1.滚珠丝杠及电机选型计算 1.1 确定滚珠丝杠副的导程 根据电机额定转速和X 向滑板最大速度，计算丝杠导程。X 向运动的驱动电机选择松下MDMA152P1V ，电机最高转速为4500rpm 。电机与滚珠丝杆通过联轴器连接，传动比为0.99。X 向最大运动速度24m/min ，即24000mm/min 。则丝杠导程为 max max 24000/ 5.390.994500 h P V i n =?=≈? 实际取mm P h 10=，可满足速度要求。 1.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 滚动导轨承重时的滑动摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为0.006。则导轨静摩擦力： 000.0065009.84549.4F M g f N μ=??+=??+?= 式中： M ——工件及工作台质量， M 为500kg 。 f ——导轨滑块密封阻力，按4个滑块，每个滑块密封阻力5N 。 由于该设备主要用于检测，丝杠工作时不受切削力，检测运动接近匀速，其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有： max min 60/6024/10144h n n v P rpm ≈=?=?= max min 049.4F F F N ≈≈= 滚珠丝杠副的当量载荷： max min 0249.43 m F F F F N +=≈= 滚珠丝杠副的当量转速： max min 1443 m n n n rpm += = 1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 1.3.1按滚珠丝杠副的预期工作时间计算： 49.41253.0310010011 m w am a c F f C N f f ?===?? 式中： m n ——当量转速，max min 1443m n n n rpm += = h L ——预期工作时间，测试机床选择15000小时 w f ——负荷系数，平稳无冲击选择w f =1
一、滚珠丝杠的特长 1、1驱动扭矩仅为滑动丝杠的1/3 滚珠丝杠是滚珠丝杠与螺母间的螺纹沟槽做滚动运动，因此可获得高效率，与过去的滑动丝杠相比，驱动扭矩仅为1/3以下（图1与2）。从而，不仅可将旋转运动变为直线运动，而且可以容易地将直线运动变成旋转运动。 图1：正效率（旋转→直线）图2：反效率（直线→旋转） 1、1、1导程角的计算法 ……………………………………（ 1 ） β：导程角（度） d p：滚珠中心直径（mm） ρh：进给丝杠的导程（mm）
1、12推力与扭矩的关系 当施加推力或扭矩时，所产生的扭矩或推力可用（2）~（4）式计算。（1）获得所需推力的驱动扭矩 T：驱动扭矩 Fa：导向面的摩擦阻力 Fa=μ×mg μ：导向面的摩擦系数 g：重力加速度（ 9.8m/s2） m：运送物的质量（ kg ） ρh：进给丝杠的导程（ mm ） η：进给丝杠的正效率（图1） （2）施加扭矩时产生的推力 Fa：产生的推力（ N ） T：驱动扭矩（N mm ） ρh：进给丝杠的导程（ mm ） η：进给丝杠的正效率（图1）
（3）施加推力时产生的扭矩 T：驱动扭矩（N mm ） Fa：产生的推力（ N ） ρh：进给丝杠的导程（ mm ） η：进给丝杠的正效率（图2） 1、1、3驱动扭矩的计算例 用有效直径是：32mm，导程：10mm（导程角：5O41’的丝杠，运送质量为500Kg的物体，其所需的扭矩如下 （1）滚动导向（μ=0.003） 滚珠丝杠及（μ=0.003，效率η=0.96） 导向面的摩擦阻力 Fa=0.003×500×9.8=14.7N 驱动扭矩 （2）滚动导向（μ=0.003） 滚珠丝杠及（μ=0.2，效率η=0.32）
HJG-S系列滚珠丝杠副的主要性能选择 1 、轴向载荷、寿命 （1）、额定动载荷 Ca 一批相同的滚珠丝杠副 , 在轴向载荷 Fa 的作用力以较高的速度运转 10 ° 转 , 其 90% 的滚珠丝杠副不产生疲劳剥伤 , 此时的轴向载荷 Fa 称为该规格的额定动载荷 (Ca), 此值可在 HJG-S 具体尺寸规格表中查得。 （2）、额定静载荷 Cao Cao 系指滚珠丝杠副在静止（或转速较低）状态下，承受最大接触应力的滚珠和滚道接触面的塑性变形量之和为钢球直径的万分之一时的轴向载荷，此值可在 HJG-S 具体尺寸规格表中查得。 （3）、回转寿命 L 式中： L---- 加转命令： Ca---- 额定动载荷（ N ）： Fa---- 轴向载荷（ N ）： Fw---- 载荷系数。 无冲击载荷平滑运动时 Fw=1.0-1.2 普通运动时 Fw=1.2-1.5 冲击振动时 Fw=1.-2.5 (4) 、时间寿命 Lh 式中： Lh---- 时间寿命； L---- 回转寿命； n---- 转速（转 / 分） 2 、按预期工作时间确定预期额定动载荷 Cam 式中： Lh---- 预期工作时间（小时）见表 a ； fa---- 精度系数见表 b ； fc---- 可靠性系数一般 fc=1 ； fw---- 负荷系数见表 c 。 ---- 当量转速（转 / 分） Fm---- 表示当量载荷（ N ） 表 a 各类机械预期工作时间 Lh （小时）
