丝杠螺母机构的选择与计算
电机的选型计算步骤【详细版】
电机选型需要计算工作扭矩、启动扭矩、负载转动惯量，其中工作扭矩和启动扭矩最为重要。
1工作扭矩Tb计算：首先核算负载重量W，对于一般线形导轨摩擦系数μ=0.01，计算得到工作力Fb。
水平行走：Fb=μW垂直升降：Fb=W1.1齿轮齿条机构一般齿轮齿条机构整体构造为电机+减速机+齿轮齿条，电机工作扭矩Tb的计算公式为：其中D为齿轮直径。
1.2丝杠螺母机构一般丝杠螺母机构整体构造为电机+丝杠螺母，电机工作扭矩Tb的计算公式为：其中BP为丝杠导程；η为丝杠机械效率（一般取0.9~0.95，参考下式计算）。
其中α为丝杠导程角；μ’为丝杠摩擦系数（一般取0.003~0.01，参考下式计算）。
其中β丝杠摩擦角（一般取0.17°~0.57°）。
2启动扭矩T计算：启动扭矩T为惯性扭矩Ta和工作扭矩Tb之和。
其中工作扭矩Tb通过上一部分求得，惯性扭矩T a由惯性力Fa大小决定：其中a为启动加速度（一般取0.1g~g，依设备要求而定，参考下式计算）。
其中v为负载工作速度；t为启动加速时间。
Ta计算方法与Tb计算方法相同。
3 负载转动惯量J计算：系统转动惯量J总等于电机转动惯量JM、齿轮转动惯量JG、丝杠转动惯量JS和负载转动惯量J之和。
其中电机转动惯量JM、齿轮转动惯量JG和丝杠转动惯量JS数值较小，可根据具体情况忽略不计，如需计算请参考HIWIN丝杠选型样本。
下面详述负载转动惯量J的计算过程。
将负载重量换算到电机输出轴上转动惯量，常见传动机构与公式如下：J：电机输出轴转动惯量（kg·m2）W：可动部分总重量（kg）BP：丝杠螺距（mm）GL：减速比（≥1，无单位）J：电机输出轴转动惯量（kg·m2）W：可动部分总重量（kg）D：小齿轮直径（mm）链轮直径（mm）GL：减速比（≥1，无单位）J：电机输出轴转动惯量（kg·m2）J1：转盘的转动惯量（kg·m2）W：转盘上物体的重量（kg）L：物体与旋转轴的距离（mm）GL：减速比（≥1，无单位）4 电机选型总结电机选型中需引入安全系数，一般应用场合选取安全系数S=2。
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。
(仅供参考)滚珠丝杠选型计算常用公式--
（9）减速运动时电机所需的扭矩计算公式：
式中： Tg 一减速运动状态下所需的扭矩，N*m； TL 一匀速运动状态下电机所需的扭矩，N*m； Ta 一加速运动状态下电机所需的扭矩，N*m。
或 式中： a 一加速度，m/s^2； Vmax 一最终速度，m/s； Vm 一末速度，m/s； V0 一初速度，m/s；
t 一运行时间，s。 四、直线运动的一些运动学公式：
式中： F 一运动物体所受的力，N； μ一摩擦系数； m 一运动物体的质量，kg； g 一重力加速度，m/s^2； a 一运动物体的加速度，m/s^2 五、滚珠丝杠的最大轴向允许载荷计算公式：
式中： JL 一折算到驱动电机上的总转动惯量，kg*m^2； Js 一丝杠的转动惯量，kg*m^2； JT 一工作台与工件的转动惯量，kg*m^2; i 一电机至丝杠的减速比。 (4)电机工作时的最高转速计算公式：
式中： nmax 一电机工作时的最高转速，r/min； Vmax 一最高运行速度，m/s； PB 一丝杠导程，mm。 （注：丝杠速度计算公式：v=n*PB） （5）旋转运动角加速度计算公式：
式中： Famax 一丝杠螺母允许的最大轴向载荷，N； Coa 一丝杠螺母额定静载荷，KN，查产品样册；
fs 一与安装方式有关的系数，查下表。
十、轴向平均载荷计算公式：
式中： Fm 一轴向平均载荷，N； Fi 一各运行阶段滚珠丝杠所受的轴向载荷，N； li 一各运行阶段所对应的行走距离，mm； l 一总运行距离（行程），mm。 十一、滚珠丝杠额定寿命计算公式: 1）用总转数表示的额定寿命：
滚珠丝杠计算
滚珠丝杠计算、选择初选丝杠材质：CrWMn 钢，HRC58~60，导程：l 0=5mm （1） 强度计算丝杠轴向力：)(,,max y x z y x W F f KF F ++=(N)其中：K =1.15，滚动导轨摩擦系数f =0.003~0005；在车床车削外圆时：F x =(0.1~0.6)F z ，F y =(0.15~0.7)F z ，可取F x =0.5F z ，F y =0.6F z 计算。
取f=0.004,400Z F =则:max max X F 0.50.5200010000.60.6200012001.1510000.004(2000671.58)1045.6861.1512000.004(2000655.2)1252.621Z Y Z X Y F NF F NF N F N ==⨯===⨯==⨯++==⨯++=寿命值：61060nTL =，其中丝杠转速0max l v n =(r/min) max 06150002000400/min 5604001500036010T hv n r l L ====⨯⨯== 最大动载荷：F f f L Q W H 3=式中：f W 为载荷系数，中等冲击时为1.2~1.5；f H 为硬度系数，HRC ≥58时为1.0。
