(完整版)机械设计中丝杠螺母副计算校核
滚珠丝杠螺母副的选型与计算
金属切削机床的技术规格每一类机床，为了能够加工不同尺寸的工件，所以不可能所有的机床都做成一种规格，这是不是实际也是不符合经济效益的。
国家根据了机床的生产和使用的情况，规定了每一种通用机床的主参数和第二主参数系列。
卧式车床的主参数包括：在床身上工件的最大回转直径有250、320、400、500、630、800、1000、1250mm八种规格；主参数相同的卧式车床一般又有几种不同的第二的主参数——最大工件长度。
例如，CA6140型卧式车床在床身上最大回转直径为400mm，而最大工件长度有750、1000、1500、2000mm四种。
机床的基本运动机床进行加工的实质其实就是让刀具与工件之间进行相对的运动。
虽然各种类型机床的具体用途和加工的方法不尽相同，但是它们工作的基本原理都是一样的，那就是通过刀具和工件之间的相对运动，使得毛坯上的多余金属被切除，并形成一定的形状、尺寸和质量的表面，从而获得所需要的机械零件。
因此加工需要什么运动和机床需要如何实现这些运动，就是我们首先要讨论的问题。
机床的运动分析，就是研究在金属切削机床上的各种运动及其相互联系。
机床运动分析的一般过程包括：根据在机床上加工的各种表面和使用的刀具类型，分析出得到这些表面的方法和所需要的运动，再去分析为了实现这些运动，机床应该具备的传动联系，实现这些传动联系的机构以及机床运动的调整方法。
这个顺序可以总结为“表面-运动-传动-机构-调整”。
尽管机床的品种有很多，结构也不尽相同，但归根结底也不过是几种基本运动类型的组合与转化而已。
机床运动的分析目的在于，可以利用非常简便的方法迅速地认识一台陌生的机床、掌握机床的运动规律、分析或者比较各种机床的传动系统，从而能够合理地去使用机床和正确设计机床的传动系统。
机床的传动系统传动链传动链是指由运动源、传动装置和执行件按一定的规律所组成的传动系统。
机床加工过程中所需的各种运动都是通过相应的传动链来实现的。
运动源运动源是给执行件提供动力和运动的装置。
滚珠丝杠的设计计算
3.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型3.4.1 纵向进给丝杠滚珠丝杠的选型螺纹滚道型面的选择 1.单圆弧型面 2.双圆弧型面选择要求:经济易调试稳定选择方案 2双圆弧型面选择原因接触角Ъ不变双圆弧交接处尚有小空隙可容纳一些赃物这读滚珠丝杠有利而不致堵塞滚珠循环方式: 1内循环 2外循环选择方案:外循环选择原因:结构制造较易经济实用轴向间隙的调整和预紧力的选择1垫片式 2螺纹式 3齿差式选择要求: 经济可靠易拆装刚度高选择方案：双螺母垫片式预紧选择原因：结构简单可靠性好刚度高拆装方便丝杠的安装方式①计算进给率引力（N）纵向进给为三角形贴塑导轨：＝1.15×1873＋0.04（2491＋800）＝2500N式中： K－考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨：K＝1.15－滑动导轨磨擦系数 0.03～0.05G－溜板及刀架重力G＝800N②计算最大动负载FF＝L＝(60×n×T)/10N=1000 /式中： -滚珠丝杠导程，初选＝6mm-最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的（1/2-1/3）, =1.5m/minT-使用寿命，按15000h-运动系数，取＝1.2L－寿命以转为1单位由式知：n=1000 / =(1000×1.5)/6=250r/min由式知：L=(60×N×T)=(60×250×15000)/ =255由式知：F= ×1.2×2500=18246.6N=1862kg③计算最大静负载＝×＝2×1862＝3724N＜＝69678N④滚珠丝杠螺母副的类型选用滚珠丝杠副的直径时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。
根据纵向进给丝杠的动负载来选取滚珠丝杠螺母副。
查阅文献附表A表3，可采用 3506型3.5圈一列外循环垫片调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，其额定动载荷为19012N，额定静载荷为69678N，精度等级为3级。
丝杠螺母设计计算
丝杠螺母设计计算丝杠螺母是一种常见的螺旋副传动元件，广泛应用于机械设备和工业生产线中。
其主要作用是将转动运动转化成线性运动。
