滚珠丝杠组成、分类、优点及市场规模如何？

高效、高精、高速，工业设备主流线性传动方案。

滚珠丝杠是利用直线滚动轴承原理，实现电机的旋转运动与螺母轴向直线运动相互转换 的精密传动机构。滚珠丝杠主要由丝杠、螺母、滚珠和回程引导装置组成；丝杠属于转 动部件，其上加工有半圆形的螺纹槽滚道用于滚珠滚动。螺母用来固定需要移动的负载 （例如工作台、移动滑块），其内部也有类似丝杠的半圆形螺纹槽，与丝杠上的螺纹槽共 同组成圆形的螺纹滚道。滚珠直接承受载荷，同时作为中间传动元件以滚动方式传递运 动。在丝杠转动时，滚珠组成的滚珠链沿螺纹滚道向前运动，驱动螺母直线运动。为防 止滚珠从滚道内跑出，螺母内还设计有回程引导装置，如回流管和反向器，与螺纹滚道 形成一个闭合的循环回路。

根据滚珠循环方式的不同，可以将滚珠丝杠分为内循环式和外循环式两类。主要区别在 于，内循环式螺母通过反向器组成滚珠循环回路，每个反向器组成一圈滚珠链，而外循 环式螺母的回程引导装置在螺母外部，比如通过回流管组成滚珠循环回路。相比之下， 内循环式螺母的尺寸更小，反向器固定牢靠、刚性好、不易磨损，但缺点是承载能力较 小，且反向器的回珠槽加工复杂，因此价格也更高，适合小导程或丝杠外径较小的应用。 外循环式螺母的尺寸较大，这种结构制造工艺简单、承载能力高，适合大导程或丝杠外 径较大的应用。

精度等级是滚珠丝杠的最主要性能参数之一，业内通常参照国内标准 GB/T 17587.3-2017 和日本工业标准 JIS B 1192-3:2018。精度等级划分的基本原理是传动中实际移动距离与 理想移动距离的偏差，一般用任意 300mm 行程内允许的行程变动量来描述。选用何种精 度的滚珠丝杠需要根据具体的应用要求，一般而言精度等级越高则性能越高，但也意味着更高的技术要求和制造成本。 现行国家标准 GB/T 17587.3-2017 是在国际标准 ISO 3408-3:2006 的基础上改编而来， 将滚珠丝杠分为 0、1、2、3、4、5、7、10 共 8 个标准公差等级，0 级（P0）代表的 精度和性能最高。一般情况下，定位滚珠丝杠（P 型）采用 0 到 5 的标准公差等级， 传动滚珠丝杠（T 型）采用 7 和 10 的标准公差等级。 日本工业标准 JIS B 1192-3:2018 将滚珠丝杠划分为 C0、C1、C3、C5、C7、C10 共 6 个标准公差等级，除 C7 和 C10 等级为普通滚珠丝杠外，其余均为精密滚珠丝杠。 其中，C3 对应的 300mm 行程变动量相当于国内 P2 等级，C5 介于 P4 和 P5 之间。

高传动效率、高精度、高转速以及高轴向刚度等优点突出，广泛应用于数控机床、半导 体、精密磨床等工业设备。传动效率方面，滚珠丝杠以滚动摩擦代替滑动摩擦，其传动 效率可达 90%以上，而大多数梯形丝杠的传动效率低于 70%。精度方面，由于本身工艺 要求较为严格，再加上表面经淬硬处理后粗糙度降低，运行时磨损小，滚珠丝杠精度等 级可达 C3 或 C5，属于高精度传动机构。轴向刚度方面，轴向间隙的存在会导致返程误 差，而滚珠丝杠通过预紧方式可以完全消除轴向间隙，从而轴向刚度较高。转速方面， 大导程滚珠丝杠可以实现 100m/min 甚至更高的进给速度。滚珠丝杠的缺点在于制造难度 较高、价格贵，另外由于无自锁能力，虽然获得了传动的可逆性，但是用于垂直升降系 统时必须增设自锁装置或制动装置。鉴于以上特点，滚珠丝杠常配合伺服电机应用于数 控机床进给系统，应用于汽车制动、转向及驻车系统，以及应用于机器人、半导体设备、 医疗器械、航空和航天等领域。

我国是全球滚珠丝杠最重要的市场之一。根据秦川机床公告，2015 年全球滚珠丝杠市场 规模为 12.23 亿美元，2021 年增至 17.50 亿美元，预计 2022 年全球滚珠丝杠市场规模达 到 18.59 亿美元。中国是滚珠丝杠产品重要的消费市场之一，近年来国内市场规模占全球 规模总量的 20%左右，2015 年我国滚珠丝杠市场规模为 14.31 亿元，2020 年我国滚珠丝 杠市场规模增长至 23.61 亿元，2021 年我国滚珠丝杠市场规模约为 25.55 亿元，预计 2022 年我国滚珠丝杠市场规模约为 27.70 亿元。从市场竞争格局看，目前全球主要的滚珠丝杠 厂商有 NSK、THK、SKF 等，日本和欧洲滚珠丝杠企业占据了全球主要的市场份额。