滚珠丝杠副的计算机辅助设计

1 序言在卧式车床的数控化改造或数控车床的新设计中，滚珠丝杠副作为数控传动系统的关键部件之一，其选型及安装的合理性直接影响到数控车床（以下简称车床）的精度、寿命及性能。

目前国内关于一般滚珠丝杠副的选型计算较为充分，如黄育全针对滚珠丝杠副的选型提出了一个初步成熟的算法。

然而目前车床行业的发展趋于功能专业化，如高速、高精度的要求或大型重载的情况等，此时需要在螺母选择、螺母安装及丝杠支撑形式等方面作针对性选型。

2 滚珠丝杠副的螺母选择2.1 循环方式选择滚珠丝杠副按循环方式的不同分为内循环和外循环，滚珠在循环过程中始终不离开丝杠表面的称为内循环；反之，为外循环。

常见的浮动式、矩阵式结构为内循环，插管式及端块式或端盖式结构为外循环，如图1所示。

a）浮动式b）矩阵式c）插管式d）端块式或端盖式图1 常见滚珠螺母结构形式在相同导程与承载滚珠圈数的情况下，内循环存在无滚珠的滚道区域，故在轴向尺寸上较长；而外循环在轴向尺寸上结构相对紧凑，但滚珠的循环路线需要额外占用螺母的径向区域，即在相同情况下螺母的直径会增大，需要根据车床的具体安装部件的配合尺寸取舍。

值得注意的是，同等条件下，外循环方式的Dn值比内循环方式更大，相同负载工况下能获得更高的寿命。

2.2 预紧方式与预紧力选择为了保证丝杠副在车床上的重复定位精度，需保证滚珠螺母与丝杠之间无间隙，能够根据旋转角度和导程间接测量轴向行程。

此时在滚珠螺母与丝杠之间需维持预紧转矩。

螺母按预紧方式分为双螺母垫片预紧、单螺母增大滚珠直径预紧和单螺母变位导程预紧等。

车床大多数情况受力为单向，即可不考虑对反向间隙的控制，出于对成本及车床安装空间的考虑，推荐使用单螺母，预紧方式可以为增大滚珠直径预紧。

存在反向切削力，但相比正向时要小的多，高精度的应用场景下，可以使用非对称的双螺母预紧方式。

预紧方式仍为垫片式，但法兰螺母与直筒螺母的圈数可以不同；能在不影响正向进给预紧转矩需求的同时降低螺母副长度，如图2所示。

毕业设计（论文）题目：两坐标移动运动平台的设计及其滚珠丝杠副的CAD毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

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图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订毕业设计(论文)任务书学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：学生情况指导教师情况题目类型姓名学号姓名职称单位理工专业文、管、经专业理论研究□理论研究□刘攀2010010107 王科社教授科研开发□应用研究□工程设计□调查研究□题目两坐标移动运动平台的设计及其滚珠丝杠副的CAD是否实物型毕设是□否□主要内容以及目标(毕业设计应完成的主要内容，设计任务达到的目标)CAD即计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。

