​恒立佳创：滚珠丝杠

数控机床的发展对进给和驱动系统提出了无爬行、无间隙的严苛要求，低摩擦的传动和导向部件成为技术关键。滚动导轨与滚珠丝杠系统正是这一需求的产物 —— 滚珠丝杠可视为将滚动导轨螺旋展开在丝杠上的结构，与所有螺旋副系统一样，用于将旋转运动转换为直线运动（或反之），广泛应用于进给驱动装置和测量仪器的运动轴系。前文已构建 “结构优化 + 密封防护 + 润滑协同 + 多类型防护” 的全维度体系，本文进一步补充滚珠丝杠的结构特性、钢珠循环设计、预紧技术及替代方案，完善高速机床进给系统的传动精度保障体系。

一、滚珠丝杠系统的关键优势与技术特性

滚珠丝杠系统凭借滚动摩擦的先天优势，成为高速机床进给传动的关键选择，关键特性如下：

传动效率高：滚动摩擦设计使其传动效率比较高可达 95%，远优于传统滑动丝杠，契合高效节能需求；

运行稳定性强：完全消除爬行现象，保障进给系统运动平顺性，满足高速机床的平稳运行要求；

使用寿命长：正确选型后磨损极微，配合密封与润滑防护，可实现长期稳定运行；

无间隙传动：支持预紧设计，能彻底消除反向间隙，保障定位精度；

轴向刚度足：具备足够的轴向刚性，可承受高速加工中的载荷冲击，维持传动精度；

局限性：阻尼特性较差，高速运转时钢珠循环运动易导致螺母与丝杠温升，需针对性优化。

二、滚珠丝杠的钢珠循环设计：结构类型与性能影响

钢珠循环通道是滚珠丝杠的关键结构，直接影响高速运行时的噪声、温升与磨损，常见设计类型如下：

全程式循环设计：在螺母全长范围内设置钢珠回流通道（图 5.256），通过优化转向器结构，使钢珠沿切线方向进出承载螺纹区，保障滚动连续性。但高速工况下仍不可避免产生钢珠冲击噪声，转向器的几何造型与材料选择，直接决定系统高速运行时的噪声水平、温升及螺母磨损程度；

间隔式循环设计：螺母上每隔 1-2 圈螺纹设置回流通道，结构紧凑，适配空间受限场景。但过多的进出通道会破坏滚动连续性，导致摩擦系数增大、磨损加剧及运行噪声上升，需在结构紧凑性与运行稳定性间平衡。

三、预紧技术：无间隙与高刚性的关键保障

为满足高速机床对高刚性和无反向间隙的需求，滚珠丝杠系统需通过预紧技术实现性能提升，主要分为两种预紧方式：

1. 双螺母预紧（分体式螺母）

采用两半式螺母结构，通过精校准隔圈控制两半螺母的分离或压紧距离，使系统处于拉伸或压缩应力状态（图 5.257 上半部分）。该方式预紧效果稳定，能有效保障无间隙传动与高刚性，适用于对精度要求极高的场景，但结构相对复杂，占用空间较大。

2. 单体螺母预紧

分为两点接触与四点接触两种类型（图 5.257 下半部分）：

两点接触预紧：通过螺母中段的导程突跳实现预紧，结构紧凑，安装便捷；

四点接触预紧：与双螺母结构类似，通过精确选配钢珠直径实现丝杠与螺母间的预紧。单体螺母能特别提升滚珠传动系统的综合性能，包括高刚性、优异旋转特性、出色偏摆精度及紧凑轻量化结构，但四点接触式螺母存在微分滑移现象，易导致磨损加剧和精度过早丧失。

预紧设计需注意：根据主要外部载荷方向，确定系统承受拉伸或压缩应力；确保外部载荷作用下仍能维持规定的较小预紧力，保障系统始终保持高刚性。此外，较长的丝杠易成为静力学和动力学薄弱环节，通常采用两端轴向轴承预紧的安装方式提升系统刚性。

四、高刚性替代方案：行星滚柱丝杠传动机构

当对系统刚性要求极高而运行速度要求不高时，行星滚柱丝杠（图 5.258）可作为滚珠丝杠的替代方案，其关键特性如下：

结构设计：在螺母与丝杠之间设置行星滚柱组，滚柱两端加工有小齿轮，与螺母端部的内齿圈啮合，使螺纹滚柱在螺母与丝杠间作纯滚动运动；

预紧方式：同样采用分体式螺母结构，两半螺母间通过精密垫片保持间距，垫片厚度直接决定预紧力大小；

优势与局限：刚性特别高于滚珠丝杠，适用于重载、高刚性需求场景；但滚动接触面和滑动接触面较大，摩擦损耗更高，易产生温升问题，不适用于高速运行场景。

五、全维度精度优化体系的传动模块整合

结合前文的结构优化、密封防护、润滑协同、多类型防护装置，以及本次补充的滚珠丝杠传动技术，形成高速机床进给系统的 “传动 - 导向 - 防护 - 控制” 全维度精度优化体系，其中传动模块的关键整合逻辑如下：

关键传动选型：常规高速、高精度场景优先选用滚珠丝杠，通过全程式循环设计 + 双螺母预紧，平衡运行速度、精度与稳定性；空间受限场景可选用间隔式循环单体螺母，但需容忍一定噪声与磨损；

高刚性场景适配：重载、低速度、高刚性需求场景，选用行星滚柱丝杠，通过分体式螺母预紧保障无间隙传动；

协同优化：滚珠丝杠的钢珠循环设计需与润滑系统协同，选用长效润滑脂减少冲击磨损；预紧力设置需匹配导轨刚性（如 DB 结构导轨），避免应力叠加导致精度偏差；密封防护需覆盖丝杠与螺母区域，防止污染物侵入影响预紧效果与滚动连续性。

六、总结：传动技术与系统优化的协同逻辑

滚珠丝杠及行星滚柱丝杠的技术选型，关键是 “工况需求与性能匹配”：高速、高精度、通用场景优先滚珠丝杠，通过预紧技术与循环设计优化，实现无间隙、低摩擦传动；重载、高刚性、低速度场景选用行星滚柱丝杠，舍弃部分速度换取特别刚性。

该传动技术模块与前文的全维度体系深度协同，从传动精度、导向稳定性、污染阻隔、润滑保障等多维度，多方面满足高速机床无爬行、无间隙的关键需求，为航空航天、汽车制造等行业的高速高精度加工提供坚实支撑，助力机床制造领域应对加工速度与精度提升的双重挑战。

（恒立佳创是恒立集团在上海成立的一站式客户解决方案中心，旨在为客户提供恒立全球12个生产制造基地生产的液压元件、气动元件、导轨丝杆、密封件、电驱电控、精密铸件、无缝钢管、传动控制与系统集成等全系列产品的技术支持与销售服务。）