滾珠絲杠螺母副的計算和選型分析知識分享

1、滾珠絲杠螺母副的計算和選型分析A3一、進給傳動部件的計算和選型進給傳動部件的計算和選型主要包括：確定脈沖當量、計算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、計算減速器、選擇步進電機等。1、脈沖當量的確定根據(jù)設計任務的要求，X方向的脈沖當量為S x=0.005mm/脈沖，Z 方向為Sz=0.01mm/脈沖。2、切削力的計算切削力的分析和計算過程如下：設工件材料為碳素結構鋼，c b=650Mpa;選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15 ;刀具幾何參數(shù)為：主偏角k r=45，前角o=10。，刃傾角S=- 0;切削用量為：背吃刀量ap=1mm，進給量f=0.18mm/r，切削速 度 vc=90m/min。查表得：Cfc=2

2、70，XFc=1.0， yFc=0.75，nFc=-0.15o查表得：主偏角k r的修正系數(shù)k kFc=1.0；刃傾角、前角和刀尖圓弧 半徑的修正系數(shù)均為1.0。由經(jīng)驗公式(32),算得主切削力Fc=2673.4N。由經(jīng)驗公式Fc：Ff: Fp=1： 0.35： 0.4,算得進給切削力 Ff=935.69N，背向力Fp=1069.36No3、滾珠絲杠螺母副的計算和選型工作載荷Fm的計算已知移動部件總重 G=1300N;車削力Fc=2673.4N, Fp=1069.36N,Ff=935.69N。根據(jù) Fz=Fc, Fy=Fp, Fx=Ff 的對應關系，可得：Fz=2673.4N, Fy=1069

3、.36N, Fx=935.69N。選用矩形一三角形組合滑動導軌，查表，取K=1.15,尸0.16，代入Fm=KFx+ u(Fz+G)，得工作載荷 Fm=1712N。最大動載荷Fq的計算設本車床Z向在最大切削力條件下最快的進給速度 v=0.8m/min,初 選絲杠基本導程 Ph=6mm,則此時絲杠轉(zhuǎn)速 n=1000v/Ph=133r/min。取滾珠絲杠的使用壽命 T=15000h,代入L0=60nT/106，得絲杠系數(shù)L0=119.7X106r。查表，取載荷系數(shù)fW=1.15，再取硬度系數(shù)fH=1，代入式(323),求得最大動載荷 Fq=3. L0fWfHFm=9703N。初選型號根據(jù)計算出的最

4、大動載荷，查表，選擇FL4006型滾珠絲杠副。其公稱直徑為40mm,基本導程為6mm,雙螺母滾珠總圈數(shù)為3X2圈 =6圈，精度等級取四級，額定動載荷為 13200N,滿足要求。傳動效率n的計算將公稱直徑d0=40mm,基本導程Ph=6mm，代入Qarctan Ph/( nd0)，得絲杠螺旋升角入=24。將摩擦角(=10，代入=tantan(入+ )，得傳動效率n =94.2%。剛度的驗算1）滾珠絲杠副的支承，米取一端軸向固定，一端簡支的方式，固 定端采取一對推力角接觸球軸承，面對面組配。絲杠加上兩端 接桿后，左右支承的中心距離約為 a=1467mm；剛的彈性模量 E=2.1xiO5MPa；查表

5、，得滾珠直徑 Dw=3.9688mm,算得絲杠底 徑d2=公稱直徑do滾珠直徑Dw=36.0312mm,則絲杠截面積 S= nd22/4=1019.64mm2。2） 根據(jù)公式Z=（冗do/Dw） -3,求得單圈滾珠數(shù)目Z = 29;該型號絲 杠為雙螺母，滾珠總圈數(shù)為 3X2= 6,則滾珠總數(shù)量Z刀=29X 6=174。滾珠絲杠預緊時，取軸向預緊力Fyj= Fm/3571N。則 由式（327）,求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量S 2 0.00117mm。因為絲杠加有預緊力，且為軸向負載的1/3,所以實際變形量可減小一半，取 S 2= 0.000585mm。3）將以上算出的S 1和&代入為=+崔，

