日本精工株式會社(簡稱NSK)從開始生產滾珠螺桿已經佔有相當重要的地位，其間關於螺桿之特性譬如精度剛性、壽命…等，已從各種角度去解析、說明並廣泛應用在各種驅動機構，但是有關於螺桿和軸承的配合公差，卻往往因支持方式的不同，而有些差異，因此以下就目前常用的情形跟大家做個簡單的介紹。
公差配合的目的
就回轉體而言，一般公差配合的目的有下列四點：
(1) 防止打滑
(2) 確保精度
(3) 防止振動
(4) 確保預壓(PRELOAD)
對於工具機之高速主軸而言，為防止軸承發生過熱以致發生燒焦損壞之現象，因此預壓力的確保便是重要的課題，而滾珠螺桿的回轉領域通常在10萬dmN值以下，因此精度的確保便是要求的重點，因此如圖1所示過大的干涉量會導致軸承預壓力增大的現象，因此往往發生溫度太高而對機械的精度發生不良的影響，所以必須重視公差配合的問題。
圖1
公差配合的推薦值
有關滾珠螺桿的公差配合主要在使如圖2所示之確保CDE三處不回轉部分的同心度為主要的目的，由於滾珠螺桿承受來自軸方向的負荷佔了相當的比例，因此一般均採用軸向負荷及剛性大接觸角為60度的滾珠螺桿專用斜角滾珠軸承。
(1) 固定端軸承之配合公差
固定端軸承為確保螺桿軸心的同心度和回轉精度，因此維持適當的預壓是配合的主要目的，軸承的內外徑的配合，通常取零間隙的方式，具體的推薦值如表1所示。
(2) 支持部軸承之配合公差
為確保螺桿軸及固定端軸承的同心度，並同時能吸引來自螺桿的彈性變形及熱變形，因此在軸承的內輪或外輪採取其中一項鬆配合之方式具體推薦值如表1所示。
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支撐方法
配合 配合部位 |
固定部 |
支持部 |
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配合 (理想間隙) |
推薦公差 |
配合 (理想間隙) |
推薦公差 |
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螺桿軸 支撐部外徑對 軸承內徑 |
零間隙 |
h5，h6 |
零間隙 (0-5um)的鬆配合 |
h6 |
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軸承外徑對 軸承座內徑 |
零間隙 |
Js5，Js6 |
零間隙 (0-5um)的鬆配合 |
H6 |
(3) 其他部分之配合公差
滾珠螺桿之螺帽(Nut)與螺帽座(Nut Housing)及軸承座(Bearing Housing)與機台等的配合乃必須考慮同心度的確保及作業性，因此在公差配合方面，螺帽外徑和軸承座外徑的公差為g6級，而孔的內徑公差則推薦H6的鬆配合。
關於半固定的配合公差
近年來隨著驅動速度的增加(每分鐘15M以上)螺桿軸的熱膨脹，定位精度及對支撐軸承所產生的不良影響，便成為重要的課題，為解決螺桿軸產生的熱變位，其中的一種對策即是將螺桿預拉(PreTension)的方式。其方法乃是預先考慮2℃的膨脹量，在螺桿裝配時，先將此膨脹量拉出來，當熱膨脹量超過預拉量時，則往半固定方向伸長，半固定的構造例如圖5所示。
這種半固定方式的軸承構造的配合公差，根組合方式及裝配方式不同來決定軸承的內輪或外輪任一方採用鬆配合之方式，例如圖5之裝配方式時，推薦的公差如表2所示。
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軸承組合 配合部位 |
DF組合 |
DB組合 |
DT組合 |
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螺桿支撐部外徑 對軸承內徑 |
鬆配合 (0-5um)之間隙 |
零間隙 |
鬆配合 (0-5um)之間隙 |
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軸承外徑 對軸承座內徑 |
零間隙 |
鬆配合 (0-5um)之間隙 |
鬆配合 (0-5um)之間隙 |
軸承的組合方式及配合公差
斜角滾珠軸承由於有背對背(DB或DBB)及面對面(DF或DFF)之組合方式，因此螺桿軸及軸承座的公差變會隨裝配方式的不同而改變，如圖6(a)所示，若先將軸承以背對背方式裝入軸承座後再將螺桿插入軸承座時，往往會發生右邊軸承的鋼珠碰撞軸承外輪如圖6(b)所示，導致鋼珠發生損傷，進而在螺桿運轉時發生振動及噪音的現象。除此之外，在將軸承拆卸時亦會發生內外輪分離的現象，因此，為防止這種現象的發生，當軸承安裝於軸承座後，再將螺桿插入時建議採用面對面的組合方式來裝配。
結語
滾珠螺桿的公差配合，對於振動，壽命轉矩等重要特性，並無決定性的影響，但是完全無視其配合的設計，仍舊會對驅動系統產生不良之後果，因此提供適當的數據供各位先進參考，盼大家能多加利用。
