注塑复印成型法在梯形丝杠与螺母配合中的应用

张晓璐 吴晓亮

（汉川机床集团有限公司，陕西汉中 723003）

现有梯形丝杠与丝杠螺母的配合精度主要依靠丝杠和丝杠螺母的加工精度。但在加工中，丝杠的加工较丝杠螺母简单，主要以先车削后磨削的工艺过程来实现;而丝杠螺母为内螺纹牙，一般采用先车（或镗孔）后研合的工艺过程来实现，无法采用磨削处理，很难得到很好的研合度——在实际生产中一般只能达到40%左右的研合度，且加工和研合完后的丝杠和丝杠螺母会产生较大的传动间隙，会形成较大的回程误差（即反向间隙）。在传动过程中丝杠与丝杠螺母也很难实现较好的同轴度，这就致使丝杠和丝杠螺母形成带有一定偏心的传动关系，对于精度要求较高的机械传动是无法适用的。为得到较高的传动精度，就必须采用高精度的加工设备和加工工艺，这使我们不得不面对高额的加工成本，这对于小批量及单件加工都是很不适用的。而现有的梯形丝杠螺母大都采用钢套内铸铜芯结构，以提高丝杠螺母的耐磨性和进给速度。但丝杠螺母的内螺纹牙部为铸铜材料，不能发挥钢套中钢材料的高刚性和高强度优势，可以说是“熊掌与鱼不可兼得”。

1 解决方法

为了使梯形丝杠与螺母在配合中具有像铸铜一样耐磨，快速进给，又要发挥钢套中钢材料的高刚性和高强度，同时又要具有高研合度、小的回程间隙误差和高的同轴度等性能，我们采用注塑复印成型法来实现梯形丝杠与螺母的高精度配合。具体实施方法如图1。

在实施注塑复印成型法来实现梯形丝杠与丝杠螺母的配合时，需要先加工一件所需精度的丝杠和一件大致加工出齿形的钢螺母（螺母与丝杠之间确保有1 mm空隙用于注入减摩涂层胶，且螺纹面要求Ra12.5 μm的粗糙度即可）。值得注意的是:需提前在丝杠螺纹面涂上脱模胶，然后用支架将丝杠与丝杠螺母按其装配位置固定，再将减摩涂层胶通过注胶孔注人丝杠与丝杠螺母之间的间隙，待减摩涂层胶凝固24 h后取掉密封橡胶即实现我们所需要的丝杠螺母了。

采用注塑复印成型法实现的梯形丝杠螺母副具有研合度高于60%的特点，因此采用注塑复印成型法实现的梯形丝杠螺母副正反双向受力均匀，承载力较大，工作性能平稳。采用注塑复印成型法实现的梯形丝杠螺母副的内圈注有减摩涂层胶，因此其耐磨性能较一般梯形丝杠螺母副好（较滚珠丝杠副差），同时采用注塑复印成型法实现的梯形丝杠螺母副还保留了一般梯形丝杠螺母副的自锁性，在可靠性能方面又比滚珠丝杠副要好。在追求现代工业绿色环保可再生方面，这种注塑复印成型法实现的梯形丝杠螺母副也具有很好的优势。因为采用注塑复印成型法实现的梯形丝杠螺母副的内圈注有减摩涂层胶，在需要更换因磨损而报废的梯形丝杠螺母时，我们可以将原有减摩涂层胶去除后再次实施注塑复印成型法来实现梯形丝杠与螺母的配合，而不需要重新加工一件梯形丝杠螺母，即可实现节工省料的效果，对于现场返修这种方法就更适用。如果我们现有的梯形丝杠螺母副均采用这种方法来实施，那将为社会节约至少50%的功耗和能耗，也是为我们创造的一大笔财富。

2 设计与验算

采用注塑复印成型法实现的梯形丝杠螺母副还具有高精度方面的优势。我们选用注塑可赛新TS316减摩涂层，其特点为中粘度，立面不流淌，具有优异的耐磨性，防爬行性能优良，适合复印成型法的减摩涂层。其机械性能如表1所示。现以图2所示梯形螺纹齿面受力来分析本实施方法的精度性能。

这里以T611系列机床用梯形丝杠T44×16/2－9为例，其分度圆直径D=44 mm，螺距T=8 mm，导程P=16 mm，压力角 α=15°，最高转速Nmax=112 r/min，可承受轴向力Ft=8 000 N，丝杠的许用速度［v］为1.5～6 m/s，丝杠的最高线速度为

该丝杠满足使用要求。

（1）分析梯形齿面受力

由图2可知:

（2）校核梯形齿面抗压能力

齿面接触宽度b=9 mm，丝杠螺母螺旋圈数n=15圈，其受力面积S为

梯形齿面承受压力为

由表1可知其抗压强度远小于涂层抗压强度98 MPa，因此满足使用要求。

（3）校核其使用寿命

由表1可知其磨损率μ=1．42×10－8mm3/N·m，假设允许磨损0．03 mm厚（9级梯形丝杠螺距误差为0．13 mm），由磨损公式计算可连续运行时间t为

即其在满负荷24 h工作状态下可连续运行213.5天，大概7个月左右，而在同等使用条件下，我厂现有梯形丝杠螺母副通常使用寿命一般仅为3个月左右，因此满足设计使用要求。

表1 TS316涂层材料主要机械性能

3 结语

通过上述在梯形丝杠螺母副的配合中采用注塑复印成型法的设计和验算，我们不难发现用注塑复印成型法在梯形丝杠螺母副的配合中不仅研合度高，精度高，而且加工工艺简单，真正实现节工省料、绿色环保的效果。

［1］吴宗泽．机械设计师手册（上册）［M］．北京:机械工业出版社，2002．

［2］JB2886－1992．机床梯形螺纹丝杠、螺母技术条件［S］．机械电子工业部，1992－7－1．