6、求得絲杠總變形量S總=0.012555mm= 12.555pm。查表，4級精度滾珠絲杠任意300mm軸向行程內(nèi)的變動量允許16 m，而對于跨度為1497mm的滾珠絲杠，總的變形量&總只有 12.555m m,可見絲杠強度足夠。4）壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)式（328）計算失穩(wěn)時的臨界載荷Fk。查表，取支承系數(shù) fk= 2;由絲杠底徑d2= 36.0312mm,求得截面慣性徑l=nd24/64 82734.15mm4;壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3;滾動螺母至軸向固 定處的距離a取最大值1497mm。代入式(3- 28)，得臨界載 荷Fk51012N,遠大于工作載荷Fm (1712N),故絲杠不會失 穩(wěn)。綜上所

7、述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。4、同步帶減速箱的設計為了滿足脈沖當量的設計要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時也為了使傳動 系統(tǒng)的負載慣量盡可能的減小，傳動量中長使用減速傳動。設計同步減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳遞的功率P,主動輪轉(zhuǎn)速ni和傳動比i，傳動系統(tǒng)的位置和工作條件等。傳動比i的確定已知電動機的步距角a= 0.72，脈沖當量0.01mm/脈沖，滾 珠絲杠導程Ph= 6mm。根據(jù)式(312)算得傳動比i = 1.2。主動輪最高轉(zhuǎn)速n1由縱向床鞍的最快移動速度 vzmax= 6000mm/min，可以算出主動 輪最高轉(zhuǎn)速 m=( vzmax/ 隹)xa360=1200r/min。確定帶的設計功率Pd預

8、選的步進電動機在轉(zhuǎn)速為1200r/min時，對應的步進脈沖頻率 為 fmax= 1200X360/ (60Xa)T0000Hz。選擇帶型和節(jié)距pb根據(jù)的帶的設計功率Pd=0.574kW和主動輪最高轉(zhuǎn)速n1 =1200r/min，選擇同步帶型號為 L型節(jié)距pb= 9.525mm。確定小帶輪齒數(shù)Z1和小帶輪節(jié)圓直徑d1 取zi = 15,則小帶輪節(jié)圓直徑 di = pb zi/n=45.85mm。當ni達 到最高轉(zhuǎn)速1200r/min時同步帶的速度為 v=ndi ni/ (60 x 1000)= 2.86m/s,沒有超過L型帶的極限速度35m/s。確定大帶輪齒數(shù)Z2和大帶輪節(jié)圓直徑d2大帶輪齒數(shù)Z

9、2= i pb= 18,節(jié)圓直徑d2= idi = 54.57mm。 初選中心距a0、帶的節(jié)線長度L0p、帶的齒數(shù)zb初選中心距a0= 1.1 (d1+d2)= 110.06mm,圓整后取a0=110mm。則帶的節(jié)線長度 L0p2 a0+冗/2 (d什d2)+(d2-d”2/4刃=377.33mm。查表，選取接近的標準節(jié)線長度 L0p= 381mm,相 應齒數(shù)Zb=40。計算實際中心距a實際中心距 aa0+ ( Lp-L0p) /2= 111.835mm。校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) zmzm= entZ1/2pb z”2 n a (z2z1)= 7,嚙合齒數(shù)比 6大，滿足要求。(ent表示取整)

10、。計算基準額定功率P0P0=( Tamv2) v/1000其中，Ta帶寬為bs0時的許用工作拉力。m帶寬為bs0時的單位長度的質(zhì)量。v 同步帶的帶速。算得 P0= 0.697kW。確定實際所需同步帶寬度bsbs bso (Pd/KzPo)其中，bso選定型號的基準寬度。Kz小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)。由上式求得bs 21.42m m,選定最接近的帶寬bs= 25.4mm。帶的工作能力計算計算同步帶額定功率P的精確值：P=( KzKwTa bs/ bsomv2) v X10-3經(jīng)計算得P= 0.697kW，而Pd = 0.574kW,滿足P Pd。所以，帶的工作能力合格。5、步進電動機的計算和選型 計算