1.丝杠参数计算：(1)螺纹间距：螺纹间距是指螺纹的螺距，即螺母每转一周，丝杠的前进距离。
螺纹间距的计算公式为：P=πd/n，其中P为螺纹间距，d为螺纹直径，n为螺纹数。
(2)理论前进距离：理论前进距离是指螺母每转一周，丝杠的前进距离，计算公式为：L=P×Z，其中L为理论前进距离，P为螺纹间距，Z为丝杠螺纹的螺纹数。
(3)丝杠传动效率：丝杠传动效率是指丝杠传动的能量损失情况，影响因素包括螺母材料、螺纹质量、润滑情况等。
2.选材计算：(1)强度计算：丝杠螺母的选材应根据实际使用情况的负载要求来确定。
根据载荷大小和工作环境要求，选择合适的强度等级材料。
(2)磨损计算：考虑到丝杠螺母在长时间使用中的磨损情况，需要根据材料的硬度和摩擦系数来估算螺纹副的磨损量。
3.密封设计计算：(1)密封件选型：根据丝杠螺母工作环境和介质要求，选择合适的密封件材料和结构形式。
(2)密封效果计算：在丝杠螺母设计中，需要考虑密封件的可靠性和密封效果。
通过计算密封件的接触压力和挤压量，来评估其密封性能。
4.轴承设计计算：螺纹副中，螺纹副运动较复杂，所以通常需要在螺母内部设置滚动轴承或滑动轴承，以减小摩擦和磨损。
在设计计算中，需要考虑轴承的负荷承受能力、摩擦系数、轴承寿命等因素。
5.补偿设计计算：(1)回程间隙：由于螺纹副传动中的摩擦力和弹性变形，会产生回程间隙。
需要通过计算和实验，确定回程间隙的大小。
(2)补偿控制：通过控制螺母位置和螺纹副的复位力，实现补偿控制作用，以延长螺纹副的使用寿命。
丝杠螺母设计计算的过程中需要综合考虑以上几个方面的因素，并根据实际应用需求来进行精确计算和设计。
只有在设计计算准确无误的前提下，才能确保丝杠螺母在实际使用中具有良好的工作性能和使用寿命。
此外，需要注意加工和安装过程中的工艺要求，以确保丝杠螺母的精度和质量。
滚珠丝杠螺母副间隙调整方式
滚珠丝杠螺母副间隙的调整方式主要有以下几种：
垫片调隙式：通过调整垫片的厚度使螺母产生轴向位移，以消除间隙和产生预拉紧力。
这种结构的特点是构造简单、可靠性好、刚度高以及装卸方便。
但调整费时，并且在工作中不能随意调整，除非更换厚度不同的垫片。
螺纹调隙式：其中一个螺母的外端有凸缘而另一个螺母的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸出套筒外，并用两个圆螺母固定着。
旋转圆螺母时，即可消除间隙，并产生预拉紧力，调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧。
硬调整法：使用机械性的方法使丝杠螺母副间隙消除，根本上实现无间隙进给。
但比起调整它的过程要复杂一些，而且还要经过多次调整，方能达到理想的工作状态。
软调整法：在加工程序中加入刀补数，刀补数等于所测得的轴向间隙数或是调整数控机床系统轴向间隙参数的数值。
但这是治标不治本的办法。
机械毕业设计1697中直缝焊接机设计说明书
摘要在设计中直缝焊接机是最为典型且应用最广泛的机动式焊接机械装备，他主要包括电气控制部分和机械部分，本设计重点介绍了自动焊机的机械部分和自动控制。
机械部分是驱动焊体的移动部分，包括电动机，联轴器，轴承和减速器等。
自动控制部分主要是PLC自动控制。
译：The line seam welding ,design is the most modern and versatice machine motive welding mechanical untis .It is composed of elec tronic cotroling and mechaniacal units ，introduced the structure of its mechanism and the automatic controlling . the structure of its mechanism is which the welding piece was drivened in cluding motor copling piece was drivened . bearing rotation ----wheel .degradation ---conveyor and so on . the automatic controlling main is PLC automatic controlling目录毕业设计任务书 (Ⅰ)摘要 (Ⅱ)概述 (1)第一章机械传动装置总体设计 (2)一、拟订传动方案 (2)二、丝杠螺母选择 (2)三、电动机选择 (4)第二章机械减速器设计 (6)一、齿轮的设计与计算 (6)二、轴的设计 (9)三、键的选择与校核 (12)四、轴承的选择与校核 (13)五、箱体结构尺寸选择 (14)第三章焊接专用夹具设计（略） (15)第四章直流调速系统设计 (15)一、直流电动机调速原理 (15)二、直流调速系统结构框图设计 (16)三、直流调速系统各组成电路设计 (16)四、晶闸管直流调速系统原理电路图 (22)第五章电气控制系统设计 (22)一、电气控制系统概述 (22)二、可编程控制器的特点 (22)三、自动直缝焊接设备电气控制系统设计 (23)第六章设计总结 (28)参考文献 (29)概述自动控制气体保护焊接是一种高效焊接方法，由于它具有气体保护，所以用它能进行高质量焊接，又由于采用了PLC自动控制，因而焊缝均匀。
数控车床改造中滚珠丝杠螺母副的选用校核
Ｖ ｘ 最高移 动速度 ｍａ ： ｉ传动 比， ： 这里取 １ ｎ 电机最高转速 一：
根据改装数车精度要求 ， 车削 速度是 中等车削速度取稍偏
大 的值。 ２３ 根据丝杠的安装 方式来估算最小底径 ｄ ｍｉ ． ２ ｎ
ｄ ＞ ２ ｎ ２×１ ２ ０×Ｆ Ｌ ／Ｉ ） ２ ｄ ｍｉ＝ ０（ １ １ ｃＩ ｍＥ ＇８
５
Ｎ： ４６
支式丝杠螺母副 ， 即一端装 止推轴承 ， 另一端装 向心球轴承 ， 选 择双螺母 垫片调隙式 ， 这样 结构简单 ， 刚性好 ， 紧可靠 ， 整 预 调 方便 。滚珠循 环采用外循环式 ， 它的特点是工艺简单 ， 于制 易
造， 经济实用 。
平 均 转 速 ＿ｍ ＝ ｑ ｎ ＋ ２ ２ ｑ ｎ ４ ４ １ ０ — ， Ｉ １ （ｌ １ ｑ ｎ ＋ ３ ３ ｑ ｎ ） ０ ／
在此满足 了数控机床的高进给速度 、 高定位精度 、 高平稳性 和
快速响应要求 ， 必须合理选择滚珠丝杠副 ， 并进行必要 的校核
计算 。
无切削
Ｆ ＝Ｉ０ Ｉ Ｏ Ｐ － ００ ２ ２０
Ｆ ＝４ ０ ３ ００
＂ ＝ｉ ０ ￣ ｚ０ １ ０ ＇ ＝ｉ￣ Ｉ ００ 】 ２
Ｙ ＝４０ ３ ０
≈ ２５ｍ ｍ
滚珠丝杠是 由丝杠 、 螺母 、 滚珠等组成的机械元件 ， 作用 其
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 ， 因其优 良的摩擦特性使其试广泛应用 ，其选 择包括精度选择 、
尺寸规格 （ 包括导程与公称直径 ） 、支承方式等几个方面的内 容。滚珠丝杠副的承载能力用额定动载荷或额定静载荷表示 。
式 中： ＝ ０ Ｔ １ 是滚珠 丝杠 系数 （ Ｌ ６ ｎ ／０， 单位为 １ ０ 转 ， ×１ 如
滚珠丝杠的选用与校核
参考内容
滚珠丝杠副作为一种重要的传动元件，在现代化机械设备中发挥着至关重要 的作用。它具有高精度、高刚度、长寿命等特点，被广泛应用于各种高精度机床、 机器人、电子设备等场合。本次演示将介绍滚珠丝杠副的选型计算与应用技巧， 以期帮助读者更好地理解和应用这一重要传动元件。
一、滚珠丝杠副的选型计算
选型计算是滚珠丝杠副应用中的重要环节，需要根据实际应用场景和设备需 求进行选择。以下主要从直径、转速、载荷和工作环境等方面介绍选型计算的方 法。
珠丝杠副的应用知识，提高设备的综合性能和可靠性。
参考内容二
随着制造业的不断发展，数控机床已成为现代生产过程中不可缺少的重要设 备。而在数控机床中，滚珠丝杠副作为关键的传动部件，直接影响着机床的性能 和加工精度。因此，如何合理选择与计算滚珠丝杠副，成为了一个值得探讨的话 题。
一、滚珠丝杠副的原理与特点
在数控机床中，滚珠丝杠副的计算主要包括以下方面：
1、选型计算：根据机床的负载和行程需求，计算滚珠丝杠副的直径、长度、 精度等级等参数。
2、静力学计算：根据机床的工作状况，计算滚珠丝杠副的静力学性能，如 最大弯曲应力、最大剪切应力等，以确保其具有足够的强度和刚度。
3、动力学计算：根据机床的转速和负载情况，计算滚珠丝杠副的动力学性 能，如最大接触应力和最大转速等，以确保其具有稳定的运行性能。
4、热力学计算：根据机床的工作温度和环境条件，计算滚珠丝杠副的热力 学性能，如热膨胀系数和热容量等，以确保其具有较长的使用寿命。
感谢观看
失败案例：某电子设备在设计中，为了追求低成本，选择了直径较小的滚珠 丝杠副来控制设备运动。在使用过程中，丝杠副因负载过大而损坏，导致设备故 障。虽然厂家提供了售后服务，但因维修成本高且耗时长，给客户带来了较大损 失。
滚珠丝杠螺母副的计算和选型
