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滚珠丝杠的设计

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滚珠丝杠的设计

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选用滚珠丝杠副设计步骤实例

设计计算条件

工作台重： W1=8000N 工件重：W2=5000N 最大行程：Smax=760mm 丝杠两端支承间距：ls=1080mm

螺纹全长S=1000mm 安装方式固定一固定 定位精度：± 0.012/300mm （空载） 重复定位精度：± 0.006mm （空载）

寿命：Lh=l5000h

工作台摩擦系数：卩=0.04

表1

工作情况 轴向载何Pa （N） 进给速度（mm/min） 工作时间（%）

切削力F 摩擦阻力Fr

快速进给 0 520 15000 30

一般切削 6000 520 400 60

强力切削 10000 520 300 10

设计计算

1、选择导程L

L > Vma^ 15000 10( mm)

Nmax 1500

取 L=10mm

2、计算当量载荷Fm、当量转速Nm（见表2） 驱动电机 Nmax=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 Fr= (Wi +W2)•卩=520(N) 滚珠丝杠的设计

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3 3 3 1

计算公式 F ( Fl ?Ni?ti F2 ?N2?t2 …Fn ?Nn ?tn)

N n ? t n

N/tj ?N2 ?t2 ... Nn ?tn

t1 t 2 ... tn

表2

工作状态 轴向载何Fa（ N） 转速（l/min） 工作台时间（%）

快速进给 FI=520 NI=1500 T1=3O

一般切削 F2=652O N2=4O T2=6O

强力切屑 F3=1O52O N3=3O T3=1O

代入公式得Fm=2776 （ N）

Nm=477 (l/min)

3、寿命:

f w——载荷系数（见表4） Ni ?ti ?N2 ?t2

Nm

计算公式L Ca

fw ? Fm 106

Lh L

60 Nm

式中L——回转时间 （见表3）

Lh --- 寿命时间 Km

Ca――额定动载荷 N （见产品样本）

主机类别 Lh (h)

一般机床、组合机床 1OOOO

数控机床、精密机床 15OOO

工程机械 5OOO~1OOOO

自动控制系统 15OOO

测量系统 15OOO

使用条件 f w

平稳无冲击 1.O~1.2

一般运动 1.2~1.5

伴随有冲击振动运动 1.5~2.O

滚珠丝杠副预期工作寿命Lh表3 载荷系数f w 表4 滚珠丝杠的设计

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静态安全系数fd 表5

使用条件 f d的下限值

一般运动 1~2

伴随有冲击与振动运动 2~3

4、计算动载荷Ca，

根据工作状态，取f w=1.2

计算公式 Ca，= ( 60X Nm X Lh) 1/3 • Fm • f wX 102

=25130(N)

5、计算静载荷Coa' ( N )

计算公式Coa' =fa • Fmax

式中fa――静态完全系数(见表5)

6、计算临界转速Nc、r/min

式中入?f――与安装方法有关的常数

d1 --- 丝杠底径mm

Is----- 丝杠支承间距mm

表6

a ---- 安全系数 a =0.5

NSK-DFD 型 d0 (mm) d (mm) L0=10 (mm)

Ca (N) Coa (N) Kc (N/卩 m)

DFD3210-4 32 27.1 33900 71700 790

DFD4010-4 40 35.1 39100 95200 990

DFD5010-4 50 45.1 44500 125000 1220 Nc ?暮?阪 f?^ 107

r?A 滚珠丝杠的设计

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安装方法 入 f

支承一固定 4.730 21.9

固定一支承 3.927 15.1

支承一支承 3.14 9.7

固定一自由 1.875 3.4

临界转速系数入、f表7

安装方法 fs m

支承一固定 4 20.3

固定一支承 2 10.2

支承一支承 1 5.1

固定一自由 1/4 1.3

临界载荷系数fs、m表8

Pa 7、临界载荷Pa（N）

2?fs? 2 ?E?I

=m 式中fs、m 与安装方法有关常数（见表8）

确定名义直径

1）根据临界转速得

2

八 Nc?ls “

d1> ----------- 10

f 7 (mm)

Nc=Ni=1500r/min f=21.9 di> 8mm

2）根据d?N值

do?N < 50000~70000 取 N=Ni

」一 70000 70000

d0< --------- ----------

N 1500

3)根据临界载荷得 46.7 (mm)

1

, Pa ?ls2 4 4

d1> —__- 10 4

m

Pa=f3=10520N,m=20.3

得 d1 > 16(mm)

由1）、2）、3）可知 d1> 16mm d0< 46.7mm 滚珠丝杠的设计

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4）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do=4Omm, lo=1Omm的DFD4010-4滚珠丝杠副能满足'

要求。

校核静载荷：按条件，取fd=2

Coa' = fd? Fmax

=2X 10520=21040 ( N)< Coa

9、刚度计算

1）丝杠拉压刚度

两端固定时

Ks=n ?d12?E/lsX 103 (N/mm) E=2.1 X 105N/mm2

=693 (N/卩 m)

在空载下丝杠轴向变形量

△ Ls=Fa/Ks=520/693=0.72(u m)

2）螺纹滚道接触刚度Kc

Kc=990N/卩 m

螺母预紧力Fpr=3000N

算得螺母的实际接触刚度内

1

F 3

Kc' =Kc? —

3000

在空载下螺母轴向接触变形量：

△ Lc=Ka/Kc' =520/906.3=0.57 (卩 m)

2）轴承刚度

支承轴承尽可能选择大接触角轴承， 以便提高刚性，若选择P =60° =990 01^ 1

3

=906.3N/ 卩 滚珠丝杠的设计

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的向心推力轴承（内径d=30mm、D0=6.35mm、Z=21）则

4 丨 匚2

S a0 = 4.5 10 ? J ________ pb________

si np ” dQ?Z2?si np

取 Fpb =520

=0.006 （mm）

KB =3 Fpr/S a0X 10-3=1500 （N/ 卩 m）

在空载下轴承轴向变形量:

△ LB=Fa/2KB=0.17（卩 m）

（因为丝杠两端都为向心推力轴承，所以轴承总刚度为 2KB）

因此，总变形量

△ L= △ Ls+ △ Lc+ △ LB

=1.49（卩 m）vA /2=7.5 卩 m

故刚度能满足要求.