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 10150015000max max ==N V 取L=10mm2、计算当量载荷F m 、当量转速N m (见表2)计算公式31n n 2211n n 3n 22321131m t ...t t t ...t t ）（•++••+•••++••+••=N N N N F N F N F Fn21nn 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63m w 10f a ⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡•=F C Lm h 60N LL ⨯=6s 10L L L •= 式中L ——回转时间 r （见表3）L h ——寿命时间 KmC 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静态安全系数f d 表54、计算动载荷C a ′ 根据工作状态，取f w =1.2计算公式C a ′=（60×N m ×L h ）1/3·F m ·f w ×102=25130(N)5、计算静载荷C oa ′ （N ） 计算公式C oa ′=f a ·F max式中f a ——静态完全系数（见表5） 6、计算临界转速N c 、r/min72s 12210l d f r d 260Nc ⨯•=•••••=A g I E πλα 式中λ•f ——与安装方法有关的常数d 1——丝杠底径mm l s ——丝杠支承间距mm α——安全系数 α=0.5表6临界转速系数λ、f 表7 临界载荷系数f s 、m 表87、临界载荷P a (N)2s 2s l f 2Pa IE ••••=π=m •424110⨯sl d 式中f s 、m ——与安装方法有关常数（见表8）8、确定名义直径1）根据临界转速得d 1≥72s c 10fl-⨯•N （mm ）N c =N 1=1500r/min f=21.9 d 1≥8mm2) 根据d •N 值d 0•N ≤50000~70000 取N=N 1d 0≤7.4615007000070000==N (mm) 3）根据临界载荷得d 1≥4142a 10m ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯•-s l P P a =f 3=10520N,m=20.3 得d 1≥16(mm) 由1)、2)、3)可知d 1≥16mm d 0≤46.7mm4）螺母的选择螺母结构形式的选择可根据具体结构而定 从NSK 产品样本查得数据见表6从表6可知d 0=40mm ，l 0=10mm 的DFD4010-4滚珠丝杠副能满足`要求。

Δ3一、进给传动部件的计算和选型进给传动部件的计算和选型主要包括:确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、计算减速器、选择步进电机等。

1、脉冲当量的确定根据设计任务的要求，X方向的脉冲当量为δx=0.005mm/脉冲，Z 方向为δz=0.01mm/脉冲。

2、切削力的计算切削力的分析和计算过程如下：设工件材料为碳素结构钢，σb=650Mpa；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角κr=60°，前角γo=10°，刃倾角λs=-5°；切削用量为：背吃刀量a p=3mm，进给量f=0.6mm/r，切削速度vc=105m/min。

查表得：C Fc=2795，x Fc=1.0，y Fc=0.75，n Fc=-0.15。

查表得：主偏角κr的修正系数kκrFc=0.94；刃倾角、前角和刀尖圆弧半径的修正系数均为1.0。

由经验公式（3—2）,算得主切削力F c=2673.4N。

由经验公式F c：F f：F p=1：0.35：0.4，算得进给切削力F f=935.69N，背向力F p=1069.36N。

3、滚珠丝杠螺母副的计算和选型（1）工作载荷F m的计算已知移动部件总重G=1300N；车削力F c=2673.4N，F p=1069.36N，F f=935.69N。

根据F z=F c，F y=F p，F x=F f的对应关系，可得：F z=2673.4N，F y=1069.36N，F x=935.69N。

选用矩形—三角形组合滑动导轨，查表，取K=1.15，μ=0.16，代入F m=KF x+μ（F z+G），得工作载荷F m=1712N。

（2）最大动载荷F Q的计算设本车床Z向在最大切削力条件下最快的进给速度v=0.8m/min，初选丝杠基本导程P h=6mm，则此时丝杠转速n=1000v/P h=133r/min。

取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入L0=60nT/106，得丝杠系数L0=119.7×106r。

