国外工程师关于内循环和插管式利弊的分析

                   插管式外循环滚珠丝杆副                                                                    浮动返向器内循环滚珠丝杆副

滚珠丝杆设计中的一个挑战是滚珠循环系统。从历史角度来讲，突出在螺母上的插管是最常用的，插管提供了一个滚珠从螺母的内螺纹滚道起点的循环通道。但是插管循环使每颗滚珠需要在插管的末端转向90°。这种剧烈的动作导致了更高的摩擦力损耗并提高了钢球阻塞的风险，同时也会引起摩擦扭矩的波动。插管还会导致润滑剂损失，螺母本体和插管接口处的地方很难做到密封，容易导致润滑剂泄露，增加维修和保养的成本，而且造成油液污染。插管式循环系统不适用于螺母旋转式滚珠丝杆副，原因是插管式螺母旋转的时候会产生不对称的径向力。这种径向力会在高速状态下导致说震动和不稳定。

过去几十年中，滚珠丝杆在CNC机床行业使用最为普遍。CNC机床行业要求预紧力，这对于插管式循环系统来说是一个挑战。滚珠丝杆副的一项重要衡量指标是转速等级(DN)，即丝杆直径x高转速。插管式滚珠丝杆副的DN值仅有70,000左右。另外，插管循环系统中必须使用到的使钢球偏转的销子存在失效的风险。

 内循环系统

在德国，相比插管循环系统，工程师更加偏爱内循环滚珠循环系统。他们在设计循环系统时首要考虑的是钢球的自然轨迹。所以，德国的循环系统是基于切线偏转设计的。这样可以更大程度地减小偏转力，有助于提高效率和可靠度。由于没有插管连接，润滑剂也不会从螺母中泄露出来的风险。

这种设计是最基本的也是使用最广泛的滚珠循环系统，适用于各种丝杆直径和螺母样式。

这种方式用偏转器(返向器)将滚珠从丝杆轴的外径越过然后将滚珠导入下一个滚道(或前一个滚道)。每一个返向器负责一圈滚珠，即一个循环。

返向器可以是金属或者塑料材质，固封在螺母上的孔内，可以防止润滑剂泄露。返向器均匀对称分布，可以平衡径向力，并与螺母外径齐平。

在所有循环系统中，这种滚珠循环系统的螺母直径可以做到最小，属于紧凑类型。这种设计也更适用于直径较小的滚珠以及 “导程、直径比”小于0.5的场合。DN值可以达到120,000。