机械类型 工作时间 普通机床 5000—10000 普通机床 10000—15000 数控机床 20000 精密机床 20000 测试机床 15000 航空机械 1000 表b 精度系数 1.2.3 4.5 7 10 fa 1.0 0.9 0.8 0.8 表c 负荷系数 无冲击、平稳 轻微冲击 伴有冲击、振动 fw 1—1.2 1.2—1.5 1.5—2 3、滚珠丝杠副的预加负荷 （1）、滚珠丝杠、螺母间的预加负荷FP 为了消除轴向间隙，增加滚珠丝杠副的刚性和定位精度，在丝杠螺母间加以预加负荷FP。过大的FP值将引起滚珠丝杠副寿命下降及摩擦力矩增大，而FP过小，会出现轴向间隙，影响定位精度，因此在一般情况下： 取 Fp=Fm/3 试中:Fp---预加载荷；Fm---当量载荷（N）；当轴向载荷不能确定时取Fp=Ca/(8-10) （2）、对预拉但滚珠丝杠副的行程补偿值C和预拉伸力FPL 为补偿因工作温度升高而引起的丝杠伸长，保证滚珠丝杠在正常使用时的定位精度和滚珠丝杠的系统刚度要求较高的高精度滚珠丝杠副，其丝杠轴需进行预加负荷拉伸。一般下列方法实现。 1 ）、滚珠丝杠轴在制造时，可提出目标行程的行程补偿值 C C=a. △ t.Lu=11.8 △ tLu. 式中： C ---- 行程补尝值（ um ）；△ t ---- 温度变化值。一般取 2 ℃—3℃；Lu----滚珠丝杠副的有效行程（mm）; a----丝杠的线膨胀系数11.8× /度 2）、滚珠丝杠副安装时丝杠的拉伸力Fpl 式中：Fpl----预拉伸力（N）；△ t ----滚珠丝杠的温升，一般为2-3；d2----滚珠丝杠螺纹底径（mm）； E----杨氏弹性模量:2.1x105N/mm2 4、滚珠丝杠副的极限转速与允许转速 滚珠丝杠副的极限转速主要是指滚珠丝杠副在高速运转时，避免产生共振现象，使滚珠丝杠副正常运转。 式中：----极限转速（转速/分）；K----安全系数，一般取0.8；Lb----安装间距；
研究意义： 行星滚柱丝杠作为一种新型的传动装置，具有摩擦小、效率高、寿命长、体积小、承载能力强等特点，被广泛的应用于精密仪器、数控机床、武器装备、工业机器人、医疗器械的制造和航空航天等领域。 性能优势： 滚柱丝杠与滚珠丝杠的传动原理类似，但是用螺纹滚柱代替了滚珠丝杠中的滚珠作为丝杠和螺母之间的传动体，增加了接触点的数量，所以比滚珠丝杠具有更优越的性能。 行星滚柱丝杠的中心丝杠与螺母分别与滚柱啮合，在滚柱与丝杠和螺母螺旋升角相同的情况下，传动过程中没有相对滑动，与滚柱丝杠副一样，各部件之间的摩擦都为滚动摩擦，将大大减小传动摩擦阻力，传动效率将得到很大提高，传动部件经过表面工艺处理后，滚动摩擦产生的磨损极小，因此将大大提高使用寿命。（滚动摩擦的优点、与滚珠丝杠共有） 滚柱丝杠副较滚珠丝杠副有更多的接触点，可以提供更高的额定动载和静载，并且接触点的增多将大幅提高刚度和抗冲击能力。在相同载荷条件下，滚柱丝杠相对于滚珠丝杠占用更小的空间，并且使用寿命延长了10倍以上。（多接触点的优点） 滚柱丝杠副的螺纹滚柱两端通过齿轮啮合，这可以保证滚柱与丝杠和螺母间啮合传动的同步性，避免个别滚柱打滑造成干涉。这种滚柱周向相对固定的结构使得滚柱丝杠相对滚珠丝杠可以提供更大的速度和加速度。（滚柱周向相对固定优点） 由于滚柱丝杠用螺纹滚柱代替了滚柱，克服了滚珠直径对传动机构的限制。由于没有了滚柱直径的限制，滚柱丝杠可以采用比滚珠丝杠更小的导程，实现在小导程下的高速传动，振动小，噪音低。丝杠是小导程角的非圆弧螺纹，有利于提高导程精度，实现精密微进给，提高传动精度。（小导程的优点） 应用前景： 行星滚柱丝杠以上诸多优点给其带来了广阔的应用前景。滚柱丝杠具有较高承载能力和较快速度，除了可以代替梯形丝杠，滚珠丝杠外，在一定情况下可以代替气缸和液压缸的作用。其配置简单，不需要诸如阀门、泵、过滤器、传感器
上银滚珠丝杆的安装注意事项 (1) 上银滚珠丝杆有必要坚持彻底的清洗而且用防锈油作好防护，应格外注意不行使尖锐物或刀具碰击牙型外表及不行让任何铁屑进入螺帽内部；而且拼装轴端外径亦不行磕碰擦伤。 (2) 挑选适用的精度等级丝杆，依拼装规范程序装置。研磨级丝杆多用于高精度机械，有必要准确的校对及选用适宜的精细螺母组合。转造级丝杆适用于精度较不高的场合，如包装机械…等，即可选用精度较不高的支撑螺母组合。格外重要是，防止支撑座与螺帽的偏疼，形成负荷的不均。不均匀负载含径向力及扭矩，都能够形成故障及寿数减低。 (3) 为了使上银丝杆到达最高寿限，凡一建议您运用富含润滑剂之轴承用油，可是油中含石墨及二硫化钼(MoS2)的在外。油脂有必要坚持填注于钢珠及珠槽上。油浴式或滴油式给油法皆可，但以直接给油到螺帽内为佳。 (4) 格外要注意的是，当安装丝杆于机械上，请勿击打螺母或弯管，同时不行让螺母与丝杆别离或过行程‐螺母部份行程脱离丝杆。如果如此则会形成钢珠脱离珠槽。 (5) 挑选适宜的轴端支撑轴承组合。 (6) 在丝杆两头应该装置防撞器或不出牙规划以防止螺母过行程，致使丝杆遭到破坏。 (7) 上银滚珠丝杆最佳运用伸缩式维护套来维护，以防止受到环境中尘埃或铁屑的污染。若有碎屑或异物进入螺母内，则会形成丝杆只剩十分之一寿数。运用伸缩式须要在法兰上加螺纹孔以固定之。 (8) 若选用内循环或端盖式循环的上银丝杆，则其一端螺纹有必要出牙且肩部最大尺度，有必要小于根径0.5~1.0mm，若需求肩部尺度大于根径亦可，但将有螺纹线留于肩部上便于螺母装入。 (9) 丝杆热处理时于接近肩部加工的螺纹牙部份有10～20mm长度须坚持软化，以便于加工肩部。 (10) 过大的预压力将形成冲突扭矩的大增及温升效应而使得预期寿数的减短。但太低的预压力，会使得丝杆刚性缺乏及添加失步的能够性。凡一建议您，以不超越8％动负荷为预压力最大值；于自动化 X‐Y渠道组织以不超越5％动负荷为预压力最大值。