一滚珠丝杠副设计计算：1确定滚珠丝杆副的导程：n P51500210151033max max =⨯⨯=⨯=in v P h 由表15 可知 m i n /15max m v = m i n /1500max r n = 2确定当量转速与当量载荷：（1）丝杠转速：min /6010526.0103311r ip v n h =⨯⨯=⨯= (切削方式下） min /15001010215103322r ip v n h =⨯⨯=⨯=（非切削方式下） 已知：min /6.01m v = m i n /152m v =（2）各种切削方式下丝杠轴向载荷:N u F 398.9202.01=⨯⨯==ω （切削方式下） N u F 398.9202.02=⨯⨯==ω （非切削方式下） 已知2.0=u 8.920⨯=ω（3）当量转速 m n ：min /20410010150010090601001002211r t n t n n m =⨯+⨯=+= 已知： 901=t 102=t（4）当量载荷m F ：N n t n F n t n F F m m m 4010020410150039100204906039100333322321131=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=⨯+= 3预期工作时间估算： （1） c a m n m am f f f F L n C 100603ω==44.011001.14020000204603⨯⨯⨯⨯⨯⨯ =626N 按表9查得 取3.1=ωf表7查得 1～3级取0.1=a f表8查得 可靠性97%取44.0=c f已知 h L h 20000= （2）拟采用预禁滚珠丝杠副，按最大负载max F 计算，180405.4max =⨯==F f C e am N表10查得：中预载取e f =4.5在这两种方案中取am C 最大值am C =626N4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：a ）⎪⎭⎫ ⎝⎛<41~31m σ 重复定径精度 1041~31⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛<m σ 取m σ=3m μ b) ⎪⎭⎫ ⎝⎛≤51~41m σ 定径精度 2551~41⨯⎪⎭⎫⎝⎛≤m σ 取m σ=6m μ 取以上两种方案中的最小值，即m σ=3m μ已知重复定径精度10m μ，定径精度25m μ（2）估算最小螺纹底径m d 2丝杠要求预拉取两端固定的支承形式L ≈(1.1~1.2)行程+（10～14）h pL=1.2⨯1000+14⨯5=1270mm 398.9202.000=⨯⨯==ωu F039.0039.002==m m LF d σφmm 53127039=⨯ 已知行程为1000，ω =20⨯9.8 ， u=25确定滚珠丝杠副的规格代号1）选用循环滚动正反器法蓝，直筒双螺母垫片预紧形式FF2D.2）由计算出的`m P `am C m d 2在样本中取相应规格的滚珠丝杠副 FF2D1605—3 h p =56267600=>=am a C C . 59.1222=>=m d d 6确定滚珠丝杠副预紧力P Fmax 31F F P =N F P 133931=⨯= N F F 391max == 7行程补偿值：(1) mm L L L L a n c N 111315283100021=⨯====== 10001=C L =n L （查样本）()154~2==h a P Lt ∆温度差取5.2℃C=11.8t ∆N L ⨯310=8.321011135.28.113=⨯⨯⨯-~~(2)预拉伸力t F2295.1td F t ∆==8119.125.295.12=⨯⨯ N 8确定滚珠丝杠副支承用的轴承的型号、规格(1)轴承所承受的最大轴向载荷max B FN F F F t B 85039811max max =+=+=(2)轴承类型：两端固定的支承形式 背对背 60°接触角推力角接触球轴承(3)轴承内径dd 略小于2d =12.9mm 即 取2d =12mm（4）轴承预紧力BP FN F F B BP 2838503131max =⨯== 轴承样本上规定预紧力应大于轴承所受最大载荷max B F 的31（5）按样本选轴承型号、规格d=12mm 型号：7602012TVP;d=12mm 预加负载BP F ≥即预加负载为：N F BP 2832900=> 9滚珠丝杠工作图设计：（1）丝杠螺纹长度S Lmm L L L e v S 115320211132=⨯+=+= 由表查得。

