機械設(shè)計資料：5.28VIP滾珠絲桿的選型

1、滾珠絲杠的選型,第一章、滾珠絲杠的分類,1、按鋼球的循環(huán)方式分：彎管式、循環(huán)器式、端蓋式大導(dǎo)程螺母； 2、按預(yù)壓方法分類：（1）：定位預(yù)壓方式 a：雙螺母方式 b：變位預(yù)壓方式 （2）：定壓預(yù)壓方式,第一節(jié)、滾珠絲杠的分類,彎管式,循環(huán)器式,彎管式,端蓋式,循環(huán)器式滾珠絲：迷宮式密封圈、循環(huán)器、絲杠軸、螺母、鋼球等,第二節(jié)、滾珠絲杠的組成,端蓋式：端蓋、螺母、絲杠軸、鋼球等,彎管式：迷宮式密封圈、彎管、壓板、絲杠軸、螺母、鋼球等,第一章、認識滾珠絲杠,第三節(jié)、滾珠絲杠鋼球的循環(huán)方式,第一章、認識滾珠絲桿,1、絲杠軸安裝方式： 固定自由； 固定支撐； 固定固定； 2、螺母旋轉(zhuǎn)式滾珠絲杠 絲杠軸安

2、裝方式： 固定固定,第四節(jié)、滾珠絲杠的安裝方式,第一章、認識滾珠絲桿,固定自由,固定支撐,一、認識滾珠絲桿,固定固定,旋轉(zhuǎn)螺母式：固定自由,第一章、認識滾珠絲杠,摩擦系數(shù)小，驅(qū)動扭矩小，效率高； 能保證高精度； 能微量進給； 沒有無效行程、高剛性； 能高速進給， 發(fā)熱量小,第五節(jié)、滾珠絲杠的特點,第二章、滾珠絲杠的基本參數(shù),公稱直徑(do)：指滾珠絲杠與螺紋滾道在理論角接觸狀態(tài)時包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑 基本導(dǎo)程（ph）：指滾珠螺母相對于滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)一周時的行程。 行程：轉(zhuǎn)動滾珠絲杠或螺母時，滾珠絲杠或滾珠螺母的軸向位移,第一節(jié)、滾珠絲杠的主要尺寸參數(shù),第二章、滾珠絲桿的基本參數(shù),滾珠絲杠的額定

3、壽命是指，一批相同的滾珠絲杠在相同的條件下分別運行時，其中90%不產(chǎn)生表面剝落（金屬表面的鱗狀片剝落）所能達到的總轉(zhuǎn)數(shù)。 滾珠絲杠的工作壽命是指，從開始運轉(zhuǎn)到在滾動面和鋼球的任何一方，由于材料的滾動疲勞而產(chǎn)生的最初的表面剝落出現(xiàn)時為止，滾珠絲杠所旋轉(zhuǎn)的圈數(shù),第二節(jié)、滾珠絲杠計算中的基本參數(shù),1、容許軸向載荷 絲杠軸的扭曲載荷（P1）； 絲杠軸的容許拉伸壓縮負荷（P2）； 2、容許轉(zhuǎn)速 絲杠軸的危險速度（N1）； DN值(N2)； 3、靜態(tài)安全系數(shù)（fs） 4、滾珠絲杠的壽命 額定壽命（總轉(zhuǎn)數(shù)L） 工作時間壽命（Lh） 運行距離壽命（Ls,第三章、滾珠絲杠的精度,第一節(jié)、滾珠絲杠的導(dǎo)程精度等級

4、根據(jù)JIS規(guī)格（JIS B 1192-1997）標準滾珠絲導(dǎo)程精度分為C0、C1、C2、C3、C5、C7、C8、C10共8個等級，最高級為C0級，最低為C10級。(注:滾珠絲杠的導(dǎo)程精度等級C0 C5用直線性及方向性表示精度， C7C10用螺紋長度300mm累積導(dǎo)程誤差表示其精度。) 第二節(jié)、影響定位精度的因素 影響定位精度的主要因素有：導(dǎo)程精度、軸向間隙、進給系統(tǒng)的軸向剛度、因發(fā)熱引起的熱變形、因?qū)蛳到y(tǒng)引起的運行姿勢的變化等。 其中進給系統(tǒng)的軸向剛度包括絲杠軸的軸向剛度、螺母的軸向剛度以及支撐軸承的軸向剛度,第四章、滾珠絲杠的選型,第一節(jié)、滾珠絲杠的選型流程,例：高速搬送裝置（水平使用）

