1.滚珠丝杠副的组成
滚珠丝杠副是在滚珠丝杠和滚珠螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件（见图10-33）。它的组成如图10-34所示。
2.滚珠丝杠副的名词术语、标识方法与系列尺寸
（1）滚珠丝杠副的结构尺寸和术语 滚珠丝杠副的结构尺寸如图10-35所示。
主要的名词术语如下：
1）公称直径d0。公称直径用于标识的尺寸值（无公差）。
2）节圆直径Dpw。节圆直径是指滚珠与滚珠螺母体及滚珠丝杠位于理论接触点时滚珠球心包络的圆柱直径（节圆直径通常都与滚珠丝杠的公称直径相等，但也有例外）。
3）行程I。行程是指转动滚动丝杠或滚珠螺母时，滚珠丝杠或滚珠螺母的轴向位移量。
4）导程Ph。导程是指滚珠螺母相对滚珠丝杠转2π弧度角时的行程。
5）寿命、载荷和速度等的术语。
①寿命L0：在一套滚珠丝杠副中，丝杠、螺母或滚珠材料出现首次疲劳现象之前，丝杠与螺母之间所能达到的相对转速。
②轴向额定动载荷Ca：在额定寿命为106转的条件下，滚珠丝杠副理论上所能承受的恒定轴向载荷。
图10-33 滚珠丝杠副简图
③轴向额定静载荷Cos：使滚珠与滚道面间承受最大的接触应力点处产生0.0001倍滚珠直径的永久变形时，所施加的静态轴向载荷。
④预加载荷Fpr：为了消除间隙和提高刚度，施加于一组滚珠和滚道上的载荷，这可以通过使一组滚珠和滚道相对另一组滚珠和滚道发生相对轴向位移来获得。预加载荷的大小由机械性能要求决定。
⑤动态预紧转矩Tp：在外部载荷作用下，滚珠螺母与滚珠丝杠相对转动所需的力矩，不包括滚珠螺母两端密封件的摩擦力矩。
图10-34 滚珠丝杠副组成
⑥滚珠丝杠副强度Fc：作用于滚珠丝杠副但不能在其上产生永久结构变形的最大轴向压力。
⑦轴向刚度Rc：抵抗轴向变形的能力（作用于滚珠丝杠副的轴向载荷与由这个轴向载荷所引起的钢球与螺纹滚道间轴向弹性接触变形之比）。
⑧临界速度ner：使滚珠丝杠副产生共振的丝杠或螺母的旋转速度。
（2）滚珠螺纹的标注方法 标注示例如图10-36所示。
图10-35 滚珠丝杠副的尺寸
d0—公称直径 d1—滚珠丝杠螺纹大径 d2—滚珠丝杠螺纹小径 d3—轴颈直径 D1—滚珠螺母体外径 D2—滚珠螺母体螺纹大径 D3—滚珠螺母体螺纹小径 Dpw—节圆直径 Dw—滚珠直径 l1—螺纹全长 α—公称接触角 Ph—导程 φ—导程角
1）滚珠丝杠副的循环方式代号见表10-50。
2）滚珠丝杠副螺母组成形式代号见表10-51。
图10-36 滚珠螺纹标注示例
a）滚珠外螺纹代号标注示例 b）滚珠内螺纹代号标注示例
表10-50 循环方式代号
表10-51 螺母组成形式代号
3）滚珠丝杠副的预紧方式的代号见表10-52。
表10-52 预紧方式代号
4）滚珠丝杠副的标识方法如下：
（3）尺寸系列 对公称直径d0、公称导程Ph以及它们的组合的规定见表10-53。
3.类型与精度等级
（1）滚珠丝杠副的分类 根据滚珠丝杠副的用途和制造的经济性，可将滚珠丝杠副分为两大类型。
P类（定位滚珠丝杠副）：用于精确定位且能够根据旋转角度和导程间接测量轴向行程的滚珠丝杠副。这类滚珠丝杠副无间隙（即预紧的）。
T类（传动滚珠丝杠副）：用于传递动力的滚珠丝杠副。由于这类滚珠丝杠副的精度低，不能用公式L=Phn来确定行程（n为旋转圈数，Ph为导程）。因此，其轴向行程的测量应由与滚珠丝杠副的旋转角度和导程无关的测量装置来完成。
表10-53 滚珠丝杠公称直径与公称导程的优先组合（单位：mm）
注：表中黑体字的公称导程值为优先组合值，当优先组合不够用时，可选用表中明体字的公称导程与公称直径组成的一般组合。
（2）滚珠丝杠副的精度划分 按GB/T17587—1998滚珠丝杠副根据使用范围及要求分为7个标准公差等级。1级滚珠丝杠副精度和性能最高，其他依次递减。一般情况下，定位滚珠丝杠副采用1、2、3、4、5标准公差等级，传动滚珠丝杠副通常采用7级和10级。