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。
机械设计转动惯量计算公式
1. 圆柱体转动惯量(齿轮、联轴节、丝杠、轴的转动惯量)82MD J =对于钢材：341032-⨯⨯=gLrD J π)(1078.0264s cm kgf L D ⋅⋅⨯-M-圆柱体质量(kg)； D-圆柱体直径(cm)； L-圆柱体长度或厚度(cm)； r-材料比重(gf /cm 3)。
2. 丝杠折算到马达轴上的转动惯量：2i Js J =(kgf·c m·s 2) J s (kgf·c m·s 2)； i-降速比，12z z i =3. 工作台折算到丝杠上的转动惯量gw22⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=n v J π g w 2s 2⎪⎭⎫ ⎝⎛=π (kgf·c m·s 2) v -工作台移动速度(cm/min)； n-丝杠转速(r/min)； w-工作台重量(kgf)；g-重力加速度，g = 980cm/s 2； s-丝杠螺距(cm)2. 丝杠传动时传动系统折算到驱轴上的总转动惯量：())s cm (kgf 2g w 122221⋅⋅⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=πs J J iJ J S tJ 1-齿轮z 1及其轴的转动惯量； J 2-齿轮z 2的转动惯量(kgf ·cm ·s 2)；J s -丝杠转动惯量(kgf ·cm ·s 2)； s-丝杠螺距，(cm)； w-工件及工作台重量(kfg).5. 齿轮齿条传动时折算到小齿轮轴上的转动惯量2gw R J =(kgf ·c m·s 2)R-齿轮分度圆半径(cm); w-工件及工作台重量(kgf)6. 齿轮齿条传动时传动系统折算到马达轴上的总转动惯量⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=2221g w 1R J i J J tJ 1，J 2-分别为Ⅰ轴，Ⅱ轴上齿轮的转动惯量(kgf ·c m·s 2)；R-齿轮z 分度圆半径(cm)； w-工件及工作台重量(kgf)。
滚珠丝杠副的选型计算与应用
Ｆ ＝
蒸 …ｒ ｅ
其次 确定 螺 母 的预 紧 方 式 及 长 度 ，并 根 据 工 作 台行程确 定 丝 杠 副 螺 纹 长 度 。一 般 情 况 下 ，滚 珠 丝
ｎ
＝
ｎ。
＋ ． ・ ＋ ．
杠 副螺 纹部分 长 与直径 比应小 于或 等 于 ５ 。 ０ ６ ．精 度 校核
括精 度 、尺寸 规格 （ 包括 导程 与公 程 直径 ） 、承 载 能 力 、支承 方式 等 几 个 方 面 的 内 容 。除 此 之 外 ，还 应 对其 进行 必 要 的 校 核计 算 ，如 对 细 长 而 又 承受 压 缩 对 于矩 形导 轨机床 Ｆ ＝ｋ ｘ＋ ＋Ｆ ） Ｆ 厂（ ＋ （） ２
Ｐ ：
ｎ…
其 中 ，厂 为导 轨摩擦 系 数 ； ． ｆ为 轴 套 和轴 架 以及 主 轴
的键 的摩 擦 系数 ；ｋ为 考 虑 颠 覆 力 矩 影 响 的实 验 系
２ ．精 度 选 择 滚珠 丝杠 的精度 直 接影 响数 控机 床 的定 位精 度 ， 在滚珠丝 杠精度参 数 中，其 导 程精 度误 差对 机 床定 位 精 度影 响最 明显 。一 般 在 初 步设 计 时设 定 丝 杠 的任 意 ３ ０ ｍ行 程变动 量 。 应小 于 目标 设定 的 ３ ０ ０ｒ ａ 。 ０ ｍｍ 定 位精 度值 的 １ ３～１ ２ ／ ／ ，在 最后 精度 验算 中确定 。
ｆ
Ｏ２ ． Ｏ １ ．５
ｆ Biblioteka 取与 之相 近较 大 的圆整值 。
三 角 形 、组 合 形 钻 镗 主 轴 圆导 轨 滚 动 导 轨
１１ ．５
Ｏ １ Ｏ １ ．５一 ．８ Ｏ １ ．５ ０ ０ ３— ．０ ．０ ０Ｏ４
滚珠丝杠副的计算
滚珠丝杠副的安装：为了保证滚珠丝杠副传动的刚度和精度，选择一端固定、一端游动（F--S ）的支撑方式，如图所示。
固定端采用深沟球轴承2和双向推力球轴承4，可分别承受径向和轴向负载，螺母1、挡圈3、轴肩、支撑座5台肩、端盖7提供轴向限位，垫圈6可调节推力轴承4的轴向预紧力。
游动端需要径向约束，轴向无约束。
采用深沟球轴承8，其内圈由挡圈9限位，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩。