5、1、選擇條件： 工作臺質(zhì)量：m1=60kg 工件質(zhì)量：m2=20kg 行程長度：ls=1000mm 最大速度：Vmax=1m/s 加速時間：t1=0.15s 減速時間：t2=0.15s 每分鐘往返次數(shù)：n=8min-1 無效行程：0.15mm 定位精度：0.3mm/1000mm(從單向進行定位) 反復(fù)定位精度：0.1mm 導(dǎo)向面上的摩擦系數(shù)：u=0.003 最小進給量：s=0.02mm/脈沖 希望壽命時間：3000h 導(dǎo)向面的阻力：f=15N（無負荷時） 驅(qū)動馬達：AC伺服馬達、額定轉(zhuǎn)速：3000min-1 減速機：無（直接）A=1,第二節(jié)、高速水平搬送裝置的選型例子,2、選擇項目： 絲杠軸直

6、徑 導(dǎo)程 螺母型號 精度 軸向間隙 絲杠軸支撐方式 驅(qū)動馬達,3、導(dǎo)程精度與軸向間隙的選擇： 1)、導(dǎo)程精度的選擇： 為了得出定位精度0.3mm/1000mm,導(dǎo)程精度必須選擇0.09mm/300mm以上 參照B15-20表1，滾珠絲桿的精度等級選擇為：C7（運行距離誤差： 0.05mm/300mm） 因精度等級C7既有軋制滾珠絲桿，又有精密滾珠絲桿，因此選擇價格低廉的軋制滾珠絲桿,2)、軸向間隙的選擇： 為了滿足0.15mm的無效行程的要求，必須選擇軸向間隙在 0.15mm以下的滾珠絲杠。因此，參照B15-27表12選擇軸徑32mm以下的滾珠杠。 綜上所述，選擇絲杠直徑在32mm以下、精度等

7、級C7的軋制滾珠絲杠,4、絲杠軸的選擇： 1）、假定絲杠軸的長度 假定螺母全長為100mm，絲杠軸末端長度為100mm。 所以根據(jù)行程長度1000mm決定的全長如下。 1000+200=1200mm 所以絲杠軸長度假定為1200mm,2）、導(dǎo)程的選擇 驅(qū)動馬達的額定的轉(zhuǎn)速3000min-1最高速度1m/s時，絲杠導(dǎo)程如下,因此，必須選擇20mm或以上的導(dǎo)程,另外，滾珠絲杠和馬達之間不使用減速器而直接安裝。根據(jù)AC伺服馬達的標準角度測試儀的分辨率（1000p/rve; 1500p/rve），AC伺服馬達每轉(zhuǎn)一周的最小分辨率如下： 1000p/rev（無倍增） 1500p/rev（無倍增） 200

8、0p/rev（無倍增） 3000p/rev（無倍增） 4000p/rev（無倍增） 6000p/rev（無倍增） 為了滿足選擇條件中最小進給量0.02mm/脈沖，應(yīng)符合如下： 導(dǎo)程20mm1000p/rev 30mm1500p/rev 40mm1500p/rev 60mm3000p/rev 80mm4000p/rev,3）、絲杠直徑的選擇 符合【導(dǎo)程精度與軸向間隙的選擇】部分中所規(guī)定的要求的滾珠絲杠型號：絲杠直徑為32mm以下的軋制滾珠絲杠；【絲杠軸的選擇】部分中所規(guī)定的要求：導(dǎo)程20、30、40、60或80mm（參照B15-35上的表17）如下： 絲杠軸直徑 導(dǎo)程 15mm 20mm 15m

9、m 30mm 20mm 20mm 20mm 40mm 30mm 60mm 根據(jù)【絲杠軸的選擇】，由于絲杠軸長度必須是1200mm，15mm的軸徑太細。因此應(yīng)選擇直徑在20mm以上的絲杠軸。 4）、絲杠軸支撐方法的選擇 因行程是1000mm，最高速度是1m/s屬于高速使用，故絲杠軸的支撐方法可選擇固定支撐或固定固定的方式,但是，固定固定的方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且部件精度和組裝精度要求很高。因此，在此例中滾珠絲杠的支撐方法選擇固定支撐的方式,5）、容許軸向載荷 (1）最大軸向載荷的計算 工作臺質(zhì)量：m1=60kg 工件質(zhì)量：m2=20kg 導(dǎo)向面的阻力：f=15N（無負荷時） 導(dǎo)向面上的摩擦系數(shù)：u=

