新型重载行星滚柱丝杠副

2013-06-17山东博特精工股份有限公司济宁272071王云菊朱继生

金属加工(冷加工) 2013年8期

山东博特精工股份有限公司（济宁 272071）李栋杜伟王云菊朱继生

行星滚柱丝杠副是一种将旋转运动转化为直线运动的机械装置。与滚珠丝杠副的传动方式类似，不同点在于：在滚珠丝杠副中，载荷通过安装在螺纹滚道中的钢球从螺母传递到丝杠上，载荷的大小主要取决于钢球的大小和接触点的个数。而行星滚柱丝杠副的载荷传递元件为螺纹滚柱，滚柱能加工出较大曲率半径的圆弧凸齿形。每个螺母中一般包含9～13个螺纹滚柱，并且所有的滚柱都参与工作，接触点众多，因此承载力和刚度远远高于滚珠丝杠副。在需要高承载的应用场合，与液压传动相比，行星滚柱丝杠副具有无与伦比的优越性。它所配置的控制系统简单，不需要诸如阀门、泵、过滤器、传感器等复杂的配套系统，能有效避免液压油泄漏和不可预知的故障，并且能够在极其艰苦的工作环境下承受重载或逐渐增加的重载荷上千小时。因此，行星滚柱丝杠副所具有的优越性，使其成为恶劣环境条件下使用及重载传动的理想选择。

1.行星滚柱丝杠副的结构

图1 行星滚柱丝杠副

实际应用的行星滚柱丝杠副，螺纹丝杠一般为5或6头螺纹，滚柱数量为9～13个，行星滚柱丝杠副的组成如图1所示。丝杠5为多头螺纹，螺纹为三角形90°齿形；螺母4为内螺纹，齿形参数及螺纹头数与丝杠相同；滚柱3（见图2）为单头螺纹，螺纹为圆弧凸齿形，滚柱两端加工有小模数外齿轮和圆柱光轴；两端小模数外齿轮与内齿圈2啮合，确保滚柱之间保持轴向平行，内尺圈2与螺母4安装后固定为一体，圆柱光轴安装在保持架1均布加工的孔内，保证各滚柱之间等距离。

图2 滚柱

2.行星滚柱丝杠副工作原理

电动机通过减速箱驱动主丝杠轴5转动，滚柱3围绕主丝杠5做行星运动，由于滚柱3与螺母4通过螺纹啮合，所以此时螺母4做轴向运动，这就实现了将主丝杠的旋转运动变为了螺母的轴向运动。在整个运动过程中，保持架1保证了滚柱在运动过程中始终沿圆周方向均布。内齿圈2与滚柱3外齿的啮合保证了滚柱在运转过程中不会发生轴向的偏斜，滚柱与滚柱在围绕主丝杠5做行星运动时始终保证轴线相互平行。

滚柱的齿形为曲率半径较大的圆弧截面，与丝杠及螺母的接触为点接触（见图3），这样在转动过程中滚柱就可以等效为众多的滚珠在运行，因此行星滚柱丝杠副的承载能力较传统的滚珠丝杠副有很大提高。

3.行星滚柱丝杠副与滚珠丝杠副性能对比

（1）承载由于滚柱齿形能加工出较大曲率半径的圆弧凸齿形，并且所有滚柱都参与工作，工作接触点多，所以行星滚柱丝杠副具有很高的承载能力。由赫兹定律我们可以计算出，在同等规格条件下，行星滚柱丝杠副的动态载荷约为滚珠丝杠副的3倍以上。

（2）速度与加速度行星滚柱丝杠副的结构形式决定了滚柱不需要额外的循环装置，滚柱只需绕丝杠轴作旋转运动。这种特点使得行星滚柱丝杠副可以达到传统滚珠丝杠副所不能达到的高速度和高加速度。目前，行星滚柱丝杠副已达到100m/s的直线运动速度和超过3.5g的加速度。

（3）运行寿命通常丝杠的寿命按行程或实际工作时间计算，在载荷为1t工作条件下，对于直径20mm、导程6mm同等规格的滚珠丝杠副和行星滚柱丝杠副，行星滚柱丝杠副的运行寿命约为滚珠丝杠副的15倍。

（4）工作环境一般滚珠丝杠副需要洁净和有润滑的工作环境，当外界杂质进入或润滑不良时，将影响滚珠丝杠副的正常工作。而行星滚柱丝杠副在较差的（如冰、脏或润滑差等）环境中，均能保持良好的性能。

（5）噪声对滚珠丝杠副和行星滚柱丝杠副进行各种对比测试，由于没有额外的滚柱循环装置，在同等工作条件下行星滚柱丝杠副的噪声明显低于传统滚珠丝杠。在2 000r/min的转速条件下，直径32mm、导程20mm的滚珠丝杠副噪声为72～78dB，而直径30mm、导程20mm规格的行星滚柱丝杠副噪声仅为68dB。

（6）可靠性由于独特的结构设计，使行星滚柱丝杠副有出色的抗冲击性，不必担心因循环结构损坏而造成的丝杠及螺母的损坏。同时其对粉尘等有害物质的敏感性差，其对行星滚柱丝杠副的传动影响很小。