滚珠丝杠选型计算经典版

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

w f ——负荷系数，平稳无冲击选择w f =1

a f ——精度系数，2级精度选择a f =1

c f ——可靠性系数，一般选择c f =1

1.3.2 按滚珠丝杠副的预期运行距离计算：

N f f f F P L C c a w m h s am 9993.146841112.1081010102533

33

=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=- 式中： s L ——预期运行距离，一般选择m L s 31025⨯=

1.3.3 按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算：

N F f C e am 94.7292.1087.6max =⨯==

式中：

e f ——预加负荷系数，轻预载时，选择e f =6.7

m ax F ——丝杠副最大载荷

1.4 估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量δm

()•≤4/1~31m δ重复定位精度

X 向运动的重复定位精度要求为0.005mm ，则

00125.01.041=⨯≤m δmm

1.5 估计算滚珠丝杠副的螺纹底X

1.5.1 根据X 向运动行程为1200mm ，可计算出两个固定支承的最大距离：

mm P l L h 1580101412002.1)14~10()2.1~1.1(=⨯+⨯=⋅+⋅≈

1.5.2 按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底X ：

m

o m L F d δ1000039.02≥ 式中：

F 0——导轨静摩擦力，F 0=108.2N

L ——滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承最大距离，L=1580mm

则有

mm d m 42.1400125

.010*******.108039.02=⨯⨯⨯≥ 1.6 导程精度的选择

据X 向运动的定位精度要求达到0.005mm/1000mm ，则任意300mm 。长度的导程精度

为0.0015mm 。

1.7 确定滚珠丝杠副规格代号

按照丝杠Ph 、d2m 、Cam 选择内循环双螺母式滚珠丝杆，型号为FYND6310-4，精度等级2级。丝杆基本导程P h =10mm ，丝杠底Xd 2m =57mm ＞14.42mm ，外Xd=62mm ，公称直Xd 0=63mm ，额定动载荷Ca =48740N ＞C am ，额定静载荷Cao=156912N 。

1.8 电机选择

条件：选择伺服电机驱动，伺服电机选取松下NAS A4系列MDMA152P1V 型大惯量电机，其功率：1.5KW, 额定转矩：7.15 N.m, 电机惯量JM ：0.00123 Kg.m 2

X 向运动工件及工作台质量估计最大值约1500Kg 。

1.8.1 外部负荷的转动惯量：

丝杆部分的转动惯量：

22210151996565.0031.0633.312

121m kg r m J ⋅=⨯⨯=⋅= 外部负荷的负荷转动惯量： 2221 090.01899920201.015000151996565.0)2(m kg P m J J h L ⋅=⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯+=⋅+=ππ 则有：

45.1500123

.0 090.01899920==M L J J 加在电机上的转动惯量：

2 090.0202292000123.0 090.01899920m kg J J J M L ⋅=+=+=

1.8.2 外部负荷产生的摩擦扭矩：

m N P F T h p ⋅=⨯⨯⨯=⨯⋅⋅=

-- 940.19133960109

.02102.10810233πηπ 式中： h P ——滚珠丝杆副导程

η——未预紧的滚珠丝杆副效率（2级精度η=0.9）

F ——外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中含切削力为0

1.8.3 预紧力产生的摩擦扭矩：

m N P F T h p D ⋅=⨯-⨯⨯=⨯-⋅⋅=-- 360.01346588109

.09.0121007.361012322

322πηηπ 式中：

p F ——滚珠丝杆副间的预紧力，N F F p 07.363/2.1083/max ===

1.8.4 支承轴承产生的摩擦扭矩：

选择HRC 轴承，型号：7603050TN ，查轴承样本可得摩擦力矩：1b T =0.23N.m 。