机械设计优秀案例分享——〖案例9〗丝杠固定的方式

六月飘雪

〖案例9〗丝杠固定的方式

    丝杠传动是实际应用中很常见的一种机构，但其支承应该怎么设计比较合理，是一个容易被新手忽视的问题。

1.问题描述

    做一个新设计，结构如图9-1，请问丝杠如此支承和使用有没有什么问题?

2.讨论

    甲说，从图中可以分辨出，右端用了两个角接触轴承，以承担转动支承及轴向力，而左端看不出有任何支承措施，在询问过提问者之后也证实右端为自由端；这种支承方式在实际使用中并非罕见，有结构简单，成本低，便于安装维修等优点，但弊端也相当明显。

     一般情况下，丝杠传动的支承方式无非如图9-2四种：A、一端固定，一端自由；B、一端固定，一端轴向游动；C、两端预拉；D、两端固定。可以看出此机构是第一种情况，其弊端为不可使用于高精度，高转速环境，且丝杠长径比不可太大，不然另一端会因为重力严重下垂，造成误差。在图中还可看出似乎是打算用丝杠作为导向，使丝母在长键槽里滑动。如果确是这样，建议在旁边增加辅助的光轴及轴套作为导向，丝杠的作用仅仅只是提供推力，会比现在的结构更合理。

    乙补充道，因为第一种支撑方式具有这种悬臂梁的效应，都是在丝杠垂直工作的情况下才会被使用，如图9-3；不然高转速的时候抖动会很大，影响精度及使用寿命。

    丙觉得上述甲已经讲得很明白，说，图9-1中的安装方式承载能力小，刚度低，仅适用于低精度，低转速的应用场合，有机会接触连铸机的话，可以留心一下，中间包车的微调装置就是类似结构。

    提问者回应说，此结构应用场合要求很低，做过有限元分析，证实能够满足要求；但仍有问题——若应用于高转速高精度，应怎样布置？

    甲说，若是高转速场合，应使用图9-2 (C) 表示的两端预拉的安装方式，可减小重力作用下丝杠自身的下垂量；实验证明，当预紧力大于丝杠最大轴向载荷的1/3时，可使丝杠拉压刚度成倍增加。

    丙说，轴承有好几种安装组合方式，所谓DB和DF，背对背和面对面；DB组合的优点是轴承作用点的距离较大，这样受力好，刚性就好，但缺点是要求比较高，对所有零件的几何精度要求严格；DF就是比较容易组装的，对几何精度影响较小，缺点是刚性不如DB；目前市场上很多大轴承厂都有专门的丝杠专用轴承，都是配好的一套，买来直接装就好了。

   丁补充，说，若是如果使用成对的分离轴承，需要用千分表测量其内外圈的落差，并将数值接近的放在一起，需要注意的是，预紧力要控制好，不然很容易烧毁轴承。一般经验为不要使丝杠温升超过5℃。

    乙说，对丝杠进行预拉伸，固然是为了提高丝杠的拉压刚度，但另一个相当重要的原因为，补偿丝杠在工作中因为温升而造成的轴向伸长，使丝杠的轴向游隙接近为零，以确保丝母运动的重复精度（丝母运动的定位精度主要与丝杠本身的精度有关）。

3.结论

    要保证丝杆的精度，良好的支撑结构和预紧力的施加都是不可避免的。在横向布置的时候，需要注意由自重带来的弹性形变，在高速运转时这种形变带来的离心力也不可忽略。因此，若是高速高精度的场合，必须使用合理的方法来提高丝杠的拉压刚度，减小变形。

    此外，温度的升高也要重视。本次讨论中谈到预拉伸量可做热膨胀的补偿，但从轴承的角度，预紧力要进行控制，以免由于摩擦力的增大，在高速时被烧坏。由此就必须注重润滑的供给方式及材质的选择。至于具体应使用脂润滑还是油润滑，则要根据实际的工况来决定。