4.滚珠丝杠的安装与支承
（1）滚珠丝杠副轴端的支承形式 滚珠丝杠副的支承形式主要分为四种类型，见表10-54。
（2）滚珠丝杠副常用轴承 滚珠丝杠副常用轴承及轴承组合见表10-55及如图10-37所示。
（3）滚珠丝杠预拉伸及轴承结构 滚珠丝杠在运行中由于温升会产生轴向热变形。为补偿热变形，丝杠轴端支承采用两端固定结构，其一端轴承座轴向位置可调或者丝杠可以通过三角螺纹进行预拉伸（此时螺母宜用六角螺母，丝杠端头带方头，三角螺纹部分的直径和螺距宜大些），具体结构如图10-38所示。
表10-54 滚珠丝杠支承形式与特点
表10-55 滚珠丝杠副常用轴承及组合
需要预拉伸的滚珠丝杠的导程应小于公称导程，以补偿丝杠受预拉伸力后引起的伸长变形量。
5.滚珠丝杠副润滑
滚珠丝杠副的润滑可选用油或脂。润滑油的黏度按表10-56选择。
图10-37 常用轴承组合
表10-56 滚珠丝杠用润滑油的黏度
润滑脂可选用2号锂基润滑脂。
图10-38 支承轴承由结构给定预拉力
6.滚珠丝杠副参数的计算及选用
（1）确定滚珠丝杠副的导程Ph 由工作台最高移动速度vmax，电动机最高转速nmax，传动比i等确定Ph，即
当电动机与滚珠丝杠副直联时i=1，有
计算出的Ph要用表10-53中规定的标准导程值的较大值圆整。
（2）滚珠丝杠副的载荷及转速计算
1）最小载荷Fmin。最小载荷为机器空载时滚珠丝杠副的传动力。如工作台重量引起的摩擦力。(www.xing528.com)
2）最大载荷Fmax。最大载荷为机器承受最大载荷时滚珠丝杠副的传动力。如机床切削时，切削力在滚珠丝杠轴向的分力与导轨摩擦力之和即为Fmax（这时导轨摩擦力是由工作台、工件、夹具三者总的质量以及切削力在垂直导轨方向的分量共同引起）。
（3）确定预期额定动载荷
1）按滚珠丝杠副的预期运行距离Ln计算，则有
按滚珠丝杠副的预期运行距离Ls计算，则有
式中，Ln为预期工作时间（见表10-57），单位为h；Ls为预期运行距离，单位为km，一般取250km；fa为精度系数，根据初定的精度等级选择（见表10-58）；fc为可靠性系数，一般情况下fc=1；重要场合下，要求一组同样的滚珠丝杠副在同样条件下，使用寿命超过希望寿命的90%以上时，fc的选择见表10-59；fw为载荷系数，根据载荷性质选择（见表10-60）。
表10-57 各类机械预期工作时间Ln
表10-58 精度系数fa
表10-59 可靠性系数fc
表10-60 载荷性质系数fw
2）有预加载荷的滚珠丝杠副还需按最大轴向载荷Fmax计算，则有
Cam=feFmax
式中，fe为预加载荷系数（见表10-61）。
表10-61 预加载荷系数fe
以上两种计算结果中选择较大的为滚珠丝杠的Cam。
（4）确定最小螺纹小径 按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹小径d2m。
1）估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量δm。
滚珠丝杠副允许的最大轴向变形δm≈重复定位精度的
，或δm≤定位精度的
。以上两种方法估算出的小值取为δm值，单位为μm。
2）估算滚珠丝杠副的小径d2m。
·滚珠丝杠副安装方式为一端固定，一端自由或游动时，有
式中，E为杨氏弹性模量，E=2.1～105，单位为MPa；δm为估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量，单位为μm；F0为导轨静摩擦力，单位为N，F0=μ0W（μ0为静摩擦系数）；L为滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离，单位为mm，L≈（1.05～1.1）行程+（10～14）Ph。
·滚珠丝杠副安装方式为两端支承或两端固定，有
式中，L为两个固定支承之间距离，单位为mm，L≈（1.1～1.2）行程+（10～14）Ph