深圳tbi滚珠丝杠选型计算举例 选取的滚珠丝杠转动系统为： 磨制丝杠(右旋) 轴承到螺母间距离(临界长度) l n = 1200mm 固定端轴承到螺母间距离 L k = 1200mm 设计后丝杠总长 = 1600mm 最大行程 = 1200mm 工作台最高移动速度 V man = 14（m/min） 寿命定为 L h = 24000工作小时。 μ= 0.1 （摩擦系数） 电机最高转速 n max = 1800 （r/min） 定位精度： 最大行程内行程误差 = 0.035mm 300mm行程内行程误差 = 0.02mm 失位量 = 0.045mm 支承方式为(固定—支承) W = 1241kg+800kg （工作台重量+工件重量） g=9.8m/sec2(重力加速度) I=1 (电机至丝杠的传动比) Fw=μ×W ×g = 0.1×2041×9.8 ≈ 2000 N(摩擦阻力) 运转方式 轴向载荷 F a=F+F w（N） 进给速度 (mm/min) 工作时间比例
无切削F1=2000V1=14000q1=15轻切削F2=4000V2=1000q2=25普通切削F3=7000V3=600q3=50重切削F4=11000V4=120q4=10 F a --- 轴向载荷（N） F --- 切削阻力（N） F w --- 摩擦阻力（N） 从已知条件得丝杠编号： 此设计丝杠副对刚度及失位都有所要求，所以螺母选形为：FDG（法兰式双螺磨制丝杠） 从定位精度得出精度精度不得小于P5级丝杠 FDG_-_X_R-_-P5-1600X____ 计算选定编号 导程 = 14000/18000≈7.7mm 在此为了安全性考虑：P =10(mm) 运转方式进给速度 (mm/min) 进给转速 (r/min) 无切削V1=14000n1=1400 轻切削V2=1000n2=100 普通切削V3=600n2=60 重切削V4=120n2=12平均转速 平均载荷
滚珠丝杠的设计计算与选用 滚珠丝杠 滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。 滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。 1)与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。 2)高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度·湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。 3)微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。 4)无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。 5)高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。
滚珠丝杠副特性 ?传动效率高 滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%～98%，为传统的滑动丝杠系统的 2～4倍，如图1.1.1所示，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可 由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。 ?运动平稳 滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 ?高精度 滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。 ?高耐用性 钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。 ?同步性好 由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 ?高可靠性 与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工作。 ?无背隙与高刚性 滚珠丝杠传动系统采用歌德式（Gothic arch）沟槽形状（见图 2.1.2—2.1.3）、使钢珠与沟槽达到最佳接触以便轻易运转。若加入适当 的预紧力，消除轴向间隙，可使滚珠有更佳的刚性，减 ?少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。 现代制造技术的发展突飞猛进，一批又一批的高速数控机床应运而生。它不仅要求有性能卓越的高速主轴，而且也对进给系统提出了很高的要求：(1)最大进给速度应达到40m/min或更高；(2)加速度要高，达到1g以上；(3)动态性能要
计算举例 某台加工中心台进给用滚珠丝杠副的设计计算: 已知: 工作台重量 W 1=5000N 工作及夹具最大重量W 2=3000N 工作台最大行程 L K =1000mm 工作台导轨的摩擦系数:动摩擦系数μ=0.1 静摩擦系数μ0=0.2 快速进给速度 V max =15m/min 定位精度20 μm /300mm 全行程25μm 重复定位精度10μm 要求寿命20000小时(两班制工作十年)。 表1 解： 1) 确定滚珠丝杠副的导程 max max h i n V P =? ::/min :/min :h max max mm m r i P V n 滚珠丝杠副的导程 工作台最高移动速度 电机最高转速 传动比 因电机与丝杠直联，1i = 由表查得 max 15/min m V =