选用推力球轴承，查《机械设计课程设计手册》表6—8，选用滚动轴承 52206 GB/T 301—1995 。
查《机械设计课程设计手册》表6—1，选用滚动轴承 6205 GB/T 276—1994 。
滚珠丝杠副的计算 P=6mm（1） 求计算载荷：1.2 1.0 1.0150=180c F H A m F K K K F N ==⨯⨯⨯有题中条件，查表2-6取 1.2F K =，查表2-7取 1.0H K =，查表2-4取D 级精度，查表2-8取 1.0A K =. （2） 计算额定动载荷 取4p mm =，3060450min 4m r n ⨯==则，''33444502000018015001.6710 1.6710m h a C n L C F N ⨯==⨯≈⨯⨯, 考虑各种因素选用FCI-2004-2.5，由表2-9得丝杠副数据：公称直径 020D mm = 导程 4p mm = 螺旋角 338'λ= 滚珠直径 0 2.381d mm =（3） 按表2-1中尺寸公式计算：滚道半径 00.520.52 2.381 1.24R d mm ==⨯≈。
偏心距 20 2.3810.7070.707 1.24 3.51022d e R mm -⎛⎫⎛⎫=-=⨯-=⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭。
丝杠内径 a ()21022202 3.5102 1.2417.59d D e R mm -=+-=+⨯⨯-⨯= （4） 稳定性验算a) 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 .临界载荷 ()22acr EI F l πμ= 式中，E 为丝杠材料的弹性模量，对于钢，E=206GPa; l =0.2m ；a I 为丝杠危险截面的轴惯性矩；μ为长度系数， 依题意，()4349413.1417.59104.7106464a dI m π--⨯⨯==≈⨯取23μ=，则29952(3.14)20610 4.710 5.41020.23cr F N -⨯⨯⨯⨯=≈⨯⎛⎫⨯ ⎪⎝⎭安全系数55.4103600150cr m F S F ⨯===。
滚珠丝杠副参数计算与选用
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。
滚珠丝杠螺母副构简图
滚珠丝杠螺母副构简图————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：滚珠丝杠螺母副结构图及其工作原理本次观察了实训车间的数控车床、数控铣床、加工中心，作为它们进给伺服系统机械传动结构中的滚珠丝杠螺母副的结构都是一样的。
滚珠丝杠螺母副的结构原理图·组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。
·工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。
而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。
回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。
特点：·传动效率高：机械效率可高达92%~98%。
·摩擦力小：主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。
·轴向间隙可消除：也是由于滚珠的作用，提高了系统的刚性。
经预紧后可消除间隙。
·使用寿命长、制造成本高：主要采用优质合金材料，表面经热处理后获得高的硬度。
滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的成为外循环（如图b），始终与丝杠保持接触的成为内循环（如图a）。
(a) 内循环（b）外循环(1)外循环外循环是常用的一种外循环方式。
这种结构是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。
再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔。
另外，在螺母内进出口处各装一挡珠器，并在螺母外表面装一套筒，这样构成封闭的循环滚道。
外循环结构制造工艺简单，使用较广泛。
其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。
(2)内循环内循环均采用反向器实现滚珠循环，数控机床反向器有两种型式。
圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽。
反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键定位，以保证对准螺纹滚道方问。
滚珠丝杠副的设计计算
• 按最不利的情况，即取F=Fm，则
L0 pF EA p T 2GJ c
2
4 pF
2 Ed1
16 p T
2
Gd 1
2 2
4
3 4 6 10 3800 3.14 206 10 9 0.04576
16 (6 10
2
3 2 9
（3）滚珠丝杠副的选择步骤（校核计算）
已知条件： 工作载荷F（N）或平均工作载荷Fm （N）; 丝杠副的使用寿命Lh （h） ； 丝杠的工作长度（或螺母的有效长度）l(m); 丝杠的转速n（平均转速nm或最大转速nmax）(r/min); 滚道硬度HRC及运转情况。 设计步骤：1、求出计算载荷Fc :Fc=KFKHKA Fm 2、根据寿命计算出额定动载荷 C a
9910
3.927 0.0458 ( 1.2) 3 2
2
2
10960
ncr nmax 10000
（5）刚度验算 • 滚珠丝杠在工作负载F（N）和转矩T（N.m）共同作 用下引起每个导程的变形量 L0（m）为
L0
pF EA
p T 2GJc
4 d1
2
2
• •
使用要求。
• • 经上述计算验证，FFZD5006-5各项性能指标均 符合题目要求，可选用。
规格型号 FFZD3210-3
D0
32
公称导 程 p 10
丝杠外 径 d 32.5
钢球直 径 d0 7.144
丝杠内 径 d1 27.3
循环圈 数 -
动负荷 Ca(KN) 25.7
FFZD5006-5
滚珠丝杠螺母副的计算和选型
滚珠丝杠螺母副的计算和选型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=45°，前角γo=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。
=1.0；刃倾角、前角和刀尖圆弧查表得：主偏角κr的修正系数kκrFc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。
丝杠螺母机构的选择与计算
丝杠螺母机构的选择与计算5.2.1 确定滚珠丝杠副的导程 滚珠丝杠副的导程按下式计算：(5-1)式中 h P —滚珠丝杠副的导程，（mm ）；Vmax —工作台最高移动速度，（min /m ）； max n —电机最高转速，（min /r ）； 由进给系统设计要求知： Vmax=2.5min /m查阅《机械设计手册》[13]得：步进电机110BF003的最高转速n max =500min /r 。
将数值代入上式(5-1)可得：P h ≥5mm 。
故取P h =S=6mm 。
5.2.2 强度计算动载强度计算1）对于燕尾型导轨的牵引力计算F m =KF X +f(F z +2F Y +G) (5-2)取 K=1.4 f=0.2考虑工作台在移动过程中只受G 影响 故 F 1m =fG(5-3)=0.2×30×9.8 =58.8(N )考虑工作台在加工时静止只受F X 影响 故 F 2m = KF X(5-4)=1.4×9.8×130maxmaxn V P h=1783.6(N )故F m = F 1m ＋ F 2m =58.8N ＋1783.6N =1842.4N 2）.计算最大动载荷 C 当转速min 10rn ≥时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲劳点蚀，因此要进行动载强度计算，其计算动载荷)(N c C 应小于或等于滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，即r eq H d c F F f f T C ≤=3' (5-5) 式中 d f —动载荷系数； H f —硬度影响系数； eq F —当量动载荷，N ；r F —滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，N ； 'T —寿命，以r 610为一个单位。
(5-6) 式中 T —使用寿命，h ； N —循环次数；eq n —滚珠丝杠的当量转速，min r 。
