一种长滚珠丝杠辅助支撑装置
发布时间：2013-06-24 浏览次数：711
李国志
（齐齐哈尔二机床（集团 ）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）
摘 要：通过支撑轴将滚珠丝杠挠曲变形部分支起，且支撑轴可以在丝母经过时退回，丝母经过后伸出，很好地解决了滚珠丝杠由于自重引起的挠曲变形问题，提高了传动精度。
关键词：长滚珠丝杠；辅助支撑
1 引言
滚珠丝杠传动间隙小、精度高，在装备工业、交通运输、航空航天、军工产品等领域有很普遍的应用。然而，当滚珠丝杠作为长距离（如行程≥7m）水平传动时，由于自身重力作用及温度变化等，易引起挠曲变形，丝杠越长，变形越大，严重影响传动精度及丝杠寿命，制约行业发展。现有技术中通常是对滚珠丝杠进行预拉伸［1，2］，以提高丝杠的刚性，但丝杠越长，效果越不明显；也有对丝杠采用辅助支撑的结构［3］，但大都结构复杂，需要电气、液压、气动等配合，控制较困难。
本文介绍一种在丝杠下方增加辅助支撑、减小丝杠跨距的方法，结构较为简单，并且可以很好地解决长丝杠的挠曲变形问题。
2 辅助支撑装置的基本结构
如图1所示，套筒1固定在机架4上，支撑轴3通过直线轴承5、弹簧2、法兰盘13安装在套筒内，法兰盘13上安装有导向销11，支撑轴后端部安装有定位螺母12，前端部安装有垫片7及通过销轴10安装的深沟球轴承8，压板9安装并固定在丝杠6所驱动的移动部件（如龙门铣床的溜板箱）上；支撑轴尾部开有导向槽3a。使用时，本装置水平安装，垫片7上表面与丝杠轴线平行并与丝杠外径相切。垫片7由耐磨自润滑复合材料制成，不会损伤丝杠。
3 辅助支撑装置的工作原理及过程
当移动部件开始运动，带动压板前进并与深沟球轴承接触（如图1位置1所示），支撑轴在压板的压力作用下带动锁紧螺母沿直线轴承退回，将弹簧压缩；支撑轴后部开有导向槽，法兰盘上安装有导向销，导向槽与导向销配合，保证支撑轴不沿轴线回转；当移动部件带动压板继续前进，将支撑轴压缩到极限位置（如图1位置2所示），此时支撑轴端部远离丝杠，丝母座有足够的空间通过支撑轴所在位置；通过后，压板逐渐远离支撑轴，支撑轴在弹簧弹力作用下沿直线轴承伸出，利用垫片将丝杠托起，到达行程后，定位螺母与法兰盘接触，支撑轴不能再向前移动（如图1位置3所示）。当移动部件向反方向移动时动作亦是如此。通过以上动作，实现了滚珠丝杠的辅助支撑，如果滚珠丝杠过长，可以在多点安装本装置。
4 设计时需要注意的问题
值得注意的是，支撑轴后端部用来安装锁紧螺母的螺纹部分，如果空间允许，应尽量设计得长一些，这样更利于装配。装配时， 如果支撑轴后端部螺纹长度过短，将弹簧安装在支撑轴上，就会没有空间安装法兰盘、锁紧螺母（如图2 ），必须将弹簧压缩才能安装，而如果没有专用工具工装，弹簧压缩很困难也不安全，将螺纹长度加长（图3）就可以解决这个问题。螺纹长度S可以用式（1）来确定：
如图3所示，式（1）中H0为弹簧的自由高度，H1为弹簧的安装高度，S1为螺母厚度，P为螺距。这样就可以在弹簧处于自由高度时安装法兰盘和锁紧螺母，预紧弹簧可以通过拧紧锁紧螺母进行，省力安全，并且弹簧预紧力的调整空间很大，便于装配后期调整。
5 结语
本文给出了一种长滚珠丝杠辅助支撑的装置及设计时需要注意的问题。设计时可根据具体设计条件（滚珠丝杠行程、旋转形式或结构尺寸限制等）进行合理设计。本装置结构简单、易于装配、动作灵活、成本低，无需电气、液压、气动等配合，可以克服长滚珠丝杠由于自重、温度变化等引起的挠曲变形，提高滚珠丝杠的传动精度，延长其使用寿命，广泛应用推广，将极大地推动长滚珠丝杠在数控机床领域的应用。
参考文献
[1]张亮亮.丝杠预拉伸的实现[J].航空精密制造技术,2009（2）:58-59.
[2]周志红,文怀兴,杨东生.滚珠丝杠安装方式的研究[J].制造技术与机床.2007（8）:140-141.
[3]黄小林.长滚珠丝杠辅助支撑装置在机床中的设计与应用[J].金属加工（冷加工），2011（8）:41-42.
来源：《机械工程师》2011年第8期
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