螺帽座或轴承座刚性不足
如果螺帽座或轴承刚性不足，由于元件本身的重不当的设计，如细长比太大等。螺杆的细长比越重，机器的负荷会使其产生偏斜。
1.6 螺帽座或轴承座组装不当
(1)由于震动或未加固定销使得元件松脱。
(2)因固定螺丝太长或螺帽座螺丝孔太浅使得螺帽固定螺丝无法缩紧。
(3)由于震动或缺少弹簧垫圈使得螺帽固定螺丝松脱。
1.7 支撑座的表面平面度超差
不论结合元件的表面是研磨或铲花，只要其平面度超出公差范围，床台运动时位置的重现性精度将较差，因此一部机器中，通常在支撑座与机器本体间以薄垫片来达到调整的目的。
1.8 马达与滚轴螺杆结合不当
(1)联轴器结合不牢固或本身刚性不佳，会使螺杆与马达间产生转动差。
(2)若不适合以齿轮驱动或驱动结构不是刚体，可能产生滑动。
(3)键的松动，或是键、键槽、轮毂间的任何不当搭配，都会使这些元件问产生间隙。
2 不顺畅的动作
2.1 螺杆加工的问题
(1)螺杆或螺帽珠槽表面粗糙。
(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超出公差范围。
(4)回流管组装不当。
(5)钢珠大小或硬度不均。
以上的问题不该在高品质的产品中发生。
2.2 异物进入钢珠轨道
(1)包装材料阻碍钢珠轨道：出货时以许多的材料及防锈袋来包装滚珠螺杆，如果在包装或排列的时候未以适当的程序来执行，异物或其他物质可能会阻碍钢珠轨道，导致钢珠的滑轨而非正常滚动甚至卡死。
(2)加工碎屑进人轨道：滚珠螺杆若未安装刮刷器，加工碎屑或灰尘的堆积就会阻碍钢珠轨道。造成顺畅度不佳、精度降低及减少使用寿命。
2.3 过行程
过行程会造成回流管的损伤或凹陷，甚至断裂，而造成钢珠无法正常运转，在这恶劣的运转条件下，可能会造成螺杆或螺帽珠槽表面的剥离。过行程发生的原因可能发生于机台设定、极限开关失效或撞车，为预防造成滚珠螺杆进一步损坏，重新安装前滚珠螺杆必须经制造商的重新检修。
2.4 回流管损坏
回流管在安装时受到严重的撞击，回流管可能会造成凹陷及引发前述相同的问题。
2.5 偏心
如果螺帽座与轴承座不同心时会产生径向负荷，两者偏心量太大时会造成螺杆弯曲，甚至偏心的情况，不可以造成明显的螺杆弯曲时，异常磨耗仍持续发生，而螺帽设定的预压力越高偏心精度的要求越高。
2.6 螺帽与螺帽座结合不当
螺帽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。
2.7 搬运时造成滚珠螺杆的损坏
3 碎裂
3.1 钢珠破裂
钢珠Z常用的材质是铬钼钢。滚珠螺杆有、无润滑，对运动时产生的温升差异明显，此温升可能造成钢珠破裂或损坏，因此造成螺帽或螺杆珠槽的损坏。因此设计过程中必须考虑润滑油的补充，如果无法使用自动润滑系统，必须将润滑油的补充计划列入保养手册。
3.2 回流管凹陷或断裂
螺帽过行程或回流管受到撞击时会造成回流管的凹陷或断裂，因此阻碍钢珠的循环路径。使得钢珠变成滑动而非正常滚动，Z后造成回流管断裂。
3.3 滚珠螺杆肩部断裂
(1)不当设计。
螺杆肩部应避免锐角设计，以减少局部应力集中。
(2)螺杆轴头弯曲。
轴承的承靠面与锁定螺帽V形牙轴心的垂直度不佳，或两对应方向的锁定螺帽面平行度不佳。皆会导致螺杆肩部的弯曲或断裂；因此在锁定螺帽锁紧的前后，螺杆肩部偏摆量不得超过0.01ram。
(3)径向力或反复应力。
安装螺杆时造成的偏心会产生异常的交变应力并使滚珠螺杆提早损坏。
当上述所有的检查皆正常，但问题仍然存在。请与专业生产厂家的工程技术人员联系。可能必须通过提高螺杆的刚性和预压力等方式解决问题。
滚珠螺杆通常搭配预压力来消除机器运转时的背隙，但若滚珠螺杆安装不当，就无法体现其高精度与较长的寿命，本文主要讨论滚珠螺杆的问题与问题的预防，来帮助使用者找出不正常工作的原因。
以下叙述三种滚珠螺杆发生问题的主因与其预防方法
1、间隙太大
1.1 无预压或预压不足
无预压的滚珠螺杆垂直放置时，螺帽会因本身的重量而造成转动下滑，无预压的螺杆会有相当的背隙，因此只能用于较小操作阻力的机器，但主要的依据是其定位精度没有太多的要求。
滚珠螺杆出厂时会在不同的应用场所给出正确的预压量，并在出厂前调整好预压，因此当您定购滚珠螺杆前请详述设备的操作情况。
1.2 扭转位移太大
螺杆小，刚性越高，细长比的界限一般在60以下。如果细长比太大，螺杆会产生自重下垂。如果滚珠螺杆只以侧支撑，此种设计刚性较弱，应尽可能避免。
