傳動(dòng)效率與滾珠絲杠副的摩擦力矩、磨損及精度保持性存在密切聯(lián)系。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率越高，代表傳動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦力矩和摩擦熱越小，由摩擦力矩導(dǎo)致的磨損越小，精度保持性越高。

1、關(guān)于滾珠絲杠副傳動(dòng)效率影響因素通過(guò)試驗(yàn)得到了不同預(yù)緊力下滾珠絲杠副的靜態(tài)摩擦因數(shù)約為0.003的結(jié)論，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同負(fù)載下滾珠絲杠副的摩擦因數(shù)的變化為0.0032～0.0045，負(fù)載和轉(zhuǎn)速對(duì)滾珠絲杠副的摩擦因數(shù)的影響情況。

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)影響傳動(dòng)效率的主要因素為負(fù)載、轉(zhuǎn)速及潤(rùn)滑黏度，①負(fù)載、轉(zhuǎn)速和潤(rùn)滑黏度對(duì)傳動(dòng)效率均有影響；②隨著負(fù)載的增加，傳動(dòng)效率上升；同一負(fù)載下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，傳動(dòng)效率出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)；潤(rùn)滑劑黏度越高，傳動(dòng)效率隨轉(zhuǎn)速變化的曲線(xiàn)越陡，整體傳動(dòng)效率越低；使用高黏度潤(rùn)滑脂的傳動(dòng)效率更低，在低速時(shí)隨轉(zhuǎn)速增加，傳動(dòng)效率“先上升后下降”的現(xiàn)象更明顯；③隨著負(fù)載增加，不同轉(zhuǎn)速下的傳動(dòng)效率差異逐漸減??；隨著轉(zhuǎn)速增加，不同負(fù)載下的傳動(dòng)效率差異逐漸增大。

2 傳動(dòng)效率影響因素分析

傳動(dòng)效率的計(jì)算公式為

式中，Fa是滾珠絲杠副負(fù)載（N），L是滾珠絲杠副導(dǎo)程（mm），M_c和M_f分別為承載力矩和摩擦力矩（N·m），f是當(dāng)量摩擦因數(shù)，表示滾珠絲杠副接觸面上各種摩擦合成的摩擦力與接觸載荷的比值，r_m是絲杠名義半徑（mm），r_b是滾珠半徑（mm），α₀是初始接觸角（°）。

通過(guò)式（1）可知，傳動(dòng)效率為負(fù)載和輸入力矩的比值和導(dǎo)程L與2π之比的乘積，而輸入力矩由承載力矩M_c與摩擦力矩M_f組成，其中承載力矩M_c是有效力矩，與負(fù)載直接聯(lián)系，而摩擦力矩M_f是能量損耗的來(lái)源，因此摩擦力矩影響因素即為傳動(dòng)效率影響因素，且這些因素是通過(guò)影響當(dāng)量摩擦因數(shù)f進(jìn)而影響到摩擦力矩M_f。

圖1為stribeck曲線(xiàn)，可以表示滾珠絲杠副接觸面當(dāng)量摩擦因數(shù)的變化情況?？梢钥闯觯瑵L珠絲杠副的當(dāng)量摩擦因數(shù)隨著潤(rùn)滑系數(shù)的變化而變化，而stribeck潤(rùn)滑系數(shù)是由負(fù)載對(duì)應(yīng)應(yīng)力P、速度V及潤(rùn)滑黏度m組成，因此認(rèn)為負(fù)載、轉(zhuǎn)速及潤(rùn)滑黏度是滾珠絲杠副傳動(dòng)效率的主要影響因素。

圖1? stribeck曲線(xiàn)示意

2.1 負(fù)載

負(fù)載影響滾珠絲杠副接觸面的當(dāng)量摩擦因數(shù)。如圖2所示，當(dāng)螺母承受負(fù)載時(shí)，螺母的軸向載荷由螺母內(nèi)各滾珠受到的接觸載荷軸向分量之和來(lái)平衡，假設(shè)各滾珠受載均勻，可得到如下關(guān)系式

式中，N是一個(gè)螺母內(nèi)承受載荷的滾珠數(shù)量，Q是滾珠與滾道接觸產(chǎn)生的法向接觸載荷（N），??是螺旋角（°）。為簡(jiǎn)化計(jì)算，通常將接觸角α近似為初始接觸角，因此，在不同負(fù)載下各滾珠受到的法向接觸載荷Q不同，則接觸面的應(yīng)力P發(fā)生變化。因此負(fù)載是通過(guò)影響接觸面法向應(yīng)力來(lái)改變當(dāng)量摩擦因數(shù)的。

圖2? 滾珠絲杠副受力示意

2.2 轉(zhuǎn)速

隨著轉(zhuǎn)速n的變化，滾珠與滾道接觸點(diǎn)處的速度也會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而改變滾珠絲杠副摩擦因數(shù)。滾珠接觸點(diǎn)處既存在滾動(dòng)又存在滑動(dòng)，因?qū)嶋H使用時(shí)通常添加潤(rùn)滑劑以保持傳動(dòng)精度，滾珠與滾道之間的相對(duì)滑動(dòng)能使?jié)櫥瑒┰诮佑|面上形成潤(rùn)滑油膜。

由圖1可以看出，隨著速度V的增加，摩擦因數(shù)具有先下降后上升的趨勢(shì)，這是因?yàn)樵诟咿D(zhuǎn)速下形成的潤(rùn)滑油膜厚度更大，潤(rùn)滑油膜厚度的增加使膜厚比發(fā)生變化，進(jìn)而使接觸面潤(rùn)滑狀態(tài)發(fā)生變化，變化情況如圖3所示。隨著轉(zhuǎn)速的增加，潤(rùn)滑狀態(tài)的變化過(guò)程為：邊界潤(rùn)滑→混合潤(rùn)滑→彈流潤(rùn)滑。這樣接觸面上摩擦情況的變化過(guò)程為：接觸體直接接觸產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦→部分滑動(dòng)摩擦部分潤(rùn)滑粘滯摩擦→潤(rùn)滑粘滯摩擦。

圖3 潤(rùn)滑狀態(tài)示意

2.3 潤(rùn)滑黏度

以潤(rùn)滑脂為例進(jìn)行分析，通常利用潤(rùn)滑脂基礎(chǔ)油的黏度μ來(lái)計(jì)算分析接觸面的潤(rùn)滑狀態(tài)：黏度μ不同，接觸面上油膜厚度、膜厚比和潤(rùn)滑劑產(chǎn)生的摩擦力均不同。因此，黏度影響到當(dāng)量摩擦因數(shù)。

潤(rùn)滑黏度μ越高，在相同負(fù)載下更容易形成潤(rùn)滑油膜，因此能夠在更低轉(zhuǎn)速下進(jìn)入良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，但產(chǎn)生的粘滯摩擦力更高。