滾珠絲杠及導(dǎo)軌使用壽命T=15000h-WPS

1、已知條件：工作臺(tái)的有效行程為 Lx=300mm , Lz=1600mm,取X、Z軸脈沖 當(dāng)量為0.0025mm,快速進(jìn)給速度為15000mm/min ,進(jìn)給速度范圍為： 112000mm/min,設(shè)定快速定位速度為 4m/min。初步確定工作臺(tái)尺寸及重量；滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算和選型；滾動(dòng)導(dǎo)軌 的設(shè)計(jì)計(jì)算和選型；步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)計(jì)算和選型；聯(lián)軸器的選擇；絲杠支承座的選擇。(1)初步確定工作臺(tái)尺寸及其重量根據(jù)機(jī)床能夠加工的最大工件尺寸 240X 260mm,最大重量200kg 。根據(jù)給定的有效行程，畫(huà)出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖，估算 X向和Y向工作臺(tái)承載重量Wx 和 Wy o估算：取X向?qū)к墳槟暇┧嚬ぱb備制造

2、有限公司的鋁合金結(jié)構(gòu)數(shù)控單坐標(biāo)工作臺(tái)DZQH320,簡(jiǎn)圖如下：工作臺(tái)X向拖板（上拖板）尺寸為：簡(jiǎn)圖C1*C2*W=124X 124X （78-47）=476656mm3重量:按重量=體積*材料比重估算為：Wx = 476656mm3 義 2.8g/cm3 義 10N/kg=13.346368N= 13.35NY向拖板（下拖板）尺寸為：重量 WY =124X 124X 31mm3X2.8g/cm3X 10N/kg=13.346368N= 13.35N上導(dǎo)軌，材料為20Cr,重量為CXL?XH?=124X510X 47=291400mm3重量:按重量=體積*材料比重估算為：W?=291400mm3

3、 X 7.82g/cm3 X 10N/kg=22.78748022.79N切焊機(jī)及液壓缸、電機(jī)等重量約 200NX-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為：W=13.35+13.35+22.79+200=249.49N取 W=300N初選滾珠絲杠材質(zhì)：GCU5鋼，HRC=5860, Z向滾珠絲杠的導(dǎo)程：l0=5mm強(qiáng)度計(jì)算絲杠軸向力：Fmax =KFx,yf(Fz Wx,y)(N)其中：K=1.15,滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.0030005;在車(chē)床車(chē)削外圓時(shí)：Fx=(0.10.6)Fz, Fy=(0.150.7)Fz,可取 Fx=0.5Fz, Fy=0.6Fz計(jì)算。取 f=0.004, Fz =400 則：F

4、X -0.5FZ -0.5 2000 -1000NFY =0.6FZ =0.6 2000 =1200NFXmax =1.15 1000 0.004(2000 671.58) = 1045.686 NFy =1.15 1200 0.004(2000 655.2) =1252.621Nmax壽命值：L =60nT610,其中絲杠轉(zhuǎn)速vmax n =l0(r/min)T =15000h_vmaxn 壽命值：L =60nT610,其中絲杠轉(zhuǎn)速vmax n =l0(r/min)T =15000h_vmaxn 二l02000=400r/min560 400 15000106二 360最大動(dòng)載荷：Q =3

5、LfH TwF第二章滾珠絲杠的選擇1.1結(jié)構(gòu)形式和主要參數(shù)初選X、Z向滾珠絲杠為內(nèi)循環(huán)插管式雙螺母墊片式調(diào)整定位滾珠絲杠 FFZD3205-3 型，3 級(jí)精度。P=5, do=32mm, Dw=3.5mm , j 米=1刈，入=2o51rs=0.52Dw=1.82,螺紋右旋。工作轉(zhuǎn)速n和等效轉(zhuǎn)速nm轉(zhuǎn)速在nmax與nmin之間變化時(shí),(1-1)(1-2)nm = 0.5(n max - n min)(1-1)(1-2)而 nmin=0,則Vmax4 1000 匚P=-T =5，nmax in max1故 nmax=800r/min, nm = 0.5 乂 800 = 400(r/ min)軸向

6、工作載荷F和等效軸向載荷Fm軸向載荷在Fmax和Fmin之間作周期性變化時(shí)，1(1-3)Fm = (2F max F min)I(1-3)3而Fmin=0,工作時(shí)無(wú)切削力，故Fmax為最大靜摩擦力；取 Wx=1000N,Wz=2000N,滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的 懺=0.005,則FmaxX =0.005 1000 =5(N)Fmax Z =0.005 2000 =10(N)故Fm XFm x=(2X5+0)/3 = 3.333N, Fm - Z=(2 X 10+0)/3=6.667N。、壽命計(jì)算(一)基本額定動(dòng)載荷由表 6.2-13 知 Ca=11.7kN=117000No(二)壽命條件Cd KhK