滚珠丝杠螺母副的设计滚珠丝杠螺母副是一种机械传动装置，常用于机械设备中，如数控机床、3D打印机、机器人等。

它采用了滚珠的运动方式，具有传动效率高、刚性好、精度高等优点，因此在工业领域得到了广泛应用。

下面将对滚珠丝杠螺母副的设计进行详细介绍。

1.滚珠丝杠的选择：滚珠丝杠是滚珠丝杠螺母副的核心部件，其选择与设计密切相关。

首先要考虑传动的负载、速度和精度要求，根据这些要求选择适当的滚珠丝杠规格。

同时，还需考虑滚珠丝杠的承载能力、刚性和寿命等因素，以确保设计的可靠性和耐久性。

2.螺母的设计：螺母是滚珠丝杠螺母副的另一关键部件，它的设计直接影响到传动的效率和精度。

在设计螺母时，需要确定其材料、形状和加工工艺。

通常采用淬火钢或不锈钢材料制成，以提高其硬度和耐磨性。

螺母的形状根据滚珠丝杠的外形尺寸和螺纹类型进行确定，并且需要注意螺母与滚珠之间的配合度，以确保传动的顺畅与精度。

3.环保设计：在滚珠丝杠螺母副的设计中，应尽量减少噪声和摩擦，提高传动效率。

可以通过采用润滑剂和合理的密封设计来实现。

滚珠丝杠螺母副通常采用磨削加工，因此在加工过程中应选用适合的润滑剂，以减少摩擦和磨损。

此外，还可以采用密封结构，防止灰尘和杂质进入，增加使用寿命。

4.刚性设计：滚珠丝杠螺母副在工作时需要承受较大的力和载荷，因此在设计中要考虑其刚性。

主要措施包括增加滚珠丝杠的直径、提高螺母的刚度等。

另外，可以采用多支撑点的设计，增加支撑面积，提高整体的刚性。

5.精度设计：滚珠丝杠螺母副在工作时需要具备一定的精度，以满足工艺要求。

为了提高精度，设计时应注意几个关键点。

首先是保证滚珠丝杠的直线度和平行度，以减小误差。

其次是保证螺母和滚珠之间的配合精度，尽量减小间隙，提高传动精度。

最后是在加工过程中，控制好加工精度，避免残余应力和变形。

总之，滚珠丝杠螺母副的设计需要考虑多个因素，包括滚珠丝杠的选择、螺母的设计、环保设计、刚性设计和精度设计等。

通过合理的设计，可以提高滚珠丝杠螺母副的传动效率、精度和使用寿命，满足不同工程设备的需求。

滚珠丝杠副的三维建模及仿真要点要进行滚珠丝杠副的三维建模和仿真，主要需要考虑以下几个要点：1.三维建模：滚珠丝杠副的三维模型可以使用CAD软件进行建模。

首先需要绘制丝杆、螺母和滚珠等主要部件的几何形状，并确定它们之间的尺寸和相互关系。

然后可以使用CAD软件中的建模工具创建这些几何形状，并进行组装和装配。

在建模过程中，需要注意几何形状的精确性和合理性，以及组件之间的配合间隙和对接方式。

2.材料选择：在进行三维建模时，需要考虑滚珠丝杠副的材料选择。

不同的材料具有不同的物理和力学性质，对滚珠丝杠副的性能和寿命有直接影响。

因此，在建模过程中需要根据实际应用需求选择适当的材料，并在建模中加以体现。

3.动力学仿真：滚珠丝杠副的动力学仿真是对其运动特性和力学性能进行分析和评估的重要手段。

可以使用仿真软件对滚珠丝杠副进行动力学仿真，了解其运动过程中的力、速度和加速度等相关参数。

在仿真过程中，需要根据实际应用情况设置边界条件和加载条件，并进行动力学分析和计算。

通过仿真结果可以评估滚珠丝杠副的性能和可靠性，并进行优化设计。

4.优化设计：通过三维建模和仿真可以发现滚珠丝杠副的潜在问题和改进空间，进而进行优化设计。

优化设计可以通过改变几何形状、材料选择、装配方式等来实现。

在优化设计过程中，需要充分考虑滚珠丝杠副的工作环境、运动方式和承载能力等因素，并进行相关的计算和仿真分析。

5.结构分析：在进行滚珠丝杠副的三维建模和仿真时，还需要进行结构分析。

结构分析可以通过有限元分析等方法来实现，了解滚珠丝杠副在不同工况下的应力分布和变形情况，以及其对性能和寿命的影响。

在结构分析过程中，还可以进行疲劳寿命评估和失效分析，进一步优化滚珠丝杠副的结构和材料。

总之，滚珠丝杠副的三维建模和仿真是对其运动和力学性能进行分析和优化的重要手段。

通过合理的建模、材料选择、动力学仿真、优化设计和结构分析，可以更好地理解滚珠丝杠副的工作原理和特性，提高其性能和可靠性，满足实际应用需求。

