滚珠丝杠螺母副的设计要点

滚珠丝杠副的设计和使用注意事项滚珠丝杠百科
1．设计选用注意事项
1)主要尺寸参数的选择应根据机床使用要求全面综合考虑，因为丝杠副的公称直径、基本导程、预紧力、负载滚珠的有效圈数与丝杠的寿命、位移精度、刚度、驱动力矩等有密切关系。

如果某一项特性不能满足时，可以重新选择丝杠直径、导程、有效圈数等，直到完全满足。

可参阅表3．7—64进行。

为满足数控机床对进给系统伺服性能的要求，还应考虑最大加速能力及最小惯性的要求，确定丝杠的导程及降速比。

2)为使滚珠受力均匀，提高耐用度和精度保持性，螺母不应受径向力和倾覆力矩，并应尽量使作用在螺母上的轴向合力通过丝杠轴心。

3)建议以螺母(或套筒)的外圆柱面和凸缘面为安装基面，螺母安装直径和座孔的配合为H7／G6，应保持螺母座孔与丝杠支承轴承孔的同心精度和螺母座孔端面与轴线垂直精度。

滚珠丝杠螺母副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动，它是传统滑动丝杠的进一步延伸发展。

这一发展的深刻意义如同滚动轴承对滑动轴承所带来得改变一样。

滚珠丝杠副因优良的摩擦特性使其广泛的运用于各种工业设备、精密仪器、精密数控机床。

尤其是近年来，滚珠丝杠副作为数控机床直线驱动执行单元，在机床行业得到广泛运用，极大的推动了机床行业的数控化发展。

这些都取决于其具有以下几个方面的优良特性：传动效率高、定位精度高、传动可逆性、使用寿命长、同步性能好编号规则及含义FFZD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)。

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精切削500 200 1 50 1320 100 快速进给0 0 15 10 800 15001)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 =3 δm=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/m d2：丝杠底径L1：固定支承距离K smin =575 N/m2）丝杠最大抗压刚度×10 K smax =6.6K smax：最大抗压刚度 N/m K 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 =60K 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/m3）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 ，=0.2F0=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。

滚珠丝杠副动力学与设计基础1. 简介滚珠丝杠副是一种常见的传动机构，广泛应用于工业自动化、数控机床、航空航天、机械制造等领域。

它由滚珠丝杠和导轨组成，可实现高精度、高负载的线性运动，极大地提高了机械设备的工作效率和精度。

2. 动力学分析在滚珠丝杠副传动过程中，存在着轴向刚度、径向刚度、摩擦力、惯性力、阻尼力等因素的影响，需要进行动力学分析。

- 轴向刚度：滚珠丝杠副的轴向刚度决定了它的静态和动态特性，通常用弹性变形系数来表示。

当负载作用在滚珠丝杠副上时，会产生轴向弹性变形，进而影响系统的精度和刚度。

- 径向刚度：滚珠丝杠副的径向刚度决定了其承受径向载荷的能力，通常用材料的弹性模量和几何参数来表示。

在实际应用中，为了提高系统的运动精度和承载能力，通常会采取双向支撑结构。

- 摩擦力：滚珠丝杠副在传动过程中会产生摩擦力，这会直接影响系统的动态响应和精度。

因此，在设计过程中需要考虑材料的选择、润滑方式以及表面处理等因素。

- 惯性力：滚珠丝杠副的传动过程中会产生惯性力，这会影响系统的加速度、速度和响应时间。

在高速运动或频繁变向的情况下，惯性力的影响更加显著，需要进行合理的动力学优化设计。

- 阻尼力：滚珠丝杠副在传动过程中还会受到阻尼力的影响，这会对系统的动态稳定性产生一定的影响。

因此，在设计过程中需要考虑合理的阻尼控制措施。

3. 设计基础在滚珠丝杠副的设计中，需要考虑以下几个方面：- 负载特征：负载特征对滚珠丝杠副的运动性能和负载能力有着直接的影响。

因此，在设计过程中需要准确分析负载特征，确定合适的丝杠尺寸和滚珠规格。

- 导轨结构：导轨结构的选择与设计直接影响滚珠丝杠副的性能和精度。

在实际应用中，需要精确控制导轨的几何参数和表面质量，以保证系统的高精度和长寿命。

- 材料选择：丝杠、滚珠、轴承等关键部件的材料选择也直接影响滚珠丝杠副的性能和寿命。

在设计过程中需要选择合适的材料，同时考虑到成本和生产效率等因素。

横梁中滚珠丝杠螺母副设计作者：石双志田伟来源：《科学与财富》2016年第01期摘要：数控机床横梁传动系统中，丝杠、滚珠、螺母和回珠管道等四种零件组成了滚珠丝杠螺母副主要结构。