10、0.003 最大速度：Vmax=1m/s 加速時間t1=0.15s 重力加速度：g=9.807m/s2 由此可知，所需數(shù)值如下: 加速度,去路加速時,去路等速時,去路減速時,返程加速時,返程等速時,返程減速時,作用在滾珠絲杠軸上的最大軸向載荷為：Famax=Fa1=550N 因此，使用20mm絲杠直徑，20mm導(dǎo)程（最小溝槽谷徑17.5mm）滿足要求。所以，對于絲杠軸的彎曲載荷和容許壓縮拉伸負荷的計算選用20mm的絲杠軸直徑和20mm的導(dǎo)程,2）絲桿軸的彎曲載荷 與安裝方法相關(guān)的系數(shù) 考慮彎曲因素，螺母軸承間的安裝方法按固定固定方式。 安裝間距 la=1100mm（推算） 絲杠軸溝槽谷徑 d1

11、=17.5mm,滾珠絲杠的容許拉伸壓縮負荷,最大軸向載荷不得大于計算所得的挫曲載荷和容許拉伸壓縮 負荷,6)、容許轉(zhuǎn)速的探討 (1)最高轉(zhuǎn)速 (a)、絲杠軸直徑：20mm； 導(dǎo)程：20mm 最大速度：Vmax=1m/s,b)、絲杠軸直徑：20mm； 導(dǎo)程：40mm 最大速度：Vmax=1m/s,c)、絲杠軸直徑：30mm； 導(dǎo)程：60mm 最大速度：Vmax=1m/s,2)由絲桿軸危險速度所決定的容許轉(zhuǎn)速 與安裝方法相關(guān)的系數(shù)（參照B15-40,為考慮危險速度，螺母軸承間的安裝方法按固定支撐。 安裝間距 lb=1100mm（推算） 絲杠軸直徑：20mm；導(dǎo)程：20mm和40mm 絲杠軸溝槽谷徑

12、：d1=17.5mm,絲杠軸直徑：30mm； 導(dǎo)程：60mm； 絲杠軸溝槽谷徑：d1=26.4mm,3)由DN值所決定的容許轉(zhuǎn)速 絲杠軸直徑：20mm；導(dǎo)程：20mm和40mm（大導(dǎo)程滾珠絲杠） 鋼球中心直徑：D=20.75mm,絲杠軸直徑：30mm； 導(dǎo)程：60mm（大導(dǎo)程滾珠絲杠） 鋼球中心直徑：D=31.25mm,綜上所述，當(dāng)滾珠絲杠的絲杠軸直徑為20mm、導(dǎo)程為20mm時，絲杠軸的最高轉(zhuǎn)速超過了危險速度。當(dāng)滾珠絲杠的絲杠軸直徑為20mm、導(dǎo)程為40mm或為30mm、導(dǎo)程為60mm時， 能滿足危險速度和DN值。 因此，選擇絲杠軸直徑為20mm、導(dǎo)程為40mm或為30mm、導(dǎo)程為60mm的

13、絲杠,5、螺母的選擇 1）、螺母型號的選擇 使用軋制滾珠絲杠，絲杠直徑20mm、導(dǎo)程40mm及絲杠軸直徑30mm、導(dǎo)程為60mm的絲杠的螺母為大導(dǎo)程軋制滾珠絲杠WTF型，因此可以選擇： WTF2040-2 (Ca=5.4KN、Coa=13.6KN) WTF2040-3 (Ca=6.6KN、Coa=17.2KN) WTF2060-2 (Ca=11.8KN、Coa=30.6KN) WTF2060-3 (Ca=14.5KN、Coa=38.9KN) 2）、容許軸向載荷的探討 對基本額定靜載荷（Coa）最小的WTF2040-2型進行容許軸向載荷進行探討,假定此型號用于高速搬送裝置以及加速、減速時作用的沖

14、擊負荷，參照B15-47表1，靜態(tài)安全系數(shù)（fs）為2.5,與最大載荷550N相比，得出容許軸向載荷大，因此此型號滿足要求,1）運行距離的計算： 最大速度 ：Vmax=1m/s 加速時間 ： t1=0.15s 減速時間 ： t2=0.15s 加速時的運行距離,綜上所述，軸向載荷和運行距離的關(guān)系如下表,等速時的運行距離,減速時的運行距離,2）軸向平均負荷 正符號方向的軸向平均負荷 因為負荷方向不同，按F345=0N來計算軸向平均負荷,負符號方向的軸向平均負荷 因為負荷方向不同，按F126=0N來計算軸向平均負荷,因Fm1=Fm2,所以軸向平均負荷為225N,4）額定壽命 負荷系數(shù) ： fw=1.

