滚珠丝杠的选型计算

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滚珠丝杠的选型计算

摘要:

随着机床及自动化行业的高速发展,滚珠丝杠的使用变得越来越广泛。许多机械工程师在对自己的设备所需要的滚珠丝杠选型时,面对丝杠资料上给的复杂的计算公式和繁杂选型步骤,感觉无从下手,不知道那些是需要重点考虑的关键点。为了使滚珠丝杠的选型步骤更为清晰简便,更既具备可操作性,我结合多年来丝杠的选型经验,对丝杠的选型做了一些归纳、简化,让丝杠的选型选型更为简单明了。顺便对应的伺服电机的选型也做说明。

关键词:滚珠丝杠、计算选型、伺服电机、机床、自动化。

一、确认使用条件:

1、被移动负载的质量:M (KG)

2、丝杠的安装方向:水平、垂直、倾斜;

3、沉重导轨的形式:线轨、平面导轨、

4、丝杠的行程:L (mm)

5、负载移动的速度:v (m/s)

6、负载需要的加速度:a (m/s^2)

7、丝杠的精度:C3到C7级

8、丝杠使用的环境:特殊环境需求的考虑。

二、简化计算选型:

举例,使用条件如下:

1、被移动负载重量:M=50kg;

2、安装方向:垂直安装;

3、导轨形式:线性滑轨

4、速度:v=0.2m/s

5、加速时间:t=0.1s

6、行程:1000mm;

7、精度:0.1mm

三、计算过程:

1、计算加速度:a=v/t=0.2/0.1=2m/s^2 (v:速度;t:加速时间)

2、计算丝杠的最大轴向力:F=Mgμ+Ma +Mg (水平运动,去除Mg选型,M负载重

量;g重力加速度9.8;μ:摩擦系数,平面导轨取值0.1,线轨取值:0.05;a加速度) F=50*9.8*0.05+50*2+50*9.8=614.5N

3、计算出丝杠的轴向负载以后,选型会出现两个分支,一种情况是客户不知道设备的设

计寿命年限,以及每一年中丝杠的使用平率,不做精确的丝杠寿命校核。那么我们推荐一种简单可行的方法,就是查询丝杠资料中的动负荷值C。结合第7项精度0.1mm 的要求,我们推荐常备FSI螺帽形式的丝杠,尺寸参数表如下:

根据丝杠的轴向推力:F=614.5N=62.7kgf;我们推荐将F乘以4~8之间的一个系数,对于使用平率低,可靠度要求不高的情况,我们推荐4倍系数,对于可靠度要求较高,我们推荐8倍的系数。

根据举例:F*8=62.7*8=501.6kgf;查询丝杠的表格,16-5T3的丝杠,其动负荷是1000kgf;

大于501.6kgf,所以16-5T3的丝杠可以满足要求;该型号表示,丝杠的公称直径为16mm;丝杠导程为5mm;

4、对于丝杠寿命有明确要求的选型,举例如下:

根据此前的举例,丝杠用20s做一次往返运动,停留10s在进行下一个循环。每天工作16小时,每年工作300天,设计寿命10年。则计算丝杠的转数寿命为:

L=1000/5*2*2*60*16*300*10 (1000是行程,5是导程,2是往返,2是每分钟2次,

60是每小时60分钟,16是天工作16小时,300是每年工作300天,10是设计寿命

10年。)

1、L=2304000000转,这是一个转数寿命,含义是,丝杠在这个转数范围内,能够保

证运行精度。

2、L/10^6=2304

3=13.2倍

3、√2304

4、C/F=13.2,C=13.2*62.7=828kgf 丝杠的动负荷大于828kgf就可以满足要求。

所以,还是选择16-5T3的滚珠丝杠满足要求。

四、校核临界转速:

根据上面的计算,直径16,导程5mm的丝杠能够满足我们的负载要求,但是丝杠使用中噪音是经常出现的一个故障,为了改善丝杠的噪音状况,我们要求校核丝杠的临界转速。

此前的案例,丝杠的行程为1000,则估算丝杠两端的支撑轴承的间距1200mm,1200为估计值,实际值可以以机械设计的安装位置为准。临界转速:N C

N C=2,71*10^8*M f*d r/L t

丝杠根径:d r约定于丝杠的工程直径减去丝杠的钢珠直径,单位:mm

安装系数:M f M f=1 (固定+固定)M f=0.689 (固定+支撑)M f=0.157 (固定+自由)轴承间距:L t单位:mm

原式=2.71*10^8*1*12.8/1200^2=2409rpm。

使用转速N=N C*0.8=2409*0.8=1927

根据负载移动速度:200mm/s的要求,四缸转速:200/5*60=2400rpm,所以,R16-5T3的丝杠不能满足要求。

五、调整办法:

一、增加丝杠的直径d r使其达到速度要求为止;

二、增加丝杠导程,采用10mm导程的丝杠,则丝杠的使用转速为:200/10*60=1200rpm

可以满足要求。

六、特殊需求

举例是常规丝杠的简化选型过程,有的情况下,一些特殊的要求会改变丝杆的选型步骤,例如:丝杆需要表面特殊耐腐蚀处理,丝杆需要垂直提升时实现机械自锁,丝杆需要非常高的进给速度等等,这是后需要特殊情况具体分析。

以上过程供参看,成都海科工控技术部

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