丝杠和螺母上都有螺旋滚道，当装配在一起运动时形成了一定长度的螺旋滚道，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内循环滚动，使螺母产生轴向移动，与螺母连接的刀架就工作进给。

关键词：横梁；滚珠丝杠；螺母副1.滚珠丝杠螺母副特点1.1传动效率高滚珠丝杠螺母副中螺母滚珠与丝杠之间采用点接触的滚动方式进行传递力矩，代替了传统螺纹丝杠副的丝杠与螺母面接触，使传动效率提升至90%以上，高于滑动丝杠；而传动力矩只需要滑动丝杠的1/3，同时发热量比滑动丝杠大大降低，大大提高了横梁传动装置的刚度和效率。

1.2可靠性高滚珠丝杠螺母副由点接触滚动运动代替了螺纹丝杠的面接触滑动，运动过程中灵敏度高、启动时低速无爬行现象，无抖动，预紧后可消除大部分轴向间隙，从而提高了立车横梁传动系统的接触刚度和传动精度。

此外滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养只用进行防尘和润滑。

1.3精度高滚珠丝杠螺母副具有采取预紧机构消除轴向间隙，另外滚珠丝杠副发热率低，温升小，使装配了滚珠丝杠副的重型数控立车横梁传动系统具有很高的定位精度能力，而且热变形很小。

1.4使用寿命长由于对滚珠丝杠原材料及热处理工艺、加工工序精度要求很高，立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副的实际寿命高于滑动丝杠的。

1.5同步性能好采用多台滚珠丝杠螺母副驱动同一装置时，可获得良好的同步工作精度的能力。

虽然机床横梁传动系统滚珠丝杠螺母副优点多，但也存在两点不足：（1）不能自锁当垂直水平方向传动时，需要选用抱闸电机为自锁或制动作用。

（2）制造工艺复杂滚珠丝杠的加工需要高精度机床，其加工面的表面粗糙度要求高，工序复杂，故制造成本较高。

2.滚珠丝杠螺母副的类型立车横梁传动系统中滚珠丝杠螺母副按滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。

滚珠丝杠螺母副外循环过程中有一部分与丝杠不接触，外循环使用较为广泛，制造工艺相对复杂；但缺点也非常明显，滚道接缝处无法做的很平滑，对滚珠运动的平稳性有影响，使用中噪声也比较大。

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姚军班级学号1101012430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姚军班级学号1101012430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 年月日前言课程设计是在学完机床课后，进行一次学习设计的综合性练习。

浅谈滚珠丝杠的设计滚珠丝杠副是在丝杠与螺母之间以滚珠（钢球）为滚动体的螺旋传动元件，因而可使丝杠和螺母之间的相对运动变为滚动。

由于滚珠丝杠副具有高效率、高精度及高速特性、耐磨损性和运动可逆性等许多优异特性，所以，滚珠丝杠副作为高效（节能）和精密的先进传动机构，在国内外已引起了广泛的应用。

一、滚珠丝杠副的工作原理、特点及结构形式1.滚珠丝杠副的工作原理及特点（1）滚珠丝杠副的工作原理。

滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间放入适量的滚珠，使丝杠与螺母之间由滑动摩擦变为滚动摩擦的丝杠传功。

滚珠丝杠副在机械传动中的作用，同样是可以将旋转运动变为直线运动。

也可以将直线运动变为旋转运动。

滚珠丝杠副一般是由丝杠1、螺母2、滚珠(钢球)3及滚珠循环返回装置4四个部分组成，如图1所示。

（2）滚珠丝杠副的特点由上述工作原理可知，滚珠丝杠副与滑动丝杠副比较，滚动摩擦代替了滑动摩擦，因此，具有以下特点：摩擦损失小、传动效率高；磨损小、寿命长；轴向刚度高；摩擦阻力小、运动平稳；不能自锁、具有传动的可逆性。