（5）确定滚珠丝杠副的规格代号 按照已估算出的Ph，Cam可在样本中先查出对应的滚珠丝杠小径d2，额定动载荷Ca，应注意d2≥d2m，Ca≥Cam，但不宜过大，否则会使滚珠丝杠副的转动惯量和结构尺寸偏大。接着确定公称直径d0、循环圈数、滚珠螺母的规格代号及有关的安装联接尺寸。
（6）对预紧滚珠丝杠副，确定其预紧力FP 当选择预紧螺母形式的滚珠丝杠副时，需规定预紧力FP。当最大轴向工作载荷Fmax能确定时，
x；当最大轴向工作载荷不能确定时，FP=ξC，其中ξ值按表10-62选择，Ca是额定动载荷，可在样本上查到。
（7）确定滚珠丝杠副支承所用轴承类型及规格
1）计算轴承所承受的最大轴向载荷FBmax，有预拉伸的滚珠丝杠副应考虑到预拉伸力Ft。
2）选择轴承类型，按滚珠丝杠副支承的要求及表10-60选择轴承的类型。
3）确定轴承内径，为便于丝杠加工，轴承内径最好不大于滚珠丝杠的大径。在选用内循环滚珠丝杠副时，必须有一端轴承内径略小于丝杠小径d2。其次轴承样本上规定的预紧力应大于轴承所承受最大载荷FBmax的
。
4）有关轴承的其他验算项目可查轴承样本。
5）安装方式如图10-39所示。
（8）电动机的选择
1）作用在滚珠丝杠副上各种转矩计算。
外加载荷产生的摩擦力矩TF（单位为N·m）为
图10-39 安装方式示意图
a）一端固定，一端自由 b）一端固定，一端游动 c）两端支承 d）两端固定
表10-62 系数ξ值
滚珠丝杠副预加载荷FP产生的预紧力矩TP（单位为N·m）为
式中，Ph为滚珠丝杠副导程，单位为mm；η为未预紧的滚珠丝杠副效率，1、2、3级精度的丝杠η=0.9，4级精度以下的丝杠η=0.85；F为作用在滚珠丝杠副上的外加轴向载荷，单位为N。
外加轴向载荷在不同情况下取值不一样。若计算电动机起动转矩时，机械是空载起动，F是导轨摩擦力，垂直方向则包括机构重量；若机械是满载起动，F包括导轨摩擦力、最大工作载荷，垂直方向则包括机构重量。在计算电动机工作转矩时，F包括导轨摩擦力、工作载荷，垂直方向则包括机构重量。
2）负载转动惯量JL（单位为kg·m2）及传动系统转动惯量J（单位为kg·m2）的计算
式中，Ji为各旋转件的转动惯量，单位为kg·m2；ni为转速，单位为r/min；mj为各直线运动件的质量，单位为kg；vj为速度，单位为m/min；Jm为电动机的转动惯量，单位为kg·m2；nm为转速，单位为r/min。
3）加速转矩Ta和最大加速转矩Ta与a大小相同。
当电动机转速从n1升至n2时：
当电动机从静止升速至nmax时：
式中，n为电动机转速，单位为r/min；nmax为电动机最高转速，单位为r/min；ta为加速时间，单位为s，ta≈（3～4）tm或者按性能要求自行规定；tm为电动机时间常数，可查电动机样本。
4）电动机的最大起动转矩Tr（单位为N·m）为
Tr=Tam+（TF+TP+Ta+Tf）i+Te
式中，i为电动机到滚珠丝杠副的传动比，直联时i=1；Te为不在滚珠丝杠副上的其他传动元件的摩擦力矩折算到电动机上的值。
5）电动机连续工作的最大转矩。机械在最大工作载荷下连续匀速运转时电动机转矩Tm（单位为N·m）为
Tm=（TF+TP+Ta+Tf）i+Te
6）按照样本选用电动机时应注意的问题如下：
·惯量匹配，电动机的转动惯量应满足
Jm=（1～4）JL
·验算电动机的最大转矩≥Tr。
·验算电动机的额定转矩≥Tm且Tm在电动机的连续工作区间。
（9）滚珠丝杠副的精度选择 滚珠丝杠副的精度选择，先根据使用情况选择滚珠丝杠副的类型（P类或T类），然后参照滚珠丝杠副的精度标准，确定滚珠丝杠副的精度等级。表10-63列出了滚珠丝杠螺母传动副的技术参数，供选择参考。
表10-63 滚珠丝杠螺母传动副的技术参数 （单位：mm）
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