外循环式
滚珠在循环返回时离开了丝杠螺旋滚道而在螺母体内或体外循环, 即称为外循环式。外循环式滚珠丝杠副尺寸较大, 适用于载荷较大的场合, 如大型重载机床。外循环式有若干条闭合的滚珠链, 由于回珠孔占去圆周的1/4, 两端孔共占1/2, 故一列滚珠链0. 5 圈。根据结构工艺, 可使用的工作圈数为1. 5 圈、2. 5 圈或3. 5 圈, 不超过4. 5 圈。此外还可以配置多列结构, 如圈和列的配合(即圈数× 列数) 可表示为1. 5 × n、2. 5 × n, 的结构是1. 5 ×2、2. 5 ×2 和3. 5 ×2 这三种配合。外循环滚珠丝杠副按其在滚珠返回装置构造的不同, 可分为套筒-螺旋槽式、插管式和端面/ 端盖式三种:
(1) 套筒-螺旋槽式。在滚珠螺母外圆柱面上加工有螺旋形凹槽作为滚珠循环通道, 凹槽的两端分别加工有与螺旋滚道相切的通孔, 将两个挡珠器(端部导流器) 装于螺母内表面侧孔中, 弧形挡珠杆与螺旋滚道相吻合, 杆端部舌形部分将引导滚珠进入回珠通孔, 返回初始螺旋滚道, 形成滚珠链运动。为防止滚珠从回珠槽内脱出, 用套筒紧套在螺母外圆柱上, 从而构成了滚珠链的封闭循环运动,即套筒-螺旋槽式外循环。
这种形式结构简单, 螺母外径较插管式小20% ~ 30%, 轴向排列紧凑, 节约空间; 有效负载滚珠多, 承载能力较高; 刚度大, Dn 值可达18 万; 运行噪声低。与单圈内循环式相比, 该方式工艺性好, 生产不受批量限制, 且单、双列结构均可采用。一般情况下, 单列优于双列,丝杆升降平台, 只有当单列螺母上工作圈数超过3. 5 圈时才用双列; 而双螺母预紧时, 以两圈为列(即2. 5 ×1), 但此时在一列中的滚珠数比其单圈内循环多, 即滚珠运动链长, 运行阻力增大, 且在螺母体上的回珠槽与回珠孔不易准确平滑连接, 拐弯处曲率半径小, 滚珠急剧转向时运动不平稳, 从而影响滚珠运动的流畅性和灵活性, 此外这种形式的滚珠丝杠副螺母径向尺寸也较大。挡珠器的弧形杆刚度较差, 特别是舌形部分易于磨损, 寿命较短。
滚珠丝杠副的结构形式-循环方式(外循环之三)
(3) 端面/ 端盖式。端面/ 端盖式外循环式结构, 是一种在螺母端部配置滚珠返向器, 在螺母内设置贯通孔的循环方式。在螺母壁厚上钻有轴向通孔作为滚珠的返回通道, 螺母两端面装有返向器, 返向器接口与螺纹滚道相切, 并可引导滚珠进入回珠通孔构成闭合回路。可为多线螺纹, 各自形成一个滚珠链。其特点是: 螺母径向、轴向尺寸小; 高承载、高可靠性、低噪声; 滚珠循环部的加工复杂,滚珠通过短槽进出口时要作急剧转弯,影响了滚珠的灵活性和流畅性,且滚珠螺母的径向尺寸很大。目前日趋减少,有被淘汰的趋势。
根据返向器的结构形式, 可分为扁圆形返向器、圆形(又称凸键形) 返向器和矩阵形(又称多列阵) 返向器.
扁圆形返向器的结构类似一个扁圆腰子形镶块, 紧固或焊接在螺母上的扁圆孔中, 其优点是轴向尺寸短, 可有较多圈数, 承载能力较高, 且结构紧凑美观, 缺点是扁圆孔的加工、测量较难, 且精度不易保证, 装卸也较麻烦; 圆形返向器的两个对称键、键槽对称精度以及深度均需控制, 制造工艺性较差, 其余部分加工则较扁圆形有较大改善, 但仍存在轴向尺寸大、装配较困难等缺点; 矩阵形返向器的相邻螺纹通过条状的循环装置形成一个滚珠循环链, 多个滚珠链共用一个返向装置。其结构紧凑, 没有无效圈, 同等长度下承载圈数,同等导程下钢球直径可设计至。
内循环式结构设计简单, 螺母外径小, 可进行微型设计, 满足空间安装,方形丝杆升降平台三维图, 装配简便, 适于批量生产; 滚珠运行阻力相对较小, 起动容易,简易丝杆螺母升降平台, 滚珠流畅性好, 灵敏度较高; 摩擦损失少, 传动效率较高; 滚珠回程较短, 刚度较好, 运转精度较高。但返向器回珠槽为空间曲面, 呈S 形, 加工较困难, 对滚珠丝杠副的公称直径、丝杠外径、螺纹滚道牙形与接触角、牙顶圆角(保证圆滑过渡) 等加工要求亦较高,丝杆动力升降平台, 不便于多滚道设计, 且丝杠一端螺旋沟槽须贯穿, 肩部轴径尺寸须小于沟槽底径, 否则无法组装螺母。此类丝杠适用于中小导程、中低速度场合, 如3D 打印机、中小型扫描仪等。
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