7、FKHKL 工CaFmKnKh一壽命系數(shù)，Kh=(Lh/500)1/3=(15000/500)1/3=3.107, Lh一工作壽命，查表6.210,取 15000h;Kf一載何系數(shù),表6.2-11,取1.0;Kh一動(dòng)載荷硬度影響系數(shù)，表 6.2-14,取1.0;Kl一短行程系數(shù)，表6.2-15,取1.0;Kn轉(zhuǎn)速系數(shù)，Kn=(33.3/nm)1/3=(33.3/400)1/3= 0.437。故 Cax=117000N (3.107X 1.0X 1.0X 1.0 X 3.333+ 0.437)N = 23.697N,Caz=117000N(3.107X 1.0X 1.0X 1.0X 6.667+

8、 0.437)N= 48.061N,均滿(mǎn)足壽命要求。五、靜載荷條件(一)基本額定靜載荷由表 6.2-13 知 Coa=31400N(二)靜載荷條件Coa KfKhFeKh一靜載荷硬度影響系數(shù)，查表6.2-14,取Kh=1.0。則 Coax=31400N (1.0 X 1.0X 3.333)N=3.333N,Coaz=31400N(1.0X 1.0X 6.667)N=6.667N,均滿(mǎn)足壽命要求。六、絲杠的強(qiáng)度(一)螺旋傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩TT=Fmd0tan(入 +T)/2fT一滾珠絲杠副的當(dāng)量摩擦系數(shù)，取 0.005;(|)t當(dāng)量摩擦角，由fT=0.005得小t=17。則 TX=3.333X32Xta

9、n(2 51 +17 )/2= 2.919(N mm),Tz=6.667X 32Xtan(2 51 +17 )/2= 5.839(N mm)。(二)當(dāng)量應(yīng)力(7盧)2 +3()2、 女20.2d23由產(chǎn)品列表知d2=28.9mm,則(x= ,(4X3.333)2 +3x( 2.919 )2 =5.190X 103(MPa) t28.920.2 X28.93除(4 -)2 +3X( 5.839 )2 = 10.382xi03(MPa) t28.920.2 X28.93(三)強(qiáng)度條件(T & (T b一絲杠材料的許用應(yīng)力，由表 6.2-7選材料為GCr15, HRC=5860;由表6.1-15知(

10、t=(0.20.33) s=(0.20.33)X480=(96158.4) (MPa)故(X 4日均滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。七、絲杠的剛度(一)軸向載荷F產(chǎn)生的軸向變形量6f采用一端固定，另一端錢(qián)支的支承方式，則(F=Fm(F=FmLjEALj絲杠的計(jì)算長(zhǎng)度，有效行程 Lu=L+L 1,工作臺(tái)行程LX=300mm,LZ=1600mm,螺母長(zhǎng)度L1=85mm,取 Lj X=Lu X=385mm, Lj Z=Lu Z=1685mm；E一絲杠材料的彈性模量，鋼材的 E=2.07X 105MPa；A一絲杠的計(jì)算截面積， A=兀(d0-Dw)2/4=兀(32-3.5)2/4 = 637.616 (mm2)。則陞=

11、2.073?曹5.616 /97 10-5 (mm)= 8.511X10-5 (mm), z= 8.511X10-5 (mm)2.07 105 637.616(二)轉(zhuǎn)矩T產(chǎn)生的軸向變形量TLP-2 啟IpG一G一絲杠材料的切變模量，鋼材的G=8.3X 104MPa；Ip一絲杠計(jì)算截面的極慣性矩，Ip= Hd0-Dw)4/32= K sK b一絲杠允許的軸向剛度，點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床K?。?820）X104（N/mm）故 KxKb, KzKb,均滿(mǎn)足剛度條件。八、絲杠的穩(wěn)定性（一）柔度入r入二（jLw/i長(zhǎng)度系數(shù)，查表6.1-17,=0.7;Lw絲杠的最大工作長(zhǎng)度，Lw X=385mm, Lw Z

12、=1685mm；i一絲杠危險(xiǎn)截面的慣性半徑，i=d2/4=28.9/4=7.225 （mm）0.7 3850.7 3857.225= 37.301,0.7 父1685 163.256 07.225由于Lx8590,貝U Fo=羋A 尢A一絲杠危險(xiǎn)截面的面積（mm2）, AA一絲杠危險(xiǎn)截面的面積（mm2）, Az=：d22 _ 兀父 28.922、= 655.640 (mm )。則 Fo Z=京 2.07 1 05 655.640一一一2163.256=0.502 X 105(N)。（三）穩(wěn)定性的合格條件0 502 105 _ 3Fo Z/Fm z= 502，0 = 7.530X 103(N)

