滾珠螺桿的預壓

學機械的應該都知道零件製作上一定會有精度公差，

不論齒輪、軸承、直線軌道、螺桿在組裝後都有可能產生間隙，

另外一種狀況是在使用時因為負載造成變形後會在非負載側產生間隙(例如齒輪的背隙)，

這些間隙對機構進行精密運動時會產生不良的影響，

在直線軌道、軸承、螺桿等產品上，

因為廠商出貨時就是由好幾個零件所組成的一組產品，

因此廠商可以在設計、製造時給予適當的 " preload " (預壓)，

用以減少元件間隙跟負載對機構的精度的影響，

但是在直線軌道、軸承、螺桿等產品上施加預壓等於對其中相對運動的元件施加額外的負載，

這些額外負載會造成使用上對於元件壽命、剛性、力量傳遞等不同的影響，

NSK的滾珠螺桿型錄中，就針對該公司螺桿預壓施加方式提供了一個說明表格：

圖片取自 NSK 型錄，以下同

  施加預壓方式主要有兩種：

1. 使用比較大的鋼珠，NSK 稱為 P-preload：

鋼珠與螺帽、螺桿在四個紅線位置因為置入較大的鋼珠發生微干涉，

鋼珠與螺桿、螺桿對應產生微變形與對應的預壓力。

2. 螺帽與螺桿錯位，有三種變化：

2.1 螺帽溝槽加工時分成兩段，兩段之間會微微增加一點距離，錯開的距離造成螺帽內部會有兩段溝槽透過鋼珠與螺桿溝槽接觸時在兩個軸向會有微干涉，這個微干涉量強迫元件產生微變性與對應的抵抗變形的預壓力量，這種方式，NSK 稱為 Z-preload。

螺帽製造時內部溝槽分兩段，

兩段溝槽之間比導程增加一點點距離，

微干涉發生在紅線位置

2.2 使用兩個螺帽，在兩個螺帽之間使用間隙片或彈簧，讓兩個螺帽在兩個軸方向上產生預壓，

使用間隙片的方式 NSK 稱為 D-preload，

使用兩個螺帽，中間使用間隙片，

兩個螺帽的溝槽透過間隙片增加比導程多一點點距離，

微干涉發生在紅線位置

使用彈簧的方式 NSK 稱為 J-preload，

使用兩個螺帽，中間使用彈簧，

兩個螺帽的溝槽透過間隙片增加比導程多一點點距離，

微干涉發生在紅線位置

這四種不同的 preload 方式，對鋼珠產生不同的負載與作用力分布，

這會影響到包括剛性跟精度表現，

P-preload 螺帽比較短，比較省空間，但是在四個位置產生干涉預壓，對扭矩傳遞比較差一些，而且因為鋼珠同時有四個位置受力，疲勞發生的速度是其他兩個位置接觸的兩倍，可以承受的負載要降低一些。

D 跟 J preload 可以使用標準螺帽組合，理論上製造上會比較簡單，缺點是螺帽長度增加為兩倍，占空間，D 相對 J 的方式比較硬，對扭矩傳遞增加比較多的干擾，優點是兩個螺帽之間剛性好。

Z-Preload方式要在螺帽內做兩段溝槽，螺帽必須特製，在加工上會比較麻煩，效果跟 D-Preload比較接近。

從製造的角度來看，D-preload相對Z-preload製造成本應該會比較低，但是組裝上要比較小心注意。

第一個表格下方有列出四種預壓方式對尺寸、扭矩傳遞特性跟剛性的影響，可以作為選用上的參考。

但是要注意的是較高精度與不同預壓的軌道幾乎都是訂製品，交期會比較長。