2.滚珠丝杠副的结构型式（1）螺纹法向截型。

螺纹法向截型（或称滚道型面）是指通过滚珠中心的螺旋线的法向平面与丝杠或螺母滚道面的交线的形状。

目前，较常用的滚道型面为单圆弧和双圆弧（图2）两种。

在两种螺纹法向截型中，通过滚珠中心与滚道接触点的连线与螺纹轴线的垂线间的夹角β，称为接触角。

接触角β越大，滚珠螺旋传动的承载能力和刚度就越大，传动效率越高。

接触角β很小时，丝杠能承受的轴向力变小，同时在相同的轴向负荷的作用下，会使得径向力增大，即使挤压滚珠的压力加大，这将会降低丝杠的使用寿命。

3.滚珠循环方式（1）外循环。

滚珠在循环过程中，不能始终保持与丝杠表面接触，即当滚珠从螺纹滚道终端返回到滚道始端时与丝杠表面脱离接触，通常把这种循环方式称为外循环。

（2）内循环。

滚珠在循环过程中，始终与丝杠表面保持接触的循环叫做内循环。

目前，我国已广泛使用一种具有镶块式返向器的内循环结构。

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。

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 CaoCao 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 10fa 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—23、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。

滚珠丝杠螺母副的计算和选型一、滚珠丝杠螺母副的计算方法1.导程和螺距的计算：导程是指螺纹螺旋线上两个相邻螺纹峰之间的距离；螺距是指螺纹进行一周所需要的长度。

导程和螺距的计算可以根据实际需求和使用条件来确定，一般需要考虑运动速度、负载等因素。

2.负载计算：负载是指施加在滚珠丝杠上的力或扭矩。

在计算滚珠丝杠螺母副的负载时，需考虑运动的方向、大小、加速度等因素，以确保滚珠丝杠能正常承载负载，并具有足够的寿命。

3.传动效率计算：传动效率是指滚珠丝杠螺母副在工作过程中能够实际转换的功率和输入功率之间的比值。

传动效率的计算需要考虑滚珠丝杠的摩擦力、滚珠与螺纹之间的接触角、滚珠与导轨之间的接触角等因素，可以通过实验或理论计算来确定。

4.动力学计算：动力学计算主要包括滚珠丝杠螺母副的加速度、线速度和力矩等参数的计算。

这些参数的计算可以通过力学模型、动力学理论和实验数据等方法来确定，以确保滚珠丝杠螺母副在工作时能够满足要求，不产生过大的振动和冲击。

二、滚珠丝杠螺母副的选型要点1.负载要求：根据实际负载要求来选取合适的滚珠丝杠螺母副。

一般情况下，需考虑负载的大小、方向、频率等，以确保选择的滚珠丝杠螺母副能够承受负载并具备足够的寿命。

2.运动速度要求：根据实际运动速度的要求来选取合适的滚珠丝杠螺母副。

一般情况下，运动速度越高，所需的精度和刚性要求越高，需要选择更高级别的滚珠丝杠螺母副。

3.精度要求：根据实际精度要求来选取合适的滚珠丝杠螺母副。

一般情况下，需考虑滚珠丝杠螺母副的回转精度、重复性精度等指标，以确保所选的滚珠丝杠螺母副能够满足要求。

4.环境条件：根据实际工作环境的要求来选取合适的滚珠丝杠螺母副。

一般情况下，需考虑滚珠丝杠螺母副的防尘、防水、耐腐蚀等性能，以确保所选的滚珠丝杠螺母副能够适应各种工作环境。

5.维护和保养要求：根据实际需求来选择易于维护和保养的滚珠丝杠螺母副。

一般情况下，可考虑选择带有自动润滑装置的滚珠丝杠螺母副，以减少维护工作。

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。

滚珠丝杠副的应用及特性滚珠丝杠副是由滚珠丝杠、滚珠、滚珠螺母和相关循环零件组成的以圆柱螺旋线为运动轨迹的传动部件。

用来将回转运动转化成直线运动（主要用途），或将直线运动转化成回转运动（大导程）。

广泛应用于数控机床、自动化设备、测量仪器、印刷包装机械、纺织机械、制药机械、玻璃机械以及其他需要精密路径定位的领域。

作为滚动摩擦的传动部件，它具有如下6点特性：1. 传动效率高滚珠丝杠副的传动效率高达90%～98%，为滑动丝杠副的2～4倍，能高效地将扭力转化为推力，或将推力转化为扭力。

2. 传动灵敏平稳滚珠丝杠副为点接触滚动摩擦，摩擦阻力小、灵敏度好、启动时无颤动、低速时无爬行，可μ级控制微量进给。

3. 定位精度高滚珠丝杠副传动过程中温升小、可预紧消除轴向游隙和初级弹性形变、可对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，故可获得较高的定位精度和重复定位精度。

