HEADWAY 滾珠螺桿精度介紹

2-2 軸向間隙與預壓設計

預壓的目地在消除軸向背隙且降低因軸向力造成的彈性位移，亦可改善滾珠螺桿剛性。因滾珠螺桿承受軸向負荷，針對有預壓哥德式為較佳，此牙型具有獨特的鋼珠，與珠槽接觸方式能消除任何可能的軸向背隙並增加剛性。有預壓的哥德式牙型負荷方式，如圖2-2.1所示。

獨特之哥德式牙型珠槽能產生大約45°的鋼珠接觸角，由外部驅動力及內部預壓力產生軸向力Fa能產生兩種背隙，一種是鋼珠與珠槽間製造所產生的正向背隙Sa，另一種是由垂直於接觸點的正向力Fn 所產生的彈性變形△L，由製造餘隙所產生背隙能由內部預壓力P消除，此種預壓力可配合鋼珠大小調整預壓產生如圖2-2.2。彈性變形是由內部預壓力和外部負荷產生進而造成失步效應。

圖2-2.1

單螺帽滾珠螺桿的預壓方法

圖2-2.2

如上圖所示在滾珠溝槽內置入較溝槽空間稍大直徑的鋼珠，使滾珠與溝槽做四點接觸的預壓方式，適用於輕預壓。

技術提示：

過大的預壓力將造成摩擦扭矩的大增及溫升效應而使得預期壽命減短；但太低的預壓力會使得滾珠螺桿剛性不足及增加失步 (lost motion) 的可能性。建議您，於 CNC 工具機的使用上以不超過8% 動負荷為預壓力的最大值；於自動化X-Y 平台機構上則以不超過5% 的動負荷為預壓力之最大值。

轉動有施予預壓之滾珠螺桿時，產生之預壓扭矩的用語如圖2-2.3所示。而預壓扭矩變動率的容許範圍大致上是以JIS規格為基準，如表2-2.4 所示。

圖2-2.3

用語之意義

(1) 預壓
為消除螺桿的間隙增大螺桿之剛性而將1 組大1 號的鋼珠填入螺帽內，或者使用在螺桿軸方向相互施予位移的兩個螺帽而產生的螺桿內部作用力

(2) 預壓動扭矩
依所訂之預壓加諸於滾珠螺桿後，在外部無負載的狀態下，連續轉動螺桿軸或螺帽所需之動扭矩謂之

(3) 基準扭矩
做為目標所設定的預壓動扭矩圖2-2.3

(4) 扭矩變動值
做為目標所設定的預壓動扭矩的變動值。取相對於基準扭矩的正或負值

(5) 扭矩變動率
相對於基準扭矩的變動值比率

(6) 實扭矩
滾珠螺桿的實測預壓動扭矩

(7) 平均實扭矩
螺紋部有效長度內；使螺帽做往復運動所測得之實扭矩的最大與最小值的算術平均數

(8) 實扭矩的變動值
螺紋部有效長度內；使螺帽做往復運動所測得之最大變動值，最小值取相對於實扭矩的正或負值

(9) 實扭矩變動率
相對於平均實扭矩的實扭矩的變動值比率

基準扭矩 kgf.cm		有效螺桿長度 mm
		4000以下								4000以上10000以下
		細長比1:40以下				細長比1:40~1:60				-
		等級				等級				等級
超過	以下	C0	C1	C2、C3	C5	C0	C1	C2、C3	C5	C1	C2、C3	C5
2	4	±35%	±40%	±45%	±55%	±45%	±45%	±55%	±65%	-	-	-
4	6	±25%	±30%	±35%	±45%	±38%	±38%	±45%	±50%	-	-	-
6	10	±20%	±25%	±30%	±35%	±30%	±30%	±35%	±40%	-	±40%	±45%
10	25	±15%	±20%	±25%	±30%	±25%	±25%	±30%	±35%	-	±35%	±40%
25	63	±20%	±15%	±20%	±25%	±20%	±20%	±25%	±30%	-	±30%	±35%
63	100	-	-	±15%	±20%	-	-	±20%	±25%	-	±25%	±30%

表2-2.4

備註：1.細長比是以螺桿軸的螺紋部長度(mm)除螺桿軸外徑所得的值謂之。

HEADWAY 滾珠螺桿之軸方向間隙及預壓等級表示方法

等級	PO	P1	P2	P3	P4
間隙	有	無	無	無	無
預壓	無	無	輕	中	重

預壓力計算

1.不附刮刷器。
2.螺桿轉速為100rpm。
3.潤滑油黏度系數溫度在40℃時為61.2~74.8cSt(mm/s)，這是ISOK2001 規範。
4.迴流管向上。

基準扭矩 Tρ 的算出

預壓滾珠螺桿的基準扭矩 Tρ(kgf.cm) 的計算式如下所示。

Tρ = 0.05 (tanβ)^-0.5‧

\frac{Fao ‧ 𝓵}{2π}

在此， FAO = 預壓負荷(kgf)

β = 導程角

𝓵 = 導程(cm)

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