滚珠丝杠选型和电机选型计算讲课讲稿

滚珠丝杠选型和电机

选型计算

1.滚珠丝杠及电机选型计算

1.1 确定滚珠丝杠副的导程

根据电机额定转速和X 向滑板最大速度，计算丝杠导程。X 向运动的驱动电机选择松下MDMA152P1V ，电机最高转速为4500rpm 。电机与滚珠丝杆通过联轴器连接，传动比为0.99。X 向最大运动速度24m/min ，即

24000mm/min 。则丝杠导程为

max max 24000/ 5.390.994500

h P V i n =⋅=≈⨯ 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：

000.0065009.84549.4F M g f N μ=⋅⋅+=⨯⨯+⨯=

式中：

M ——工件及工作台质量， M 为500kg 。

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：

max min 60/6024/10144h n n v P rpm ≈=⋅=⨯=

max min 049.4F F F N ≈≈=

滚珠丝杠副的当量载荷：

max min 0249.43

m F F F F N +=≈= 滚珠丝杠副的当量转速：

max min 1443

m n n n rpm +=

= 1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 1.3.1按滚珠丝杠副的预期工作时间计算：

49.41253.0310010011

m w am a c F f C N f f ⨯===⨯⨯ 式中：

m n ——当量转速，max min 1443

m n n 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：

49.416784.0411m w am a c F f C N f f ⨯===⨯ 式中：

s L ——预期运行距离，一般选择32410s L m =⨯

1.3.3 按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算：

max 6.749.4303.98am C f F N ε==⨯=

式中：

e f ——预加负荷系数，轻预载时，选择e f =6.7

max 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

()•≤4/1~1m δ重复定位精度

X 向运动的重复定位精度要求为0.03mm ，则

1

0.030.00754

m mm δ≤⨯=

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1000mm ，可计算出两个固定支承的最大距离：

(1.1 1.2)(1014) 1.2100014101340h L l P mm ≈⋅+⋅=⨯+⨯=

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=49.4N

L ——滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离，L=1340mm

则有

2 3.69m d mm ≥= 1.6 导程精度的选择

根据X 向运动的定位精度要求达到0.08mm/1000mm ，则任意300mm 。长度的导程精度为0.024mm 。

1.7 确定滚珠丝杠副规格代号

按照丝杠Ph 、d2m 、Cam 选择SFS6310滚珠丝杆，精度等级2级。丝杆基本导程P h =10mm ，丝杠外Xd=61mm ，螺母外径90mm ，珠径6.35mm ，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MINAS A4系列

MDMA152P1*型中惯量电机，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： 22

21 090.01899920201.015000151996565.0)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：

3349.41010100.0884220.9

h p F P T N m πηπ--⋅⨯=⨯=⨯=⋅⋅⨯ 式中：

h P ——滚珠丝杆副的导程

η——未预紧的滚珠丝杆副的效率（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：

22

3322149.4/310110100.06222p h D F P T N m ηηπηπη

--⋅-⨯-=⨯⨯=⨯⨯=⋅ 式中：

p F ——滚珠丝杆副间的预紧力，max /349.4/316.47p F F N ===

1.8.4 支承轴承产生的摩擦扭矩：