max 1500/min n r = 代入得， 10h mm P = 2)确定当量载荷 112() m s n F F F W W P μ==+++ 可求得： 12342920,1850,1320, 800,1290m F N F N F N F N F N ===== 3)确定当量转速 112212/min m n t n t n r t t ++???==++??? 230 4）预期额定动载荷 ①按预期工作时间估算。 按表3-24查得：轻微冲击取.w f =13 按表3-22查得：精度等级1-3取.a f =10 按表3-23查得：可靠性97%取.c f =044 已知h L h =20000 得：nm a c C N = =24815 ②拟采用预紧滚珠丝杠，按最大负载max F 计算， 按表3-25查得：中预载取：.e f =45 max F F N ==12920，代入得 ' max am e C f F N ==13140
一．载荷计算 行星滚柱丝杠在实际使用中, 很多情况下丝杠的速度及所承受的轴向载荷都是变化的。为计算当量动载荷, 首先须计算出丝杠所受的平均载荷。 当速度不变时, 所受载荷也是固定不变的，而当速度改变时, 载荷也随之而变。此时作用在丝杠上的平均载荷可由下式计算： 若速度及载荷方向不变, 而载荷大小在其最大值及最小值之间变化, 此时平均载荷可由下式计算： 从而可计算出当量动载荷： 根据计算出的当量动载荷, 就可以选取合适的丝杠。此外, 还应进行静载荷计算。
二．驱动力矩 丝杠加速时所需总的驱动力矩可由下式计算： 行星滚柱丝杠的效率取决于其工作条件： 它在任何条件下都不会自锁, 丝杠和螺母都可以作为主动件，因此,其效率有正效率，将旋转运动变为直线运动，和逆效率 直线运动，变为旋转运动, 其计算公式如下： 三．临界速度
行星滚柱丝杠的临界转速由下式计算： 高速切削技术在我国尚处于起步阶段, 行星滚柱丝杠作为一种新型的高效丝杠将会逐步得到实际应用。 . ------- 【一种新型的高速进给传动机构--行星滚柱丝杠】
滚柱丝杠副具有较大接触半径的滚动体(图1, R 可看作为等效滚珠半径) , 这样在导程小到只有1 或2mm 时仍可获得很高的承载能力(约为滚珠丝杠副的20 倍) ,并且强度高, 可靠性好。 此外, 和滚珠丝杠副相比, 行星式滚柱丝杠副还具有寿命长、振动小、噪声低、螺母和螺杆易分离等优点 行星式滚柱丝杠副的工作原理是螺杆转动, 推动滚柱沿螺杆和螺母组成的滚道作行星式运动。当将螺杆、滚柱和螺母的接触半径及头数控制到一定的数值时, 螺母与滚柱在轴向近似无相对运动, 螺母与滚柱同步地沿螺杆的轴线运动。 滚柱与螺杆及螺母的接触为点接触, 滚柱两端有外齿轮; 内齿环4 安装于螺母的两端, 与滚柱两端的齿轮相啮合。这两个齿轮副的啮合保证螺母与滚柱协调工作, 减小导向螺杆的滑动, 保持滚柱工作时的一致性; 导环5 保证各滚柱间有相同的间距, 避免相互间摩擦, 改善受力状态。 主要由丝杠、螺纹滚柱、齿圈、保持架和螺母等组成。螺纹滚柱为单头螺纹, 均匀排列在螺母的内螺纹圆周上, 其螺旋角与螺母相同, 以确保滚柱在螺母内不产生轴向窜动。
文件名称: 丝杆导轨检验规范生效日期:2015.01.01 发行部门文控中心发放号 版本序号修改章节修订内容修订人生效日期A/0 新版发行胡春荣2015.01.01 A/1 编制：制订人 日期：审核： 管理者代表 日期： 批准： 总经理 日期： 文件派发 总经理、工程部、生产部、品质部、后勤部、市场部
文件名称: 丝杆导轨检验规范生效日期:2015.01.01 1.目的 本标准规定了机加零件加工和检验过程中应遵循的基本原则及通用规范。 2.适用范围 适用于本公司机加件产品检验 3.操作说明 3.1术语定义。 3.1.1A级表面：在使用过程中经常被客户看见且被关注的部分。 3.1.2B级表面：在使用过程中常常被客户看见的部分但不会过分关注。 3.1.3C级表面：在使用过程中很少被客户注意到的表面部分。 3.2检验方案。 3.2.1抽检项：尺寸、外观按《抽样计划作业指导》执行；必要时检验性能按每批次抽取1PCS 检验，AC/RE=0/1；其他文件另有规定的按文件执行。 3.3 检验。 3.3.1外观： 3.3.1.1 外观检验条件及方法: --视力：校正视力1.0以上。 --目视距离：检查物距离眼睛A级面约40cm, B、C级面约70cm远。 --目视角度：45度~90度（检查时产品应转动）。 --目视时间：A级面15秒/面,B、C面10秒/面。 --灯光：大于500 LUX的照明度或公司车间正常照明度。 3.3.1.2 表面光滑、平整、无毛刺、变形、锈蚀、裂纹、压折、夹渣、气孔等；预埋件、铆接 件应牢靠、无松动，螺纹无缺损、无腐蚀等；不允许有加工遗留物存留在物件上； 3.3.2一致性： 同批来料，其外形、规格尺寸、使用材料、加工工艺、表面处理、互换性、颜色、字唛、包装等均应有良好的一致性。 3.3.3螺纹检验：加工过程中用螺纹塞规/环规检验，需“通规通、止规止”才可判定合格；成 品检验时按照客户要求选择实配或经螺纹塞规/环规检验合格的螺母/螺钉检验螺纹，能顺畅通过或装配即合格。 3.3.4钢性材料加工后若残留磁性须进行退磁处理。（达到不吸引缝衣服针程度） 3.3.5 表面处理：