15、5(參照B15-48表2) 平均負荷 ：Fm=225N 額定壽命 ：L(rev,5）每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù) 每分鐘往返次數(shù) n=8min-1 行程：ls=1000mm 導(dǎo)程：Ph=40mm,每分鐘往返次數(shù) n=8min-1 行程：ls=1000mm 導(dǎo)程：Ph=60mm,6）根據(jù)額定壽命計算工作時間 WTF2040-2 額定壽命：L=4.1109rev 每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)：Nm=400min-1,WTF2040-3 額定壽命：L=7.47109rev 每分鐘平均轉(zhuǎn)：Nm=400min-1,WTF2060-2 額定壽命：L=4.271010rev 每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)：Nm=267min-1,WTF2060-3

16、額定壽命：L=7.931010re 每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)：Nm=267min-1,7）根據(jù)額定壽命計算運行距離壽命 WTF2040-2 額定壽命：L=4.1109rev 導(dǎo)程：Ph=40mm,WTF2040-3 額定壽命：L=7.47109rev 導(dǎo)程：Ph=40mm,WTF2060-2 額定壽命：L=4.271010rev 導(dǎo)程：Ph=60mm,WTF2060-3 額定壽命：L=7.931010rev 導(dǎo)程：Ph=60mm,由此可知，能滿足希望壽命時間3000h，可選擇以下型號： WTF2040-2 WTE2040-3 WTF2060-2 WTF2060-3,6、剛性的探討 選擇條件不包括剛性規(guī)格

17、，且對此沒有特殊要求，在此略,7、定位精度的探討 1）、導(dǎo)程精度的探討： 在【導(dǎo)程精度與軸向間隙的選擇】中，選擇了精度等級C7。 C7（運行距離誤差：0.05mm/300mm） 2）、軸向間隙的探討： 從一個方向定位時，軸向間隙不影響定位精度，不需探討。 WTF2040：軸向間隙：0.1mm WTF3060：軸向間隙：0.14mm 3）、軸向剛性的探討： 因負荷方向不發(fā)生變化，所以不需要根據(jù)軸向剛性來探討定位精度,4）、因發(fā)熱而引起的變形探討： 假設(shè)在使用中溫度上身5。 因溫度變化而引起的定位誤差如下,5）、運行中姿勢變化的探討 因滾珠絲桿中心到需要精度的位置相距150mm，所以有必要對運行中

18、的姿勢進行探討。 根據(jù)構(gòu)造假設(shè)垂直公差在10秒以下，因垂直公差而引起的定位誤差為,由此可知定位精度(P)如下,根據(jù)上述在【導(dǎo)程精度與軸向間隙的選擇】和【定位精度的探討】知，能滿足條件的是WTF2040-2、WTE2040-3、WTF2060-2和WTF2060-3型，因此選擇最小型WTF2040-2型,8、旋轉(zhuǎn)扭矩的探討 1）、因外部負荷引起的摩擦扭矩 摩擦扭矩如下,2）、由滾珠絲杠預(yù)壓引起的扭矩 對滾珠絲杠沒有施加預(yù)壓。 3）、加速時所需的扭矩 慣性矩 每單位長度的絲杠軸慣性扭矩為1.2310-3Kg*cm2/mm(參照尺寸表)，則絲杠軸全長1200mm的慣性力矩如下,角加速度,根據(jù)上述，加速時所需的扭矩如下,因此需要扭矩如下： 加速時,等速時,減速時,9、驅(qū)動馬達的探討： 1）、旋轉(zhuǎn)速度 滾珠絲杠的導(dǎo)程根據(jù)馬達的額定轉(zhuǎn)速進行選擇所以 沒必要探討馬達的選擇速度。 最高使用轉(zhuǎn)速： 1500min-1 馬達的額定轉(zhuǎn)速：3000min-1,2）、最小進給量 和轉(zhuǎn)速一樣，選擇滾珠絲杠的導(dǎo)程一般根據(jù)AC伺服馬達所使用的角度測試儀進行，沒必要進行探討。 角度測試儀的分辨率：1000P/rev 2倍增：2000P/rev 3）、馬達扭矩 在【旋轉(zhuǎn)扭矩的探討】中計算加速時所產(chǎn)生的扭矩成為所需的最大扭矩T