取 T=15000hmin 667.416610005.2max r s v n eq =⨯==(5-7) 代入数据可得： 取2.1=d f 取f H =1.0当工作载荷单调连续或周期性单调连续变化时，则N T n T eq 66101060'-==N F F F F F m m eq 667.120838.586.178********min max =+⨯=+=+≈ (5-8)式中 max F 、min F —最大和最小工作载荷，N 。
滚珠丝杠计算精编版
Ca
F
g
m
f
3
w
106
Lh
60
L N
m
选用丝杠时寿命太短或太长都不合适，使用过长的寿 命会使选择的丝杠的尺寸太大，造成不经济的结果，因 此大部分都会选择在10000小时到20000小时。
综合上述所选主要技术参数，根据滚珠丝杠 产品样本，即可确定所选滚珠丝杠副型号规格。 如验算不满足要求，另选其它型号，重复以上 步骤，直至满足要求为止。
工作时间 （%）
t1 t2 t3
F N t F N t F N t 3 F N t N t N t m
3g g 3g g 3g g
1
11
2
22
3
33
g g g
11
22
33
N
m
N1•t1 N 2•t2 t1 t 2 t3
N
t•
33
3）确定名义直径
（1）根据临界转速得
d1
N lg 2 cs f
N c——临界转速，这里等于主轴的最高转速
f ——与安装方法有关的常数
d1 —— 丝杆底径
（2）根据 d 0gN值求得
d
0
70000
N
d 0——公称直径
N ——最大转速
d 0gN—— 标准系列滚珠丝杠副 d 0gN 70000
(3)根据临界载荷（丝杠稳定性）求得
f d Pc
滚珠丝杠副设计计算
滚珠丝杠副设计流程
确定滚 珠丝杠 副导程
确定预期 额定动载
荷
螺母及支 撑轴承选
用
当量载荷以 及当量转速
计算
滚珠丝杠设计与校核
（四）滚珠丝杠选择1、滚珠丝杠工作长度计算丝杠工作长度：丝杠工作载荷：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。
平均转速n=125r/min（）2、计算载荷求解查《机电一体化设计基础》表2-6；2-7；2-8的，查表2-4取C级精度。
表2-6 载荷系数载荷性质无冲击平稳运转一般运转有冲击和振动运转1~1.2 1.2~1.5 1.5~2.5表2-7 硬度系数滚道实际硬度≥5855 50 45 401.0 1.11 1.562.43.85表2-8 精度系数精度等级C、D E、F G H1.0 1.1 1.25 1.433、额定动载荷计算计算寿命：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等于或稍大于的原则，选汉江机床厂出品的2004-2.5，其参数如下：滚珠直径滚道半径偏心距丝杠内径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（N）按下式计算：式中，E为丝杠材料的弹性模量，对于钢，E=206GPa；l为丝杠工作长度（m）；Ia为丝杠危险截面的轴惯性矩（m4）；为长度系数，见表2-10。
依题意，取，则安全系数查表2-10，[S]=2.5~3.3。
S>[S]，丝杠是安全的，不会失稳。
2）高速长丝杠工作时可能发生共振，因此需验算其不会发生共振的最高转速——。
要求丝杠的最大转速临界转速（r/min）：该丝杠工作转速3）滚珠丝杠副还受值的限制，通常要求所以该丝杠副工作稳定。
6、刚度验算滚珠丝杠在工作负载F（N）和转矩共同作用下引起每个导程的变形量为式中，A为丝杠截面积，；为丝杠的极惯性矩，；G为丝杠切变模量，对钢；为转矩。
式中，为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；为平均工作负载。
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1、螺纹副耐磨性计算
《机械设计（第四版）》公式（6.20），螺纹中径计算公式：
]
[2P h Fp
d φπ≥
式中， N F 轴向力，- 2.1=-φφ整体式螺母取 1.3,81][表许用压强MPa P -
6m m 螺距，
-p mm p h h 365.05.0=⨯==-螺纹工作高度，
螺母为整体式并且磨损后间隙不能调整，2.1,5.22.1=-=φφ取；该螺旋机构为人力驱动，因此][P 提高20%，MPa P 6.212.118][=⨯=。
mm P h FP d 3.296
.212.1314.36
49153][2=⨯⨯⨯⨯=≥