滚珠丝杠的选型计算 摘要： 随着机床及自动化行业的高速发展，滚珠丝杠的使用变得越来越广泛。许多机械工程师在对自己的设备所需要的滚珠丝杠选型时，面对丝杠资料上给的复杂的计算公式和繁杂选型步骤，感觉无从下手，不知道那些是需要重点考虑的关键点。为了使滚珠丝杠的选型步骤更为清晰简便，更既具备可操作性，我结合多年来丝杠的选型经验，对丝杠的选型做了一些归纳、简化，让丝杠的选型选型更为简单明了。顺便对应的伺服电机的选型也做说明。 关键词：滚珠丝杠、计算选型、伺服电机、机床、自动化。 一、确认使用条件： 1、被移动负载的质量：M (KG) 2、丝杠的安装方向：水平、垂直、倾斜； 3、沉重导轨的形式：线轨、平面导轨、 4、丝杠的行程：L (mm) 5、负载移动的速度：v (m/s) 6、负载需要的加速度：a (m/s^2) 7、丝杠的精度：C3到C7级 8、丝杠使用的环境：特殊环境需求的考虑。 二、简化计算选型： 举例，使用条件如下： 1、被移动负载重量：M=50kg; 2、安装方向：垂直安装; 3、导轨形式：线性滑轨 4、速度：v=0.2m/s 5、加速时间：t=0.1s 6、行程：1000mm； 7、精度：0.1mm 三、计算过程： 1、计算加速度：a=v/t=0.2/0.1=2m/s^2 (v：速度；t：加速时间) 2、计算丝杠的最大轴向力：F=Mgμ+Ma +Mg (水平运动，去除Mg选型，M负载重
量；g重力加速度9.8；μ：摩擦系数，平面导轨取值0.1，线轨取值：0.05；a加速度) F=50*9.8*0.05+50*2+50*9.8=614.5N 3、计算出丝杠的轴向负载以后，选型会出现两个分支，一种情况是客户不知道设备的设 计寿命年限，以及每一年中丝杠的使用平率，不做精确的丝杠寿命校核。那么我们推荐一种简单可行的方法，就是查询丝杠资料中的动负荷值C。结合第7项精度0.1mm 的要求，我们推荐常备FSI螺帽形式的丝杠，尺寸参数表如下： 根据丝杠的轴向推力：F=614.5N=62.7kgf；我们推荐将F乘以4~8之间的一个系数，对于使用平率低，可靠度要求不高的情况，我们推荐4倍系数，对于可靠度要求较高，我们推荐8倍的系数。 根据举例：F*8=62.7*8=501.6kgf；查询丝杠的表格，16-5T3的丝杠，其动负荷是1000kgf； 大于501.6kgf，所以16-5T3的丝杠可以满足要求；该型号表示，丝杠的公称直径为16mm；丝杠导程为5mm； 4、对于丝杠寿命有明确要求的选型，举例如下： 根据此前的举例，丝杠用20s做一次往返运动，停留10s在进行下一个循环。每天工作16小时，每年工作300天，设计寿命10年。则计算丝杠的转数寿命为： L=1000/5*2*2*60*16*300*10 (1000是行程，5是导程，2是往返，2是每分钟2次，
（四）滚珠丝杠选择 1、滚珠丝杠工作长度计算 余量行程工作台l l l l ++= 丝杠工作长度：mm l X 44020320100=++= 丝杠工作载荷：N F X 500= 丝杠的工况均为：刷鞋机每天开机6小时；每年300个工作日；工作8年以上。 丝杠材料：CrWMn 钢；滚道硬度为58~62HRC ；丝杠传动精度为mm 04.0±。 平均转速n=125r/min （min /1254 1000 5.01000 r p v n =?= ?= 工作台） 2、计算载荷C F 求解 N N F K K K F m A H F C 5505000.10.11.1=???== 查《机电一体化设计基础》表2-6；2-7；2-8的0.10.11 .1===A H F K K K ；；，查表2-4取C 级精度。 表2-6 载荷系数 表2-7 硬度系数 表2-8 精度系数
3、额定动载荷计算a C '计算 寿命：h L h 1440083006=??=' N N L n F C h m C a 31601067.1144002005501067.13434≈???? ? ????=?'=' 4、滚珠丝杠副选择 假设选用FC1型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷a C 等于或稍大于a C '的原则，选汉江机床厂出品的，N C a 5393=， 其参数如下： 5、稳定性验算 1） 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数 S ，其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数[S]（见表2-10） 丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷cr F （N ）按下式计算：