11、加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量JeqJeq= Jm+Jt1+ (Jz2+JW+Js) /i = 57.55kg.cm其中，Jm = 33 kg.cm22JZ1 = 0.95 kg.cm2JZ2= 1.99 kg.cm2JW= 1.21 kg.cm2Js = 30.78 kg.cm 計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩TeqT eq1 = T amax+T fTamax= 2 nJeq nm/60ta X1/ n其中，nm步進電動機的最高轉(zhuǎn)速。ta 步進電動機由靜止到nm轉(zhuǎn)速所需的時間。又 nm = Vmax 3603ta = 0.4s,n0.7,所以，Tamax = 2 n57.55X10

12、-4X1200/ (60X0.4X0.7) N.m 2.58 N.mTf =(Fc+G) Ph/ (2 n n其中，卩一一導軌的摩擦系數(shù)，滑動導軌取0.16。Fc工作負載。n 傳動鏈總效率，取0.7。所以，T匸0.16X(0+1300)X0.006/ (2nX.7X1.2) N.m0.24 N.m所以，Teq1= T amax+ Tf= 2.82 N.mT eq2= T t+ T fTt=FfPh/ (2冗巧=935.69X0.006/ (2nX.7X1.2) N.m1.06 N.mT匸卩(Fc+G) Ph/ (2ni)= 0.16X(2673.4+1300)X0.006/ (2nX.7X1.

13、2) N.m0.72 N.m所以，Teq2= Tt+ T匸 1.78 N.m經(jīng)過上述計算后，Teq= max Teq1，Teq2= 2.82 N.m步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax 4 Teq=4X2.82 N.m= 11.28 N.m，可見對于預選的步進電動機完全滿足工作要求。步進電動機的性能校核最快工進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核最快工進速度vmax= 800mm/min，脈沖當量0.01mm/脈沖，可以求出fmaxf= 1333Hz,由此可知，在此頻率下，電動機的輸 出轉(zhuǎn)矩Tmaxf 17 N.m，滿足工作要求。2）最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核最快空載移動速度

14、vmax= 6000mm/min，可以求出fmax=10000HZ,由此可知，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax3.8N.m，滿足工作要求。3）最快空載移動時電動機運行頻率校核最快空載移動速度vmax=6000mm/min，對應的電動機運行頻率fmax=10000Hz。查表可知，運行頻率沒有超過上限。4）起動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 Jeq=57.55kg.cm2，電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量Jm=33 kg.cm2，查表可知，最高空載起動頻率fq=1800Hz?？梢郧蟪霾竭M電動機克服慣性負載的起動頻率為：fL=fq/ （ 1+Jeq/Jm） 2=1087Hz由此可知，進給系統(tǒng)選用

15、的步進電動機可以滿足設計要求。&同步帶傳遞功率的計算分兩種情況分別進行校核：（1）快速空載起動電動機從靜止到nm=1200r/min，由式（6-5）可知，同步帶傳遞的負載轉(zhuǎn)矩Teq1=2.82N.m，傳遞的功率為 P=nm Teq1/9.55=1200X 2.82/9.55W 354.3W。最大工作負載，最快工進速度由式(6-7)可知，帶需要傳遞的最大工作負載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.78N.m，任務書給定最快工進速度 vmaxf=800mm/min,對 應電動機轉(zhuǎn)速nmaxf= ( vmaxf/ &)力360=160肝。傳遞的功率為 p=nmaxf Teq2/9.55=16OX1.78/9.55W 29.8W。由計算可知：兩種情況下，同步帶傳遞的負載功率均小于帶的額 定功率0.69