φπ
6
12 6
12
注：当ф＜2.5或人力驱动时，[p]值可提高20％；若为剖分螺母时则[p]值应降低15～20％。
图3.？ 螺旋副受力图
牙型角α=30°，螺距P 由螺纹标准选择P=6mm
牙顶间隙ac ;25.0,55.1=-=ac p ;5.0,126=-=ac p ;1,4414=-=ac p 外螺纹
大径(公称直径)，根据各企业自行制定的行业标准（或自行设计加工)取d=44mm
中径mm p d d 415.02=-= 小径mm h d d 37231=-=
牙高mm ac p h 5.35.03=+= 内螺纹
大径mm ac d D 452=+=
中径mm d D 1422== 小径mm p d D 381=-= 牙高mm h H 5.334== 牙顶宽mm p f 196.2366.0==
牙槽底宽mm ac p w 9145.10563.366.0=-=
螺纹升角4470.0tan 2
==
d np
πψ 因此选用644⨯T 的螺杆，其参数为：
表3.2 644⨯T 的螺杆
公称直径（mm ） d 螺距（mm ） P
中径（mm ） 22D d = 大径（mm ） D 小径（mm ）
1d 1D
44
6
41
45
37
38
2、螺纹牙强度计算
螺纹牙的剪切和弯曲破坏多发生在螺母。
螺纹牙底宽 mm p t 8.36634.0634.01=⨯== 螺母旋合长度94.3143.22'=⨯==d H φ 相旋合螺纹圈数 166
94.3≈='=P H z 剪切强度条件
MPa z Dt F 4.068
.3614514.334912.5
1=⨯⨯⨯=πMPa 4030][-=≤τ 弯曲强度条件
MPa MPa z Dt Fh b 6040][9.626
18.34514.33
34912.533221-=≤=⨯⨯⨯⨯⨯=σπ
表3.3滑动螺旋副材料的许用应力
螺旋副材料 许用应力(MPa)
[σ] [σ]b
[τ] 螺杆 钢 σs /(3~5)
螺母
青铜 40~60 30~40 铸铁 40~55 40 钢
(1.0~1.2) [σ]
0..6[σ]
螺杆强度计算
螺杆受有压力（或拉力）F 和扭矩T ，根据第四强度理论，其强度条件为;
N
g d l vg G 6.778.94041.046.0785042
4
2=⨯⨯⨯⨯===πρρ
m
291.0250.06.7715.0f N r G T =⨯⨯=⋅⋅=公称
][)2.0(3)4(
2
3
1221σπ≤+d T d F
][49.32)37
0.02.010291.0(3)370.014.310349154()2.0(3)4(2
3622-6231221σπ≤=⨯⨯+⨯⨯⨯=+-MPa d T d F
4、螺纹副自锁条件
668.21
414.36
1arctan arctan
2=⨯⨯==d nP πψ 梯形螺纹的牙型斜角 15=β，其当量摩擦角
3.515
cos 09.0arctan
cos arctan
===β
μ
ρv 式中,ψ为螺纹升角；μ为螺旋副的当量摩擦系数,见下表3.?。
对于螺旋传动，为保证自锁可靠，实际应取v ρψ<本设计满足这一条件，因此能够自锁。
表3.? 滑动螺旋副的当量摩擦系数μ
螺杆—螺母的材料
当量摩擦系数μ 钢—青铜 0.08-0.10 淬火钢—青铜
0.06-0.08
5、螺杆稳定性计算
对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力F 大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。
因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力F 必须小于临界载荷cr F 。
则螺杆的稳定性条件为：
4-2.5≥F
F cr
2
2)(l EI
F cr βπ=
式中，-cr F 螺杆的稳定临界载荷 GPa E 210,螺杆材料的弹性模量-
844
1109.164
)370.0(14.364-⨯=⨯==-d I I π矩，螺杆危险截面的轴惯性 表？端自由时为形式有关，一端固定一长度系数，与两端支座,2-β
m l 0.6螺杆长度，
- 表:? 螺杆的长度系数β ：
132212.55)
0.62(109.11021014.3)(2
8
9222=⨯⨯⨯⨯⨯==-l EI F cr βπ
4-2.53.7934912.5
132212.55
≥==F F cr 所以，该螺杆是稳定的。