行星滚柱丝杠 概述： 行星滚柱丝杠是一种可以将旋转运动与直线运动相互转化的机械传动装置，用滚珠作为中间传动体，用滚动摩擦取代滑动摩擦，这种传动方式与滚珠丝杠类似。行星滚柱丝杠作为一种新型的传动装置，具有摩擦小、效率高、寿命长、体积小、承载能力强等特点。行星滚柱丝杠按照结构的不同可以大致分为三类：标准型1、循环型2、轴承环型3。 标准型行星滚柱丝杠主要传动装置有丝杠、螺母和螺纹滚柱，丝杠具有90°牙型角的多头螺纹，螺母是和丝杠头数牙型角都相同的内螺纹，滚柱是具有相同牙型角的单头螺纹，多个滚柱沿丝杠圆周方向均匀分布，传动过程中滚柱既绕着丝杠轴线公转同时又绕自身轴线自转，丝杠和螺母分别与滚柱啮合，由于三者具有相同的牙型和螺旋升角，所以在啮合过程中可以保证丝杠及螺母与滚柱之间的纯滚动，并且确保螺母与滚柱没有轴向相对位移。在螺纹滚柱的两端加工直齿，与带有内齿圈的端盖啮合，用以消除螺旋升角对滚柱产生的倾斜力矩，并使滚柱沿圆周方向相对位置固定，保证所有滚柱的轴线都与丝杠轴线平行。 在标准型行星滚柱丝杠的基础上，根据不同性能要求进行修改形成了其他结构类型的行星滚柱丝杠。 循环型行星滚柱丝杠的丝杠和螺母与标准型行星滚柱丝杠相同都是牙型角为90°并且具有相同螺旋升角的多头螺纹，但是行星滚柱不再采用单头螺纹而是加工成没有螺旋升角的沟槽状结构，端盖的内齿圈被复位凸轮环取代，作用是使滚柱在完成一个循环后可以回到初始位置重新与丝杠啮合，作用与滚珠丝杠副中的滚珠返回装置相似，在螺母上加工有一个凹槽，当滚柱完成一个循环后被凸轮推入凹槽，凹槽中的螺纹引导滚柱回到开始啮合的位置。这种改变使得滚柱的加工难度降低，这样就可以采用更小的螺纹导程，提高位置精度，并且有更多的接触点，增强了承载能力。在啮合过程中滚柱周期性的与丝杠接触分离，频繁的加载卸载，影响使用寿命，并且高速时凸轮结构会产生较大的振动和噪音。 轴承环型行星滚柱丝杠的丝杠也是90°牙型角的多头螺纹，滚柱与循环型行1Strandgren C B. Roller screw: Us, 3182522(A) [P]. 1965-05-11. 2Cornelius C C , Lawlor S P .Roller screw sy stem: US, 7044017(B2) [P]. 2006-05-16. 3Saari O. Anti-Friction Nut/Screw Drive: US, 4576057[P]. 1986-05-18.
选用滚珠丝杠副设计步骤实例 一、 设计计算条件 工作台重：W 1=8000N 工件重：W 2=5000N 最大行程：S max =760mm 丝杠两端支承间距：l s =1080mm 螺纹全长S=1000mm 安装方式固定—固定 定位精度：±0.012/300mm （空载） 重复定位精度：±0.006mm （空载） 寿命：L h =15000h 工作台摩擦系数：μ=0.04 驱动电机：N max =1500r/m 切削方式：车铣或铣削，一般工作状态，工作条件（见表1） 摩擦阻力：F r =（W 1 +W 2）·μ=520(N) 表1 二、 设计计算 1、选择导程L L ≥ ）（mm 101500 15000 max max ==N V 取L=10mm 2、计算当量载荷F m 、当量转速N m (见表2)
计算公式3 1 n n 2211n n 3n 22321131m t ...t t t ...t t ）（?++??+???++??+??=N N N N F N F N F F n 21n n 2211m t ...t t t ...t t +++?++??+?= N N N N 表2 代入公式得F m =2776（N ） N m =477（l/min ） 3、寿命： 计算公式6 3 m w 10f a ??? ?????=F C L m h 60N L L ?= 6 s 10 L L L ?= 式中L ——回转时间 r （见表3） L h ——寿命时间 Km C a ——额定动载荷 N （见产品样本） f w ——载荷系数（见表4） 滚珠丝杠副预期工作寿命L h 表3 载荷系数f w 表4
滚珠丝杠及电机选型 1.滚珠丝杠及电机选型计算 1.1 确定滚珠丝杠副的导程 据电机额定转速和X 向滑板最大速度，计算丝杠导程。X 向运动驱动电机选择松下MDMA152P1V ，电机最高转速为4500rpm 。电机与滚珠丝杆直连，传动比为1。X 向最大运动速度25mm/s ，即1500mm/min 。则丝杠导程为 mm n i V P h 34.045001/1500/max max ≈?=?= 实际取mm P h 10=，可满足速度要求。 1.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 滚动导轨承重时的滑动摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为0.006。则导轨静摩擦力： N f g M F 2.108548.91500006.000=?+??=+??=μ 式中： M ——工件及工作台质量，经计算M 约为1500kg 。 f ——导轨滑块密封阻力，按4个滑块，每个滑块密封阻力5N 。 由于该设备主要用于检测，丝杠工作时不受切削力，检测运动接近匀速，其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有： 15010/2560/60min max =?=?=≈h P v n n rpm N F F F 2.1080min max =≈≈ 滚珠丝杠副的当量载荷： 3 2min max F F F m +=≈0F =108.2N 滚珠丝杠副当量转速： 1502 min max =+=n n n m rpm 1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 1.3.1按滚珠丝杠副预期工作时间计算： N f f f F L n C c a w m h m am 06.5551 110012.10815000150601006033=??????=? = 式中： m n ——当量转速，15010/2560/60=?=?=h m P v n rpm h L ——预期工作时间，测试机床选择15000小时