1.3 轴承选用不当
通常滚珠螺杆必须搭配斜角轴承，尤其是以高爪力角设计的轴承为较佳的选择，当滚珠螺杆承受轴向负载时，一般的深沟滚轴轴承会产生一定量的轴向背隙，因此深沟滚珠轴承不适用于此。
1.4 轴承安装不当
(1)若轴承安装于滚珠螺杆而两者贴合不确实，在承受轴向负载的情况下会产生背隙，这种情彤可能由于螺杆肩部太长或太短所造成的。
(2)轴承的承靠面与锁定螺帽V形牙轴心的垂直度不佳，或两对应方向的锁定螺帽面平行度不佳，会导致轴承的倾斜，因此螺帽肩部的锁定螺帽V形牙与轴承的承靠面必须同时加工，才能确保垂直度，如果以研磨方式加工更好。
(3)以两个锁定螺帽搭配弹簧垫圈固定轴承，以防止运转中松脱。
1.5 螺帽座或轴承座刚性不足
如果螺帽座或轴承刚性不足，由于元件本身的重不当的设计，如细长比太大等。螺杆的细长比越重，机器的负荷会使其产生偏斜。
1.6 螺帽座或轴承座组装不当
(1)由于震动或未加固定销使得元件松脱。
(2)因固定螺丝太长或螺帽座螺丝孔太浅使得螺帽固定螺丝无法缩紧。
(3)由于震动或缺少弹簧垫圈使得螺帽固定螺丝松脱。
1.7 支撑座的表面平面度超差
不论结合元件的表面是研磨或铲花，只要其平面度超出公差范围，床台运动时位置的重现性精度将较差，因此一部机器中，通常在支撑座与机器本体间以薄垫片来达到调整的目的。
1.8 马达与滚轴螺杆结合不当
(1)联轴器结合不牢固或本身刚性不佳，会使螺杆与马达间产生转动差。
(2)若不适合以齿轮驱动或驱动结构不是刚体，可能产生滑动。
(3)键的松动，或是键、键槽、轮毂间的任何不当搭配，都会使这些元件问产生间隙。
2 不顺畅的动作
2.1 螺杆加工的问题
(1)螺杆或螺帽珠槽表面粗糙。
(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超出公差范围。
(4)回流管组装不当。
(5)钢珠大小或硬度不均。
以上的问题不该在高品质的产品中发生。
2.2 异物进入钢珠轨道
(1)包装材料阻碍钢珠轨道：出货时以许多的材料及防锈袋来包装滚珠螺杆，如果在包装或排列的时候未以适当的程序来执行，异物或其他物质可能会阻碍钢珠轨道，导致钢珠的滑轨而非正常滚动甚至卡死。
(2)加工碎屑进人轨道：滚珠螺杆若未安装刮刷器，加工碎屑或灰尘的堆积就会阻碍钢珠轨道。造成顺畅度不佳、精度降低及减少使用寿命。
2.3 过行程
过行程会造成回流管的损伤或凹陷，甚至断裂，而造成钢珠无法正常运转，在这恶劣的运转条件下，可能会造成螺杆或螺帽珠槽表面的剥离。过行程发生的原因可能发生于机台设定、极限开关失效或撞车，为预防造成滚珠螺杆进一步损坏，重新安装前滚珠螺杆必须经制造商的重新检修。
2.4 回流管损坏
回流管在安装时受到严重的撞击，回流管可能会造成凹陷及引发前述相同的问题。
2.5 偏心
如果螺帽座与轴承座不同心时会产生径向负荷，两者偏心量太大时会造成螺杆弯曲，甚至偏心的情况，不可以造成明显的螺杆弯曲时，异常磨耗仍持续发生，而螺帽设定的预压力越高偏心精度的要求越高。
2.6 螺帽与螺帽座结合不当
螺帽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。
2.7 搬运时造成滚珠螺杆的损坏
3 碎裂
3.1 钢珠破裂
钢珠Z常用的材质是铬钼钢。滚珠螺杆有、无润滑，对运动时产生的温升差异明显，此温升可能造成钢珠破裂或损坏，因此造成螺帽或螺杆珠槽的损坏。因此设计过程中必须考虑润滑油的补充，如果无法使用自动润滑系统，必须将润滑油的补充计划列入保养手册。
3.2 回流管凹陷或断裂
螺帽过行程或回流管受到撞击时会造成回流管的凹陷或断裂，因此阻碍钢珠的循环路径。使得钢珠变成滑动而非正常滚动，Z后造成回流管断裂。
3.3 滚珠螺杆肩部断裂
(1)不当设计。
螺杆肩部应避免锐角设计，以减少局部应力集中。
(2)螺杆轴头弯曲。
轴承的承靠面与锁定螺帽V形牙轴心的垂直度不佳，或两对应方向的锁定螺帽面平行度不佳。皆会导致螺杆肩部的弯曲或断裂；因此在锁定螺帽锁紧的前后，螺杆肩部偏摆量不得超过0.01ram。
(3)径向力或反复应力。
安装螺杆时造成的偏心会产生异常的交变应力并使滚珠螺杆提早损坏。
当上述所有的检查皆正常，但问题仍然存在。请与专业生产厂家的工程技术人员联系。可能必须通过提高螺杆的刚性和预压力等方式解决问题。
