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如何设置滚珠丝杠的预紧力？

来源：　　发布：2025/8/20 17:17:03

滚珠丝杠预紧力的设置核心是**平衡定位精度与传动效率**，预紧力过小会产生反向间隙，影响定位精度；预紧力过大会增加摩擦阻力、导致温升过高，缩短丝杠寿命。以下是针对不同螺母结构的**可操作预紧力设置方法**，适用于剪板机、折弯机等设备的进给系统：

### 一、预紧力的理论计算依据
滚珠丝杠预紧力 $F_p$ 的取值需参考**额定动载荷 $C_a$**，行业通用标准为：
$$F_p = (0.10 \sim 0.15) \times C_a$$
- **低精度、高负载工况**（如剪板机后挡料粗定位）：取 $0.10 \times C_a$，降低摩擦阻力，避免过载。
- **高精度、低负载工况**（如数控折弯机滑块定位）：取 $0.15 \times C_a$，消除反向间隙，提升定位稳定性。
- **极限禁忌**：预紧力严禁超过 $0.20 \times C_a$，否则会导致滚珠与滚道产生塑性变形，造成永久性失效。

### 二、不同螺母结构的预紧力设置方法
滚珠丝杠常见预紧螺母分为**双螺母垫片式、双螺母螺纹式、单螺母变位导程式**，不同结构的调节方式不同：

#### 1. 双螺母垫片式预紧（最常用，适用于重型设备）
**结构特点**：通过调整两螺母之间的垫片厚度，使两螺母产生轴向相对位移，实现滚珠与滚道的过盈配合。
**设置步骤**：
1. **拆卸与清洁**：将丝杠螺母组件从设备上拆下，清理滚珠、滚道表面的油污和铁屑，确保无异物影响预紧效果。
2. **初始垫片选择**：根据丝杠公称直径选择初始垫片厚度，例如 $\phi32$ 丝杠初始垫片厚度建议为 $0.15 \sim 0.20\ \text{mm}$。
3. **扭矩测试法调节**
- 将垫片安装在两螺母之间，拧紧连接螺栓（扭矩按螺栓规格设定，如M8螺栓扭矩为 $12 \sim 15\ \text{N·m}$）。
- 用扭矩扳手旋转螺母，测量螺母旋转时的启动力矩 $T$，标准启动力矩计算公式为：
$$T = F_p \times \frac{d_0}{2} \times \mu$$
其中 $\mu$ 为摩擦系数（钢-钢摩擦取 $0.003 \sim 0.005$），$d_0$ 为丝杠公称直径。
- 若启动力矩过小（预紧力不足），更换**更厚的垫片**；若启动力矩过大（预紧力过高），更换**更薄的垫片**，直至启动力矩符合计算值。
4. **装机验证**：将调节好的螺母组件装回设备，空载运行5-10次，检查丝杠运行是否平稳、有无异响，反向定位误差是否在允许范围内（如C7级丝杠反向误差≤0.02mm）。

#### 2. 双螺母螺纹式预紧（适用于需要现场微调的设备）
**结构特点**：两螺母通过螺纹套筒连接，旋转套筒可调整两螺母的轴向相对位置，实现预紧力调节。
**设置步骤**：
1. **标记初始位置**：在螺母与螺纹套筒的连接处做好标记，便于记录调节量。
2. **分级旋转调节**：每次旋转套筒 $1/12 \sim 1/8$ 圈（对应轴向位移为导程的 $1/12 \sim 1/8$），避免调节过量。
3. **手感与扭矩双重验证**
- 手动旋转丝杠，感受阻力是否均匀，无卡滞、无间隙。
- 用扭矩扳手测量螺母启动力矩，符合理论计算值后，拧紧套筒锁紧螺栓，防止松动。
4. **批量生产验证**：连续运行设备进行100次定位循环，若反向误差稳定，说明预紧力设置合理。

#### 3. 单螺母变位导程式预紧（适用于轻载、高精度设备）
**结构特点**：螺母内部滚道采用变位导程设计，滚珠在滚道内自然形成过盈配合，无需额外调节，出厂时已设定预紧力。
**现场确认方法**：
1. 手动旋转螺母，感受阻力是否均匀，无明显间隙感。
2. 装机后通过激光干涉仪测量反向定位误差，若误差超过标准值，需联系厂家更换螺母，**禁止自行拆解调节**。

### 三、预紧力设置的关键注意事项
1. **润滑条件影响**：调节预紧力前，需确保丝杠与螺母充分润滑（推荐锂基润滑脂），干摩擦会导致启动力矩测量偏大，造成预紧力设置过高。
2. **温度补偿**：丝杠运行时会产生温升，导致预紧力增大，因此在室温下调节的预紧力需预留 $5\% \sim 10\%$ 的余量，避免高温时预紧力过载。
3. **定期复检**：
- 新设备运行100小时后，需重新检查预紧力，防止螺栓松动导致预紧力下降。
- 正常工况下，每运行500小时复检一次，发现启动力矩异常时及时调整。
4. **与设备精度匹配**：预紧力需与设备整体精度等级匹配，例如C5级丝杠的预紧力需严格按 $0.15 \times C_a$ 设置，C7级丝杠可适当降低至 $0.12 \times C_a$。

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