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 W1=5000N 工作及夹具最大重量W2=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切削方式纵向切削力Pxi(N) 垂向切削力Pzi(N)进给速度Vi(m/min)工作时间百分比%丝杠轴向载荷(N)丝杠转速r/min强力切削2000 1200 0.6 10 2920 60 一般切削1000 200 0.8 30 1850 80 精切削500 200 1 50 1320 100 快速进给0 0 15 10 800 1500 1)确定滚珠丝杠副的导程因电机与丝杠直联，i=1由表1查得代入得，按第2页表，取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查得代入得（1）各种切削方式下，丝杠轴向载荷由表1查得代入得（3）当量转速由表1查得代入得（2）当量载荷代入得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 w=1.3按表7查得：1～3取按表8查得：可靠性97%取f c=0.44已知：L h=20000小时代入得（2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载F max计算：按表10查得：中预载取 F e=4.5代入得取以上两种结果的最大值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已知：重复定位精度10µm, 定位精度25µm① =3② =6取两种结果的小值=3µm(2）估算最小螺纹底径丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式(1.1～1.2)行程+（10～14）已知：行程为1000mm,代入得5）确定滚珠丝杠副的规格代号（1）选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式（2）由计算出的在样本中取相应规格的滚珠丝杠副FFZD4010-36) 确定滚珠丝杠副预紧力其中7）行程补偿值与与拉伸力（1）行程补偿值式中：=（2～4）(2) 预拉伸力代入得8）确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格（1）轴承所承受的最大轴向载荷代入得（2）轴承类型两端固定的支承形式，选背对背60°角接触推力球轴承（3）轴承内径d 略小于取代入得（4）轴承预紧力预加负荷≥（5）按样本选轴承型号规格当d=30mm 预加负荷为：≥F BP所以选7602030TVP轴承d=30mm预加负荷为9 ) 滚珠丝杠副工作图设计(1) 丝杠螺纹长度L s：L s=L u+2L e由表二查得余程Le=40 绘制工作图（2）两固定支承距离L1按样本查出螺母安装联接尺寸丝杠全长L（3）行程起点离固定支承距离L0由工作图得Ls=1290L1=1350L=1410L0=3010 ) 电机选择（略）11 ) 传动系统刚度（1）丝杠抗压刚度1）丝杠最小抗压刚度K smin= 6.6 ×10K smin：最小抗压刚度 N/md2：丝杠底径L1：固定支承距离K smin=575 N/m2）丝杠最大抗压刚度K smax=6.6 ×10K smax：最大抗压刚度 N/mK smax=6617 N/m(2) 支承轴承组合刚度1)一对预紧轴承的组合刚度K BO=2×2.34K BO：一对预紧轴承的组合刚度 N/md Q：滚珠直径 mmZ ：滚珠数Famax ：最大轴向工作载荷 N：轴承接触角由样本查出7602030TUP轴承是预加载荷的3倍d Q=7.144 Z=17 =60 K amax=8700 N/mK BO=375 N/m2）支承轴承组合刚度由表13两端固定支承K b=2 K BOK b=750 N/mK b ：支承轴承组合刚度 N/m 3）滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度K C= K C(K C ：滚珠和滚道的接触刚度 N/m K C：查样本上的刚度 N/mF P：滚珠丝杠副预紧力 NC a：额定动载荷 N由样本查得：K C=1410 N/m；C a=3600N；F P=1000 N得K C=920 N/m12) 刚度验算及精度选择（1）== N/m= N/mF0=已知W1=5000 N ，=0.2 F0=1000 NF0 ：静摩擦力 N ：静摩擦系数W1：正压力 N（2）验算传动系统刚度K minK min：传动系统刚度 N已知反向差值或重复定位精度为10K min=222＞160（3）传动系统刚度变化引起的定位误差=1.7m（4）确定精度V300p：任意300mm内的行程变动量对半闭环系统言， V300p≤0.8×定位精度-定位精度为20m/300V300p＜14.3m丝杠精度取为3级V300p=12m＜14.3(5) 确定滚珠丝杠副的规格代号已确定的型号：FFZD公称直径：40 导程：10螺纹长度：1290丝杠全长：1410P类3级精度FFZD4010-3-P3/1410×129013) 验算临界压缩载荷F c：N丝杠所受最大轴向载荷Fmax小于丝杠预拉伸力F不用验算。