数控滑台进给用滚珠丝杠副的设计计算: 横向与纵向滑台的总重量 W 1=3000N 立柱最大重量W 2 =5000N 工作台最 大行程 L K =1000mm 工作台导轨的摩擦系数:动摩擦系数μ=0.1 静摩擦 系数μ 0=0.2 快速进给速度 V max =8m/min 定位精度20 μm/300mm 全行程25μm重复定位精度10μm要求寿命20000小时(两班制工作十年)。 1)确定滚珠丝杠副的导程 因伺服电机与丝杠直联，i=1 由表1查得 V m ax =8m/min n m ax =1440r/min 代入得，
P h ≈5.56mm 由于计算出的P h 值应取较大值圆整，因此 P h =6mm 2）确定当量转速与当量载荷 （1）各种切削方式下，丝杠转速 由表1查得 V 1=0.6 V 2 =0.8 V 3 =1 V 4 =8 代入得 n 1=100 n 2 =133 n3=167 n 4 =1333 （1）各种切削方式下，丝杠轴向载荷 由表1查得 已知W 1=3000N W 2 =5000N
代入得 （3）当量转速 由表1查得 代入得 ≈267r/min n m （2）当量载荷 代入得 F =1380N m 3）预期额定动载荷 （1）按预期工作时间估算
按表9查得：轻微冲击取 f =1.3 w 按表7查得：1～3取 =0.44 按表8查得：可靠性97%取f c =20000小时 已知：L h 代入得 C =27899N m 计算：（2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载F max =4.5 按表10查得：中预载取 F e 代入得 取以上两种结果的最大值 =27899N C m 4）确定允许的最小螺纹底径 （1）估算丝杠允许的最大轴向变形量 ① ≤（1/3～1/4）重复定位精度 ② ≤（1/4～1/5）定位精度 : 最大轴向变形量μm
滚珠丝杆伺服选型 惯量匹配,伺服扭矩计算,在线,下载滚珠丝杆设计,伺服系统丝杠螺母传动负载扭矩的折算公式,滚珠丝杆负载惯量,丝杆扭矩计算公式,婊氱彔涓濇潌閫夊瀷,滚珠丝杆扭矩计算,水平丝杆扭矩,伺服电机选型时的扭矩计算,丝杆传动负载惯量如何计算推导,200KG走丝杆水平移动需要多大扭力,伺服坐标是怎样计算的,惯量匹配计算实例,滚珠丝杆的水平惯量,丝杆加速度的计算,伺服电机带丝杆后扭矩计算,滚珠丝杆选型滚珠丝杆螺母副的调节安装和防护数控资料第02章数控机床机械结构.pdf 螺杆泵特点和具体使用丝杠支撑轴承,FAG精密主轴轴承,INA直线导轨RUE、KUVE、KUSE等系列滑块RUS系列轻钢龙骨吊顶滾珠導螺杆滚珠丝杆定义及功能丝杆升降机螺杆泵丝杠减速机选择滚珠丝杆的选择计算第二章机械系统部件的选择与设计2、对机台的培训课程了解《X-Y设计》说明书数控机床进给系统加工设备之双螺杆滚珠丝杠扭转变形对机电综合传动刚度的影响Kral 三螺杆泵 伺服的选型伺服系统由伺服驱动器和伺服电机组成，其中最关键的又是伺服电机的确定，伺服电机型号的确定可以通过下列方法：1. 电机最大转速＞系统所需之最高移动转速。2. 电机的转子惯量与负载惯量相匹配。3. 连续负载工作扭力≤电机额定扭力 4. 电机最大输出扭力＞系统所需最大扭力（加速时扭力）扭矩、总结：扭矩、速度达到系统要求，转子惯量与负扭矩速度达到系统要求，载惯量相匹配。载惯量相匹配。 选型计算1. 扭矩计算连续负载工作扭矩(TL)；加速时扭矩(TS)；2. 速度计算负载端转速；电机端转速；3. 惯量匹配计算（JL/JM）扭矩和速度计算电机扭矩计算包括负载扭矩TL和启动扭矩TS，T=(TL+TS) *S，S: 安全系数。TL:克服外力所需要的力矩，跟机械结构有关，如果是水平运动时主要是克服摩擦力，垂直运动时还要克服重力等的影响。TS: 启动需要的扭矩，也就是产生加速度所需要的扭矩，根据公式Ts=Jβ J = 电机转子惯量和负载惯量折算到电机轴的惯量的和β =电机轴角加速度。计算TS的关键为惯量的计算。惯量的计算转动惯量的定义：各质点的质量与该质点到转轴距离平方乘积之和，为描述转动惯性大小的物理量。定义公式：J=∑mipi2，单位：kgm2 圆柱体惯量计算：实心圆柱体：JK= (π/32)ρLD4=0.5MR2 空心圆柱体：JK= (π/32)ρL(D04-D14)=0.5M(R02-R12) 各种传动机构下负载的惯量计算下面是几种常见传动方式下负载的惯量计算。一. 直接驱动JT：负载折算到电机转子的总惯量JL：负载惯量；JM：电机转子惯量JT = JL+JM 二. 皮带输送传动JT：负载折算到电机转子的总惯量JL：负载惯量；JM ：电机转子惯量M：负载和皮带的质量和；R：皮带轮半径；JP：皮带轮惯量JL= M*R2 ；JT = JL + JP + JM 三. 丝杆传动P: 螺距，M: 负载的质量，JB是丝杆惯量JL = M（P/ 2π )2 ；JT = JL + JM + JB 四.齿轮传动JL ：负载的惯量，n：齿轮传动比，JM ：电机转子惯量JT = JL /n2 + JM 下面结合例子讲解如何计算扭据。下面结合例子讲解如何计算扭据。 例子1 例子滚珠丝杆传动物体运动速度要求V=5.0m/min; 滑动部分质量：M=50Kg 丝杆长度LB=1.4m; 丝杆直径DB=0.012m; 丝杆导程PB=0.01m; 联轴器质量Mc=0.2Kg 联轴器外径DC=0.04m; 磨擦系数：u =0.3 加速时间t0 =0.1s; 机械效率n=0.9 则计算过程如下：(1) 电机转速：N=V/PB=5.0/0.01=500(rpm) (2) 克服磨擦力需要的扭矩： f PB=TL 2πη, f －摩擦力f＝Mg TL=MgPB/(2πη)=50x9.8x0.3x0.01/(2πx0.9)=0.26N.m (3)根据前面的计算公式得出负载惯量为水平直线运动负载JLM=M（PB/ 2π )2 =50x(0.01/2π )2 =1.26x10-4(Kg.m2 ) 滚珠丝杆JB=0.224x10-4 (Kg.m2 )按圆柱体的方式计算联轴器JC=0.4x10-4(Kg.m2 ) 负荷惯