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滚珠丝杠设计计算

滚珠丝杠设计计算

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

滚珠丝杠设计说明说

滚珠丝杠设计说明说

滚珠丝杠设计说明说

滚珠丝杠是一种常用于传递旋转运动和直线运动的机械元件，它通常由螺母、螺杆和滚珠组成。滚珠丝杠具有高效率、高刚度、高精度、长寿命等优点，广泛应用于工程机械、航空航天、机床等领域。

1.长度选择：滚珠丝杠的长度应根据具体应用场景来确定。较长的丝杠可以提供较大的行程，但也会增加自振频率和扭转刚度，影响系统的稳定性。因此，在设计过程中需要综合考虑行程需求和系统稳定性。

2.直径选择：滚珠丝杠的直径决定了其负载能力，直径越大，负载能力越高。选择直径时需要考虑负载情况和运动速度。通常，通过计算负载系数和速度系数，可以确定滚珠丝杠的合适直径。

3.螺距选择：螺距是滚珠丝杠的重要参数，它决定了滚珠在一个螺旋周期内所传递的行程。螺距越大，速度越快，但力矩也会增加。在选择螺距时，需要综合考虑负载和速度要求。

4.滚珠选择：滚珠的选择直接影响滚珠丝杠的负载能力和精度。一般来说，滚珠越大，负载能力越高，但精度可能降低；滚珠越小，精度越高，但负载能力降低。根据具体应用要求，选择适当大小的滚珠。

5.轴承支撑方式：滚珠丝杠需要在两端通过轴承来支撑。轴承的选择要考虑运动速度、负载和刚度等要求。一般情况下，可以采用角接触球轴承或推力球轴承来支撑。

6.润滑方式：滚珠丝杠在工作时需要进行润滑以减小摩擦和磨损。常见的润滑方式有油脂润滑和油润滑。油脂润滑可以提供良好的密封性和冷却效果，适用于低速轴承；而油润滑适用于高速操作，可以提供更好的冷却和泄漏控制。 7.驱动方式：滚珠丝杠的驱动方式可以采用电动、液压或气动。电动驱动是最常见和广泛应用的方式，它能够提供精确控制和较高的驱动效率。液压和气动驱动方式适用于承载大负载和长行程的应用。

滚珠丝杠的设计需要根据具体应用需求来选择合适的参数和材料。设计人员需要结合机械原理、材料力学、热力学等知识，进行系统分析和计算，确保滚珠丝杠能够满足设计要求，提供可靠的运动传递和精确的位置控制。此外，在设计过程中还需要考虑制造成本、安装要求和维护方便等因素，并与其他机械元件进行协调和配合，以实现整体设计的一致性和优化。

滚珠丝杠的设计与计算

滚珠丝杠的设计与计算

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）

dp：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）

导向面的摩擦阻力

Fa=0.003×500×9.8=14.7N

驱动扭矩

1、2保证高精度

雄联滚珠丝杠，在被恒温控制的工场里，用最高水平的机械设备进行研磨，直到组装，检查，实行

滚珠丝杠设计说明书

滚珠丝杠设计说明书

xxxx大学

题目：《滚珠丝杠结构设计》

学 院： 职业技术教育学院

专 业： 机械工程

班 级： 机械Z125班

学 号：

姓 名：

指导教师：

2015年1月14日

摘要：螺旋传动是应用非常广泛的机械传动之一，最常见的一种是滑动螺旋传动。但是，由于滑动螺旋传动的接触螺旋面间存在着比较大的滑动摩擦阻力，故其传动效率低、磨损快、使用寿命短，已不能完全适应现代机械传动在高速度、高效率、高精度等方面的发展要求。

为了减小丝杠传动副的摩擦和提高传动效率，国内外已普遍采用以滚动摩擦代替滑动摩擦原理，简称“滚化”原理，创造了滚珠丝杠副这种先进的新型传动机构。

对于滚珠丝杠副，其结构上的明显特征是：

构件间的可动连接通常不是借助于运动副本身，而是在丝杠和螺母两构件之间利用中间元件（滚珠）来实现的。滚珠丝杠副是在丝杠与螺母旋合螺旋槽之间放置适量滚珠作为中间传动体，借助滚珠返回通道，构成滚珠在闭合回路中循环的螺旋传动机构。如图：1-1

图：1-1

根据课题要求，我们对滚珠丝杠进行了以下设计：

有效导程1000，丝杠直径50mm

滚珠丝杠结构设计说明书

一、滚珠丝杠的预拉伸结构设计

丝杠又称丝杆．它是机械传动上最常使用的传动元件．其主要功能是将旋转运动转换成直线运动．既可以使用较小的转矩得到很大的推力，又可以作为减速装置，得到很大的减速比；也有将直线运动变成旋转运动的。丝杠作为高精度的动力驱动装置，应用越来越广泛。采用丝杠两端固定的安装方式，需要作预拉伸处理。目的是减小丝杠工作中因热膨胀、自重引起的弹性变形从而加大导程，影响传动比和传动精度。对要求精密的传动丝杠，需要热膨胀补偿。而丝杠预拉伸就是常用的补偿方式。