摘  要：滾珠絲杠是工業(yè)自動(dòng)化傳動(dòng)中的關(guān)鍵部件，能有效提高傳動(dòng)效率，提升定位精度，節(jié)省操作時(shí)間。本文從應(yīng)用角度出發(fā)，對(duì)滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，對(duì)滾珠絲杠的一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了說(shuō)明，并充分考慮客戶的實(shí)際要求，對(duì)滾珠絲杠選型各要件進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算和分析，并選配了高性價(jià)比滿足使用要求的滾珠絲杠。

 

    關(guān)鍵詞：柔性化，定位精度，直線運(yùn)動(dòng)，額定靜負(fù)荷

 

    隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)的工業(yè)自動(dòng)化程度提高，客戶對(duì)自動(dòng)化、高效率和高精度傳動(dòng)的要求越來(lái)越多。很多傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式已不適合當(dāng)前產(chǎn)業(yè)的需要，滾珠絲杠這種高精度的傳動(dòng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的需求越來(lái)越大。滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。

傳統(tǒng)制藥行業(yè)壓片機(jī)上調(diào)整藥片壓模的間隙基本為手動(dòng)操作，調(diào)整精度差，效率低，嚴(yán)重制約了制藥廠的生產(chǎn)產(chǎn)能，客戶更改該結(jié)構(gòu)的意愿非常強(qiáng)烈。對(duì)于設(shè)計(jì)工程師而言，如何選配合適的定位精度，選配高性價(jià)比的滾珠絲杠，是一項(xiàng)非常重要并且勢(shì)在必行的工作。

 

    （I） 運(yùn)動(dòng)方向：垂直方向

    （Ⅱ）負(fù)載大小F：無(wú)外加壓力狀況：20-30KG

                    外加壓力大�。�1000KG

    （Ⅲ）運(yùn)行速度Nm：勻速運(yùn)行，10rpm

    （Ⅳ）絲杠導(dǎo)程P：5mm

    （Ⅴ）精度要求E：50mm內(nèi)累積偏差＜0.02mm

    （Ⅵ）有效行程L：120mm

 

    客戶之前結(jié)構(gòu)主要采用手動(dòng)方式進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)和定位。

    機(jī)構(gòu)的工作原理：在蝸桿的一端裝有手輪，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，再由蝸桿帶動(dòng)斜齒輪，該斜齒輪在軸向上下兩端被限制住，只能作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且同螺母聯(lián)為一體，通過(guò)斜齒輪和螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)直徑為M22mm的升降桿作上升或下降的直線運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)到要求的工藝位置后，升降桿就停止不動(dòng)了，壓藥動(dòng)作開(kāi)始進(jìn)行，壓藥運(yùn)行期間，壓輪的最大壓力為1噸。而當(dāng)壓藥品種需要更換時(shí)，再手動(dòng)調(diào)節(jié)升降桿上升或向下做直線運(yùn)動(dòng)到另一工位。

    從運(yùn)動(dòng)機(jī)理上分析，該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能滿足使用要求。但不足之處也非常明顯：

    （1）靠人工來(lái)調(diào)整上升或下降距離，自動(dòng)化程度很低。

    （2）外協(xié)加工的升降桿與斜齒輪為非標(biāo)產(chǎn)品，制造精度難以保證。

    （3）工作效率低。因藥片本體比較小，要求的厚薄精度比較高，只能通過(guò)多次的試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

    基于以上存在不足，客戶期望提升設(shè)備檔次，操作更加靈活快捷，達(dá)到以下要求：

    （1）提升設(shè)備的柔性生產(chǎn)能力，快速應(yīng)對(duì)不同規(guī)格的藥片生產(chǎn)。

    （2）提高調(diào)整效率，減少試驗(yàn)次數(shù)，提高成功率。

    （3）定位精度要求≤0.02mm

 

    針對(duì)客戶的改進(jìn)要求，客戶對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整：擯棄手動(dòng)操作裝置，改為完全自動(dòng)化操作和控制的裝置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更精確的定位要求。為此，客戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析：改進(jìn)后通過(guò)伺服電機(jī)11帶動(dòng)連接間15，再通過(guò)鍵與螺母3的連接，帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺母沿軸向被限位，不能作直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滾珠絲杠8作直線運(yùn)動(dòng)。進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)滾輪與壓板的間隙，控制藥片厚薄的目的。

    以上結(jié)構(gòu)的好處也非常明顯：

    （1）通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)，代替手動(dòng)搖輪，操作簡(jiǎn)單方便，自動(dòng)化程度得到提升。