滚珠丝杠副的三维建模及仿真1 滚珠丝杠副的结构滚珠丝杠副由滚珠、丝杠和螺母组成，其结构如图1所示图1 滚珠丝杠副的结构2 滚珠丝杠的建模在这里我建立模型只是为了更方便看清楚滚珠与丝杠和螺母之间的关系，并不能直接用这个建模后的模型仿真，但这个建模在一定程度上也为后来的仿真做了一些准备工作。

2.1 螺母的建模启动pro/e软件，在文件菜单下设置工作目录，选择方便使用的文件夹作为工作目录。

设置工作目录是为了方便存取文件，以后新建文件系统也会自动指向这个文件夹。

选择【文件】——【新建】，在“类型”里选择“零件”，在“子类型”中选择“实体”，在“名称”里输入“螺母”，不适用缺省模板，选择mmns-part-solid 模板，这种符合国家标准，单击“确定”随后进入pro/e零件建模模块。

选择【拉伸】进入实体操作状态按住右键选择“定义内部草绘”进入草绘状态后，绘制直径110mm、厚度15mm的螺母的凸缘造型，再【拉伸】以相同草绘平面绘制直径71mm、厚度65mm拉伸方向与上一步相同的螺母体的造型。

如图2所示图2 螺母体的造型在此选择【拉伸】命令，按住右键选择“移除材料”，接着定义内部草绘，草绘平面选择“使用先前的”进入草绘后在螺母体的一侧面绘制直径为49.5mm 的同心圆草图，在信息栏中选择改变拉伸方向，然后选择穿透；然后确定应用，完成通孔的造型；最后选择【插入】——【螺旋扫描切口】，完成螺母螺纹孔的造型。

在应用拉伸移除材料绘制螺母凸缘上一个阶梯孔的造型，用阵列命令完成六个空的造型。

为了方便观察用拉伸移除材料将螺母四分之一切掉，形成半刨视图。

螺母的三维建模完成，如图3所示特别指出这里切除四分之一的螺母只是为了后面建模成滚珠丝杠后能清楚的看清里面的结构。

图3 螺母的三维建模2.2 丝杠的建模启动pro/e软件然后按照与螺母建模相同的操作方法进行pro/e零件建模。

首先选择【插入】——【拉伸】，完成直径为49.5mm的丝杠圆柱的造型，再选择【插入】——【螺旋扫描切口】完成丝杠螺纹的造型，如图4所示。

滚珠丝杠副的三维建模及仿真1 滚珠丝杠副的结构滚珠丝杠副由滚珠、丝杠和螺母组成，其结构如图1所示图1 滚珠丝杠副的结构2 滚珠丝杠的建模在这里我建立模型只是为了更方便看清楚滚珠与丝杠和螺母之间的关系，并不能直接用这个建模后的模型仿真，但这个建模在一定程度上也为后来的仿真做了一些准备工作。

2.1 螺母的建模启动pro/e软件，在文件菜单下设置工作目录，选择方便使用的文件夹作为工作目录。

设置工作目录是为了方便存取文件，以后新建文件系统也会自动指向这个文件夹。

选择【文件】——【新建】，在“类型”里选择“零件”，在“子类型”中选择“实体”，在“名称”里输入“螺母”，不适用缺省模板，选择mmns-part-solid 模板，这种符合国家标准，单击“确定”随后进入pro/e零件建模模块。

