滚珠丝杠副轴向静刚度测试台机械结构设计(4)
超大导程滚珠丝杠副 d0≥16mm 12 d0≤Ph≤dn φ>17°
重型滚珠丝杠副 d0≥125mm
1.3 国内外研究现状
滚珠丝杠副的轴向静刚度反映了滚珠丝杠副抵抗变形的能力，定义为轴向负
荷作用方向产生1um的弹性变形所需要的力(N)。对于各类精密机床，仪表，数控
机床来说，滚珠丝杠副的轴向静刚度是保证定位精度，获得与控制指令一致的动
作、微量进给的灵敏度、优良的随动性能的关键因素之一[9]
。
国外对滚珠丝杠副轴向静刚度做了很多研究，其中人们关注最多的是滚珠与
螺母和丝杠接触区域满足赫兹接触条件下的接触刚度，后来逐步将丝杠和螺母的
轴向静刚度纳入影响因素，并建立了滚珠丝杠副轴向静刚度的简化计算公式。最
新的滚珠丝杠副轴向静刚度标准IS03408-4：2006对滚珠丝杠副的轴向静刚度进
行了详细的定义并给出工程实用的滚珠丝杠副轴向静刚度的计算方法。NSK公司
还专门研制了滚珠丝杠副轴向静刚度测量机，其原理示意[9]如图1-3所示：
1、3一力传感器；2一滚珠丝杠；4一滚珠螺母；5一麻变仪：
6-x—Y记录仪；7一输入放大器；8、9一电子测量仪(同定在螺母上)
图1.3 滚珠丝杠副轴向静刚度测量机
该测量机由轴向加载与弹性变形测微系统及数据处理和自动记录仪等组成。
采用一对同步驱动的精密滚珠丝杠副来加载，由于滚珠丝杠副具有传动的同步性，
能使外加负载通过被测丝杠的轴心线，从而保证了测量的准确性。我国许多学者
对滚珠丝杠副的轴向接触刚度进行了广泛而深入的研究，如吉林大学吴长宏[10]
深入分析了滚珠丝杠副轴向接触刚度的影响因素，并建立了滚珠丝杠副轴向接触
刚度的有限元模型。华中理工大学靳谦忠等对滚珠丝杠副和行星式滚柱丝杠副的
静刚度进行了比较[11]
。山东大学姜洪奎博士建立了考虑螺旋滚道升角的滚珠丝
杠副接触刚度模型[12]
。
通过调研我国滚珠丝杠副制造企业发现，大部分企业对滚珠丝杠副轴向静刚
度的了解并不多，滚珠丝杠副的轴向静刚度也一直没有被纳入滚珠丝杠副的检验
标准之中。原因之一：上述对轴向接触刚度的理论分析过于复杂，涉及数值分析
与计算，不适宜在工程实际中运用；原因之二：到目前为止我国还没有滚珠丝杠
副轴向静刚度的专用测试设备，所以阻碍了企业对滚珠丝杠副轴向静刚度的研究。
在实际生产中，一般会选择采用增大轴向预紧力的方法来增大轴向静刚度，但是
对预紧力大小对滚珠丝杠副轴向静刚度的影响并没有确切的实验数据，往往靠经
验来确定。2009年1月1日，我国正式实施中华人民共和国国家标准GB／T
17587．4-2008滚珠丝杠副第4部分：轴向静刚度[13]
，可见我国的研究者对滚珠
丝杠副轴向静刚度越来越重视，但是，同时我们也看到GB／T17587．4-2008基本
照搬国际标准IS03408—4：2006，对我国自主设计研发的产品的适用性还有待进
一步探讨。
1.4 本章小结
本章首先介绍了本次毕业设计研究课题的背景和来源：滚珠丝杠副是将回转
运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。因优良的摩
擦特性使其广泛的运用于各种工业设备、精密仪器以及精密数控机床。随着滚珠
丝杠副向高速、高精度方向发展，对其刚度特性提出了越来越高的要求。研究滚