    （2）通過(guò)選用高精度滾珠絲杠，達(dá)到更高的傳動(dòng)精度。

    （3）應(yīng)對(duì)不同的藥片，可比較快捷達(dá)到生產(chǎn)要求，柔性化得到加強(qiáng)。

    結(jié)構(gòu)改進(jìn)的主要難點(diǎn)在于：

    （1）裝配絲杠的空間比較狹小。

    （2）不同于傳統(tǒng)的絲杠旋轉(zhuǎn)，螺母作直線運(yùn)動(dòng)；客戶要求螺母旋轉(zhuǎn)，絲杠作直線運(yùn)動(dòng)。

 

    1、基本額定靜負(fù)荷C0定義

    即絲杠軸向靜止的負(fù)荷，是指絲杠承受絲杠溝槽與鋼珠接觸點(diǎn)（即螺母與絲杠軸）的永久變形量和鋼珠本身的永久變形量的總和達(dá)到鋼珠直徑的0.01%時(shí)的最大軸向力。此負(fù)荷值即為基本額定靜負(fù)荷。

    2、受力分析

    無(wú)外力狀況時(shí)，軸向負(fù)載為30KG，即30kgf

    施加外力時(shí)，軸向負(fù)載為1噸，即1000kgf

    考慮到設(shè)備實(shí)際工作狀況，滾珠絲杠在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（即調(diào)節(jié)間隙大小時(shí)）只受負(fù)載平臺(tái)自身重力作用，該重量非常小，可不用考慮。施加外力時(shí)，因外力較大，需重點(diǎn)考慮，此時(shí)絲杠處于靜止?fàn)顟B(tài)，因而我們參考滾珠絲杠的額定靜負(fù)荷值即可。

    3、螺帽形式的選定

    對(duì)應(yīng)施加1000kgf外力工況，參考滾珠絲杠樣本，可查到對(duì)應(yīng)直徑25mm，導(dǎo)程5mm，鋼珠回流圈數(shù)4，滾珠絲杠的額定靜負(fù)荷值為4100kgf。如圖表1中的數(shù)據(jù)所示。

圖1

    C0=4100kgf  Cj=1000kgf 

    C0＞Cj

    由此，初步可選R25-5T4系列滾珠絲杠。

    因滾珠絲杠僅在靜態(tài)時(shí)受力，只要受力大小有一定的安全余量即可滿足要求，該安全余量S推薦選3倍以上。根據(jù)以下公式進(jìn)行核算：

   S=

   帶入相應(yīng)數(shù)據(jù)，有：

   S= = =4.1＞3

   故R25-5T4系列滾珠絲杠滿足預(yù)期使用要求。

  

    客戶在滾珠絲杠軸向運(yùn)動(dòng)的調(diào)整距離比較小，不超過(guò)120mm，同時(shí)考慮螺母自身的長(zhǎng)度，客戶絲杠長(zhǎng)度選為183mm。

      滾珠絲杠的精度可根據(jù)圖表2中的數(shù)據(jù)來(lái)確定。

圖2

    客戶的有效行程在120mm以內(nèi)，要求的累積導(dǎo)程偏差在0.02mm以內(nèi)。根據(jù)以上表格，選取精度等級(jí)C4即可滿足使用要求。

 

    綜上核算及精度確認(rèn)，根據(jù)中達(dá)滾珠絲杠型號(hào)編碼規(guī)則，最終滾珠絲杠的型號(hào)確定為：R25-5T4-FSI-183-183-C4。

 

    在此次藥片機(jī)的機(jī)構(gòu)升級(jí)改進(jìn)項(xiàng)目中，主要協(xié)助客戶對(duì)原手動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了自動(dòng)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了客戶的預(yù)期要求；同時(shí)對(duì)滾珠絲杠的選型、計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)分析，選擇了合適的產(chǎn)品。通過(guò)此次結(jié)構(gòu)改型成功，客戶在后續(xù)的常規(guī)機(jī)型上，將參考本案全部更換為滾珠絲杠傳動(dòng)的自動(dòng)化操作結(jié)構(gòu)。

相信隨著國(guó)內(nèi)自動(dòng)化水平的提高，滾珠絲杠這種高端傳動(dòng)產(chǎn)品將會(huì)被越來(lái)越多的應(yīng)用到各行業(yè)，進(jìn)一步滿足客戶對(duì)高速、高精的需求。

 

    [1] 滾珠絲杠的選擇與應(yīng)用--《現(xiàn)代零部件》         2004年Z2期

    [2] 高速滾珠絲杠副綜合性能測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用   網(wǎng)絡(luò)百度文庫(kù)  2010.5.22