选择【拉伸】进入实体操作状态按住右键选择“定义内部草绘”进入草绘状态后，绘制直径110mm、厚度15mm的螺母的凸缘造型，再【拉伸】以相同草绘平面绘制直径71mm、厚度65mm拉伸方向与上一步相同的螺母体的造型。

如图2所示图2 螺母体的造型在此选择【拉伸】命令，按住右键选择“移除材料”，接着定义内部草绘，草绘平面选择“使用先前的”进入草绘后在螺母体的一侧面绘制直径为49.5mm 的同心圆草图，在信息栏中选择改变拉伸方向，然后选择穿透；然后确定应用，完成通孔的造型；最后选择【插入】——【螺旋扫描切口】，完成螺母螺纹孔的造型。

在应用拉伸移除材料绘制螺母凸缘上一个阶梯孔的造型，用阵列命令完成六个空的造型。

为了方便观察用拉伸移除材料将螺母四分之一切掉，形成半刨视图。

螺母的三维建模完成，如图3所示特别指出这里切除四分之一的螺母只是为了后面建模成滚珠丝杠后能清楚的看清里面的结构。

图3 螺母的三维建模2.2 丝杠的建模启动pro/e软件然后按照与螺母建模相同的操作方法进行pro/e零件建模。

首先选择【插入】——【拉伸】，完成直径为49.5mm的丝杠圆柱的造型，再选择【插入】——【螺旋扫描切口】完成丝杠螺纹的造型，如图4所示。

滚珠丝杠副参数计算与选用1、计算步骤2、确定滚珠丝杠导程Ph根据工作台最高移动速度Vmax , 电机最高转速nmax, 传动比等确定Ph。

按下式计算，取较大圆整值。

Ph=(电机与滚珠丝杠副直联时，i=1)3、滚珠丝杠副载荷及转速计算这里的载荷及转速，是指滚珠丝杠的当量载荷Fm与当量转速nm。

滚珠丝杠副在n1、n2、n3······nn转速下，各转速工作时间占总时间的百分比t1%、t2%、t3%······tn%，所受载荷分别是F1、F2、F3······Fn。

当负荷与转速接近正比变化时，各种转速使用机会均等，可按下列公式计算：(nmax: 最大转速，nmin: 最小转速，Fmax: 最大载荷（切削时），Fmin: 最小载荷（空载时）4、确定预期额定动载荷①按滚珠丝杠副预期工作时间Ln（小时）计算：②按滚珠丝杠副预期运行距离Ls（千米）计算：③有预加负荷的滚珠丝杠副还需按最大轴向负荷Fmax计算：Cam=feFmax(N)式中：Ln-预期工作时间（小时，见表5)Ls-预期运行距离(km),一般取250km。

fa-精度系数。

根据初定的精度等级（见表6)选。

fc-可靠性系数。

一般情况fc=1。

在重要场合，要求一组同样的滚珠丝杠副在同样条件下使用寿命超过希望寿命的90％以上时fc见表7选fw-负荷系数。

根据负荷性质（见表8）选。

fe-预加负荷系数。

（见表9)表－5 各类机械预期工作时间Ln表－6 精度系数fa机械类型Ln(小时）普通机械5000～10000 普通机床10000～20000 数控机床20000精密机床20000测示机械15000航空机械1000精度等级1.2.3 4.5 7 10fa 1.0 0.9 0.8 0.7表－7 可靠性系数fc可靠性% 90 95 96 97 98 99 fc 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21 表－8 负荷性质系数fw负荷性质无冲击(很平稳）轻微冲击伴有冲击或振动fw 1～1.2 1.2～1.5 1.5～2表－9 预加负荷系数fe预加负荷类型轻预载中预载重预载fe 6.7 4.5 3.4以上三种计算结果中，取较大值为滚珠丝杠副的Camm。