一、选型与设计要点

1. 负载计算

• 轴向负载：需明确最大工作载荷（包括惯性力、摩擦力等），避免超过丝杠的额定动载荷（C）和额定静载荷（C₀）。
  • 公式：等效动载荷 \(F_e = \sqrt[3]{\frac{F_1^3 \cdot L_1 + F_2^3 \cdot L_2 + \dots}{L_{\text{总}}}}\)，需满足 \(F_e \leq C\)。
• 径向负载：过大径向力可能导致丝杠弯曲或螺母磨损，建议通过导向装置（如直线导轨）分担径向力。

2. 导程与精度选择

• 导程（P）：
  • 导程越大，速度越快但精度越低，适用于高速场景（如搬运机器人）；
  • 导程越小，精度越高但速度受限，适用于精密定位（如光刻机）。
• 精度等级：
  • 按 ISO 标准分为 IT1-IT10 级，常用等级：
    • C0-C5 级（精密级）：用于数控机床、半导体设备；
    • C7-C10 级（普通级）：用于自动化生产线、木工机械。

3. 临界转速与稳定性

• 长径比：当丝杠长度 L 与直径 d 的比值 \(L/d > 30\) 时，需计算临界转速 \(n_c\)，避免共振（公式：\(n_c = \frac{997}{L^2} \cdot d^2\)，单位：r/min）。
• 支撑方式：
  • 两端固定：刚性高，适用于高精度、长行程场景；
  • 一端固定 + 一端浮动：补偿热膨胀，避免轴向应力；
  • 悬空安装：仅适用于短行程、低负载场景。

二、安装与调试要点

1. 同轴度与平行度

• 丝杠与电机 / 导轨的同轴度：误差需控制在 0.01-0.02mm 以内，否则会导致异常磨损、噪声或卡死。
• 丝杠与导轨的平行度：通过千分表调整，确保螺母移动时的直线度（误差≤0.05mm/m）。

2. 预紧与间隙调整

• 轴向间隙：
  • 未预紧的滚珠丝杠存在反向间隙，需根据应用场景选择预紧方式：
    • 双螺母预紧：通过垫片、弹簧或液压方式消除间隙，适用于高精度传动；
    • 单螺母自预紧：利用螺母内部结构（如变位导程）实现预紧，结构紧凑但预紧力有限。
• 预紧力：一般为最大轴向负载的 10%-15%，过大预紧会增加摩擦力和温升。

3. 润滑与密封

• 润滑方式：
  • 油脂润滑：适用于低速、高负载场景，周期 3-6 个月（如机床丝杠）；
  • 油液润滑：通过油泵强制供油，用于高速、长行程场景（如注塑机）。
• 润滑剂选择：推荐使用锂基润滑脂（如 NLGI 2 级）或低粘度润滑油（如 ISO VG 32）。
• 密封防护：
  • 采用波纹管、防尘罩或迷宫式密封，防止粉尘、切削液进入螺母内部。

三、运行与维护要点

1. 温度与热变形控制

• 温升限制：运行时丝杠表面温度通常不超过 60℃，高温会导致材料膨胀、精度下降。
• 热补偿措施：
  • 长行程设备可采用中空丝杠通冷却液；
  • 预留热膨胀间隙（如浮动支撑端）。

2. 噪声与振动监测

• 异常噪声：
  • 若出现 “咔嗒” 声，可能是滚珠破损或异物侵入；
  • “嗡嗡” 声可能由预紧力不均或共振引起，需检查安装精度和支撑刚度。

3. 定期维护检查

• 磨损检测：通过测量轴向间隙或运行阻力判断磨损程度，间隙超过 0.05mm 时需更换或重新预紧。
• 寿命计算：额定寿命 \(L = \left( \frac{C}{F_e} \right)^3 \times 10^6\)（单位：mm），实际寿命需考虑工况波动系数（如冲击负载系数 \(f_w = 1.2-2.5\)）。

四、环境与安全要点

1. 环境适应性

• 粉尘 / 湿度：在高粉尘（如木工、金属加工）或潮湿环境中，需加强密封并缩短润滑周期。
• 腐蚀性气体：化工、电镀等场景需选用不锈钢材质（如 SUS304）或表面镀层（如硬铬、镍磷）丝杠。

2. 过载保护

• 配置限位开关、扭矩过载保护器或安全联轴器，防止因机械卡阻或程序错误导致丝杠过载断裂。

五、常见问题与应对策略

总结