4. 精度保持性好滚珠及滚道硬度达HRC58～63，滚道形状准确，滚动摩擦磨损极小，具有良好的精度保持性、可靠性和使用寿命。

5. 传动刚度高滚珠丝杠副内外滚道均为偏心转角双圆弧面、在滚道间隙极小的时也能灵活传动。

需要时加一定的预紧载荷则可消除轴向游隙和初级弹性形变以获得良好的刚性（此时使用寿命有所减少）。

6. 同步性能好滚珠丝杠副因具有导程精度高、灵敏度好的特点，在需要同步传动的场合，用几套相同导程的滚珠丝杠副可获得良好的同步性能。

滚珠直线导轨副的应用及特性滚珠直线导轨副是由直线导轨、滚珠、滚珠滑座和相关循环零件组成的精密直线导向部件。

拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承受一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度高随动性的直线运动导向。

由于其直线导向精度和机械效率高、可靠性和标准化程度好等特点，被广泛应用于数控机床、自动化设备、测量仪器、印刷包装机械、纺织机械、制药机械、玻璃机械以及其他需要精密直线导向的领域。

滚珠丝杠副的历史和趋势滚珠丝杠副早在19世纪末就已经被发明了，但受制于当时的制造水平，相当一段时间内未能实际应用。

3一、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δ x=0.005mm/脉冲，Z方向为δ z=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，σ b=650Mpa；选用刀具材料为硬质合金YT15 ；刀具几何参数为：主偏角κ r=45°，前角γ o=10°，刃倾角λs=-0°；切削用量为：背吃刀量a p=1mm，进给量f=0.18mm/r，切削速度 vc=90m/min 。

查表得： C Fc=270 ， x Fc=1.0， y Fc=0.75， n Fc=-0.15 。

查表得：主偏角κ r 的修正系数kκrFc =1.0 ；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=1712N 。

F m=KF x+μ（F z+G ），得工作载荷（ 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 。

1.确定滚珠丝杠副的导程P h由传动关系图，工作台最高移动速度Vmax ，电机最高转速n max ，传动比i 等确定P hmaxmaxn i V P h •=当电机与滚珠丝杠副直联时i=1m axm axn V P h =计算出的P h 要取较大值圆整。

2.滚珠丝杠副的载荷及转速计算● 最小载荷F min机器空载时滚珠丝杠副的传动力，如工作台重量引起的摩擦力。

● 最大载荷F max选机器承受最大负荷时滚珠丝杠副的传动力。

如机床切削时，切削力滚珠丝杠轴向的分力与导轨磨擦力之和即为F max （这时导轨磨擦力是由工作台、工件、夹具三者总的重量以及切削力在垂直导轨方向的分量共同引起）。

● 滚珠丝杠副的当量转速n m 及当量载荷F m滚珠丝杠副在n 1, n 2, n 3, …n n 各种转速下，各转速工作时间占总时间的百分比 分别为t 1%, t 2%, t 3%… t n %,所承受的载荷分别是F 1, F 1, F 1… F n 。

%%%2211n n m t n t n t n n +⋅⋅⋅⋅⋅⋅++=3322321131%%%mn n n m n t n F t n F t n F F +⋅⋅⋅⋅⋅⋅++=当负荷与转速接近正比变化时，各种转速使用机会均等时，可采用下列公式计算：2minmax n n n m +=32minmax F F F m +=3.确定预期额定动载荷● 按滚珠丝杠副的预期工作时间L h (小时)计算：)(100603N f f f F L n C ca wm h m m •=● 按滚珠丝杠副的预期运行距离Ls(千米)计算：)(N f f f F P L C ca wm h s m •=● 有预加负荷的滚珠丝杠副还需按最大轴向负荷F max 计算：max F f C e am =式中L h —预期工作时间（小时）（见表-5）。

L s —预期运行距离（km ）,一般取250km 。

目录前言……………………………………………………………………………………滚珠丝杠螺母副的设计……………………………………………………轴承选择……………………………………………………………………………电机选择……………………………………………………………………………设计总结……………………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………………前言机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。

机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。

随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高。

产品的更新换代也不断加快。

因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换，生产的需要促使了数控机床的产生。

数控机床是指机床的操作命令以数值数字的形式描述工作过程按规定的程序自动进行的机床。

随着微电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速地发展起来。

装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。

马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，有什么劳动资料生产”。

制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。

当今世界各国制造业广泛采用的数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。

此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。