滚珠丝杠副减速机构及故障分析

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：除滚珠丝杠副与伺服电动机通过联轴器直连的进给传动结构外，为使数控机床适应不同的加工场合和满足半精加工、精加工的要求等，还经常在滚珠丝杠副和伺服电动机之间增加一级或多级减速机构。伺服电动机上的齿轮1通过偏心轴套2装到减速机构的壳体上，转动偏心轴套2可调整两齿轮的中心距，从而消除齿侧间隙。

除滚珠丝杠副与伺服电动机通过联轴器直连的进给传动结构外，为使数控机床适应不同的加工场合和满足半精加工、精加工的要求等，还经常在滚珠丝杠副和伺服电动机之间增加一级或多级减速机构（如齿轮副或同步带传动）。

1.齿轮减速机构及故障

齿轮减速机构（见图5-61）在数控机床进给传动系统中应用非常广泛，其目的有两个：一是将高转速低转矩伺服电动机的输出改变为低转速大转矩的执行件的输入；二是使滚珠丝杠副和工作台的转动惯量在系统中占有较小的比重。

图5-61 CK168卧式数控车床纵向进给机构

（1）齿轮副齿侧间隙的消除齿轮减速机构在使用过程中，齿侧间隙易使反向进给滞后于指令信号，形成反向死区而影响传动链的传动精度和系统稳定性。因此，为提高进给系统的传动精度，必须在结构上采取相应的措施，以减小或消除齿轮副齿侧间隙。

1）直齿圆柱齿轮传动间隙的消除。

①偏心轴套刚性调整法（见图5-62）。伺服电动机上的齿轮1通过偏心轴套2装到减速机构的壳体上，转动偏心轴套2可调整两齿轮的中心距，从而消除齿侧间隙。该方法可传递较大转矩，仅能补偿齿厚误差与中心距误差引起的齿侧间隙，不能补偿偏心误差引起的齿侧间隙，且调整后的齿侧间隙不能自动进行补偿。

②双齿轮错齿式柔性调整法（见图5-63）。两个可相对回转的具有相同齿数的薄片齿轮1和2套装在一起，与另一个宽齿轮相啮合；凸耳3和8分别装在薄片齿轮2的端面上；弹簧4的两端分别钩住凸耳3和螺钉7；通过螺母5调节弹簧4的拉力，调节完后螺母6锁紧；弹簧的拉力使薄片齿轮错位，即两个薄片齿轮的左、右齿面分别贴在宽齿轮齿槽的左、右齿面上，从而消除齿侧间隙。该调整结构较复杂，不宜传递大转矩，对齿轮的齿厚和齿距要求较低，但可始终保持啮合无间隙。

2）斜齿圆柱齿轮传动间隙的消除。

①斜齿轮轴向垫片刚性调整法（见图5-64）。两个由平键和轴连接在一起，不能相对转动的带有锥度的相同薄片齿轮1和2与宽齿轮3相啮合。薄片齿轮1和2之间装入厚度为t的调整垫片4，当其厚度增加或减少Δ=t/cotβ（Δ为齿侧间隙，β为宽齿轮3的螺旋角）时，薄片齿轮2沿轴向位移，从而消除两齿轮的齿侧间隙。该调整方法稍复杂，可调垫片需反复修磨方能调好，不能自动补偿齿侧间隙。

②轴向压簧柔性调整法（见图5-65）。该消隙结构的原理与轴向垫片刚性调整法相似。调节碟形弹簧3，使薄片齿轮1和2的双螺旋线错位，其左、右两齿面分别与宽齿轮6的两齿面贴紧，以消除齿侧间隙。该调整方法能够随时自动补偿齿侧齿隙，但压力大小要合适，过大会加快齿轮磨损、降低使用寿命，过小则不能消除间隙。该方法多用于负载小、要求自动补偿间隙的场合。

图5-62 偏心轴套刚性调整法

1—齿轮 2—偏心轴套 3—齿轮

图5-63 双齿轮错齿式柔性调整法

1、2—薄片齿轮 3、8—凸耳 4—弹簧 5—调节螺母 6—锁紧螺母 7—螺钉

图5-64 斜齿轮轴向垫片刚性调整法

1、2—薄片齿轮 3—宽齿轮 4—调整垫片

图5-65 轴向压簧柔性调整法

1、2—薄片齿轮 3—碟形弹簧 4—压板 5—紧固螺母 6—宽齿轮

3）锥齿轮传动间隙的消除。

①周向压簧调整法（见图5-66）。将大锥齿轮加工成外圈1和内圈2两部分，外圈1上开三个圆弧槽8，内圈2的端面带三个凸爪4并套装在圆弧槽8内。弹簧6的两端分别顶在凸爪4和镶块7上，使锥齿轮外圈1和内圈2的锥齿错位并与小圆锥齿轮3啮合，从而消除齿侧间隙。螺钉5起相对固定内、外锥齿圈的作用，间隙调节完后即可卸掉。

②轴向压簧调整法（见图5-67）。锥齿轮1在压簧3的作用力下，沿轴5轴向移动，从而消除锥齿轮1、2之间的齿侧间隙。

（2）齿轮减速机构的故障数控机床齿轮减速机构中的传动齿轮，一般应具有足够的齿根弯曲疲劳强度，以免齿根折断；具有足够的齿面接触疲劳强度，以免齿面点蚀；高速重载工况下的传动齿轮，还应具有较强的齿面抗胶合能力。伴随着数控机床长时间高负荷的运转，受润滑不良和传动间隙等因素的影响，传动齿轮的轮齿易失效。常见的失效形式有轮齿折断、齿面疲劳、齿面胶合、齿面磨损、塑性变形及其他损伤等。因齿轮的其他部分通常是经验设计的，其尺寸对于强度和刚度而言均较大，实践中也极少失效。

图5-66 锥齿轮的周向压簧调整法

1—锥齿轮外圈 2—锥齿轮内圈 3—小圆锥齿轮 4—凸爪 5—螺钉 6—弹簧 7—镶块 8—圆弧槽

图5-67 锥齿轮的轴向压簧调整法

1、2—锥齿轮 3—压簧 4—调节螺母 5—轴

（3）齿轮润滑润滑对于齿轮传动的工作能力有着很大的影响，正确的润滑可提高齿轮的承载能力、减少齿轮失效、延长齿轮寿命及提高齿轮传动效率。数控机床常采用油液浸泡润滑、全损耗型润滑和锂基润滑脂润滑等方式对传动齿轮进行润滑。在改善齿轮润滑条件的同时，也可对齿轮进行渗流处理，以提高其耐磨性、防止齿轮胶合等现象发生；进行磷化处理、镀铜或镀锡等表面处理，以防止早期磨损等。

2.同步带减速机构及故障

由于同步带综合了带传动和链传动的优点，它与齿轮减速机构相比，具有结构更简单、安装调整更方便、传动平稳且可满足大负荷切削要求等特点，故同步带结构在数控机床主轴传动中被采用的同时，也在进给传动系统中被广泛应用（见图5-68）。同步带及同步带轮损伤的原因及对策，可参见第4.2.2节中“同步齿形带传动及故障”。

滚珠丝杠副减速机构及故障分析

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