目录 一成绩评定表………………………………………………………………………二课程设计任务书………………………………………………………………三前言……………………………………………………………………………………四滚珠丝杠螺母副的设计……………………………………………………五轴承选择……………………………………………………………………………六电机选择……………………………………………………………………………七设计总结……………………………………………………………………………八参考文献……………………………………………………………………………
成绩评定表 学生姓名李洋班级学号1001012116 专业机械设计制 造及其自动 化课程设计题目数控车床伺服进给系统 结构与控制设计（8） 评 语 组长签字： 成绩 日期201 年月日
课程设计任务书 学院机械学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名李洋班级学号1001012116 课程设计题目数控车床伺服进给系统结构与控制设计（8） 实践教学要求与任务: 1、设计内容 （1）运动设计：确定最佳传动比，计算选择滚珠丝杠螺母副、伺服电动机、导轨及丝杠的支承； （2）结构设计：完成进给系统装配图设计（0#图1张）； （3）验算：完成系统刚度计算，验算定位误差等； （4）设计单片机控制交流电机变频调速的原理图（多速开关）； （5）按照加速-匀速1-减速-匀速2-减速停的速度曲线，设计单片机控制程序； （6）撰写设计计算说明书。 2、主要技术参数： X轴：进给行程 400 mm；进给速度 1-6000mm/min，快移速度 10m/min,；最大进给力：5500 N；定位精度:0.012mm/300mm, 定位精度:0.006mm，横向滑板上刀架重量： 80 Kg。 工作计划与进度安排:（共2周） （1）集中讲授设计内容、步骤及要求，下发设计题目及任务书，理解题目要求，查阅资料，确定结构设计方案（第16周的周一～周二） （2）指导学生进行设计计算及确定设计方案、装配图结构设计（第16周的周三～周五） （3）结构部分说明书撰写及答辩验收（第16周的周六～第17周的周一上午）（4）控制方案确定及原理图设计、控制程序设计（第17周的周一下午～周四）（5）控制部分说明书撰写及答辩验收（第17周的周四～周五） 指导教师： 201 年月日专业负责人： 201 年月日 学院教学副院长： 201 年月日
X方向1500mm，Y方向1100mm，Z方向1200mm，水平旋转+-360度；最大负载重量为125KG，额定负载重量为100KG；层与层间成90度交叉排放。每垛9层，最高1000mm。最快码垛速度为1000mm/s，平均速度为500mm/s 选取的滚珠丝杠转动系统为： 磨制丝杠(右旋) 轴承到螺母间距离(临界长度) l n = 1500mm 固定端轴承到螺母间距离 L k = 1500mm 设计后丝杠总长 = 1900mm 最大行程 = 1500mm 工作台最高移动速度 V man = 60（m/min） 寿命定为 L h = 24000工作小时。 μ= 0.1 （摩擦系数） 电机最高转速 n max = 6000 （r/min） 定位精度： 最大行程内行程误差 = 0.035mm 300mm行程内行程误差 = 0.02mm 失位量 = 0.045mm 支承方式为(固定—支承) W = 150kg （工作台重量+载物重量） g=9.8m/sec2(重力加速度) I=1 (电机至丝杠的传动比) Fw=μ×W ×g = 0.1×150×9.8 ≈ 147N(摩擦阻力) F a --- 轴向载荷（N） F --- 切削阻力（N） F w --- 摩擦阻力（N） 从已知条件得丝杠编号： 此设计丝杠副对刚度及失位都有所要求，所以螺母选形为：FDG（法兰式双螺磨制丝杠） 计算选定编号 导程
= 60000/6000=10mm 在此为了安全性考虑：P ho =12(mm) 平均转速 Nm=500mm/s 时间寿命与回转寿命 =24000×2500×60 =3600000000转次 额定动载荷 以普通运动时确定fw取 1.4 Ca=F m?f w? L 106 3 =147?1.4? 3600000000 3 =3154.125N 得：额定动载荷 C a ≥4205.5N 以C a 值从FDG系列表及（丝杠直径和导程、丝杠长度表）中查出适合的类型为： 公称直径： d 0=40mm 丝杠底径： d =38mm 导程：P ho =12mm 循环圈数：3 额定动载荷为：32700N。丝杠编号： FFZD4012-3 预紧载荷 F ao = F max /3=147/3 ≈49 N 丝杠螺纹长度 L u =L 1 -2L e L 1 =L u +2L e =1500+2×40=1580mm 丝杠螺纹长度不得小于1580mm加上螺母总长一半84mm(从系列表中查出螺母总长168mm)。