13、2.5-4, 6.667故Z向絲杠也滿(mǎn)足穩(wěn)定性條件。九、傳動(dòng)效率（一）由轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)橐苿?dòng)時(shí)tan入=ta2巧1=。9 tan（入 ?。﹖an（2 51 17）十、驅(qū)動(dòng)功率（一）由轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)橐苿?dòng)時(shí)P=Hn2 10與 95501可一從動(dòng)力源到絲杠間的機(jī)械效率，取 0.909。Px=Px=2.919 400 109550 0.909= 0.135X 10-3(kW)Px=Px=5.839 400 109550 0.909 1= 0.269X 10-3(kW)十一、潤(rùn)滑滾珠絲杠副的潤(rùn)滑一般多采用潤(rùn)滑脂（鋰基脂）充填在螺母內(nèi)部及涂在 絲杠螺紋滾道上，或滴油潤(rùn)滑（20或30號(hào)機(jī)械油）。十二、防護(hù)由于滾珠絲杠螺母

14、副在機(jī)床上外露，故采用封閉式的防護(hù)罩，選擇螺旋彈簧 鋼帶套管防護(hù)罩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇設(shè)擬選用三相、0.6步距角的型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，使用直接驅(qū)動(dòng)方式，則傳動(dòng)比i=1 o一、軸向力由于無(wú)外力，故軸向力僅為摩擦力，F(xiàn)=MM一工作臺(tái)重量，X向?yàn)?00kg, Z向?yàn)?00kg0工作臺(tái)摩+S系數(shù)，取0.005。故 Fx=0.005X100=0.5kgFz=0.005X 200=1.0kg二、換算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩丁 FP gP Tl =2冗42冗P-導(dǎo)程，5mm=0.5cm；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率，0.909;卬一絲杠螺母的摩擦系數(shù)，0.10.3,取0.3;F。一螺母的預(yù)壓載荷，取；F。3“1 八 一則 Ti

15、x= 0則 Ti x= 0.552 冗 0.909+3-0.048 (kg - cm)2 TOC o 1-5 h z c c 1， C0 31 0 5.5Ti z= -1-05 +3z= 0.096 (kg - cm)l 2 冗 0.9092三、滾珠絲杠螺母的慣量 冗Jb= 冗Jb= 32pLbDb4廠材料密度，鋼一般取7.8X10-3kg/cm3;Lb螺母長(zhǎng)，85mm=8.5cm;Db 一絲杠公稱(chēng)直徑，32mm=3.2cm。Jb=扭 7.8 父 10葭 8.5 父 3.24 = 0.682 (kg - cm2)四、工作臺(tái)慣量P 2Jt=M( P- )2 2九故 Jt x=100X( 0.5

16、)2=0.634 (kg cm2) 2兀0 5 22Jt z=200X()21.268 (kg cm2)2兀五、負(fù)載慣量JL=JB+Jt貝U Jl x=0.682+0.634=1.316 (kg cm2)2、Jl z=0.682+1.268=1.950 (kg - cm )空載起動(dòng)頻率根據(jù)以上計(jì)算可初步選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其慣量為4.5kg - cm2,空載起動(dòng)頻率fs=1600Hz,空載運(yùn)行頻率為30kHz。六、由要求轉(zhuǎn)速可求出運(yùn)行頻率f=v/lv一移動(dòng)速度,v一移動(dòng)速度,vmax=4m/min=4000mm/min ；ll一脈沖當(dāng)量，0.0025f=400060 f=400060 0.0025=

17、 26666.667 (Hz)可知需加減速驅(qū)動(dòng)方式七、需要的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T=Tac可知需加減速驅(qū)動(dòng)方式七、需要的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T=Tac+TiTac =s一步數(shù)/轉(zhuǎn),ss一步數(shù)/轉(zhuǎn),s二酗36020000.18(步/轉(zhuǎn));t一加速時(shí)間,取t=0.025s；g重力加速度，9.8m/s2=980cm/Jf一最大驅(qū)動(dòng)頻率，26666.667Hz。T AC X =1.316T AC X =1.3169802 兀 26666.6670.025 2000= 4.498 (kg - cm)= 6.664 (kg - cm)tac z=1950 226嚅7= 6.664 (kg - cm)9800.025 20

18、00故 Tx=Tac x+Ti x=4.498 +0.048=4.546 (kg - cm)Tz=Tac z+Ti z=6.664 +0.096=6.760 (kg - cm)故所選90BYG350C型混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和KND-BD3H驅(qū)動(dòng)器能滿(mǎn)足要求八、驗(yàn)證運(yùn)行所需轉(zhuǎn)矩=%、”；運(yùn)行所需轉(zhuǎn)矩=%、”；貝 UI X =MM+ 0.048 = 19.925 (kg - cm) TOC o 1-5 h z 9801800.025(g c)-1.95 4.5 3.14 0.18 26666.667Tz =XM + 0.09622.140 (kg - cm)9801800.02562而6N m=Ex102N m=61.224N - m,均能潴足X、Z電動(dòng)機(jī)所需轉(zhuǎn)矩。9.8其中,x軸安全系數(shù)=Tmx6其中,x軸安全系數(shù)=Tmx64.546 9.8 10，=13.