查表得中等冲击时 1.2,1W H f f ==则:1.211045.6867079.581.211252.62110686.54X Y Q N Q N=⨯⨯==⨯⨯=根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为: CM 系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。
其基本参数如下:Q足够用.滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式其额定动载荷为14205N>y采用双螺母螺纹预紧形式.滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表（2） 传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为：)(ϕγγη+=tg tg式中：φ=10’，为摩擦角；γ为丝杠螺旋升角。
(完整版)TBI滚珠丝杠选型计算举例讲解
深圳tbi滚珠丝杠选型计算举例选取的滚珠丝杠转动系统为：磨制丝杠(右旋)轴承到螺母间距离(临界长度) ln= 1200mm固定端轴承到螺母间距离 Lk= 1200mm设计后丝杠总长 = 1600mm最大行程 = 1200mm工作台最高移动速度 Vman= 14（m/min）寿命定为 Lh= 24000工作小时。
μ= 0.1 （摩擦系数）电机最高转速 nmax= 1800 （r/min）定位精度：最大行程内行程误差 = 0.035mm300mm行程内行程误差 = 0.02mm失位量 = 0.045mm支承方式为(固定—支承)W = 1241kg+800kg （工作台重量+工件重量）g=9.8m/sec2(重力加速度)I=1 (电机至丝杠的传动比)Fw=μ×W ×g = 0.1×2041×9.8 ≈ 2000 N(摩擦阻力)运转方式轴向载荷F a=F+F w（N）进给速度(mm/min)工作时间比例无切削F1=2000V1=14000q1=15轻切削F2=4000V2=1000q2=25普通切削F3=7000V3=600q3=50重切削F4=11000V4=120q4=10F a --- 轴向载荷（N） F --- 切削阻力（N） Fw--- 摩擦阻力（N）从已知条件得丝杠编号：此设计丝杠副对刚度及失位都有所要求，所以螺母选形为：FDG（法兰式双螺磨制丝杠）从定位精度得出精度精度不得小于P5级丝杠FDG_-_X_R-_-P5-1600X____计算选定编号导程= 14000/18000≈7.7mm在此为了安全性考虑：P =10(mm)运转方式进给速度(mm/min)进给转速(r/min)无切削V1=14000n1=1400轻切削V2=1000n2=100普通切削V3=600n2=60重切削V4=120n2=12平均转速平均载荷时间寿命与回转寿命=24000×266×60=383040000转次额定动载荷以普通运动时确定fw取 1.4得：额定动载荷 Ca≥39673N以Ca值从FDG系列表及（丝杠直径和导程、丝杠长度表）中查出适合的类型为：公称直径： d0=40mm 丝杠底径： d=33.9mm 导程：Pho=10mm 循环圈数：4.5额定动载荷为：48244N。
梯形丝杠螺母设计计算公式
梯形丝杠螺母设计计算公式梯形丝杠螺母是一种常用于工业机械设备中的传动元件，它的设计和计算对于整个机械系统的性能和稳定性至关重要。
在本文中，我们将探讨梯形丝杠螺母的设计计算公式，以及如何应用这些公式来进行设计和计算。
首先，让我们来了解一下梯形丝杠螺母的结构和工作原理。
梯形丝杠螺母由螺纹槽和螺纹杆组成，当螺纹杆旋转时，螺纹槽会沿着螺纹杆移动，从而实现力的传递和运动控制。
梯形丝杠螺母通常用于需要高精度和高负载的机械传动系统中，比如数控机床、升降机构等。
接下来，我们将介绍一些与梯形丝杠螺母设计计算相关的重要参数和公式。
1. 螺距（P），螺距是指螺纹杆上单位长度内螺纹的螺旋数，通常用毫米或英寸表示。
螺距的大小决定了螺纹杆每转一圈时螺纹槽的移动距离，是梯形丝杠螺母设计中的重要参数之一。
2. 导程（L），导程是指螺纹杆上单位长度内螺纹槽的移动距离，通常与螺距相等。
导程的大小直接影响了梯形丝杠螺母的速度和效率。
3. 螺纹角（α），螺纹角是指螺纹槽截面上螺旋线与轴线的夹角，通常为30°或45°。
螺纹角的大小对于螺纹杆和螺母之间的摩擦和传动效率有重要影响。
4. 力的计算：梯形丝杠螺母的设计计算中，最重要的是力的计算。
根据牛顿第二定律，力（F）等于质量（m）乘以加速度（a），即F=ma。
在梯形丝杠螺母中，力的大小和方向由螺纹杆上的转矩和螺母的阻力决定，可以通过以下公式计算：F = T / r。
其中，F为力的大小，T为转矩，r为螺纹杆半径。
这个公式表明了力和转矩之间的关系，是梯形丝杠螺母设计计算中的重要参考。
5. 功率的计算，在梯形丝杠螺母设计中，功率的计算也是非常重要的。
功率（P）等于力（F）乘以速度（v），即P=Fv。
根据这个公式，可以计算出梯形丝杠螺母传动系统的功率需求，从而选择合适的电机和传动装置。
除了上述参数和公式外，梯形丝杠螺母的设计还需要考虑到材料的选择、螺纹杆和螺母的精度、润滑和密封等因素。
丝杠螺母机构的选择与计算
丝杠螺母机构的选择与计算1.选择丝杠螺母材料和型号选择丝杠螺母的首要条件是满足工程设计要求的静态和动态负载。
丝杠螺杆的材料可以选择常用的碳钢、合金钢或不锈钢等。
螺母的材料可以选择高强度黄铜、铸铁或钢材等。
应根据具体应用要求选择适合的材料。
此外，还应选择合适的型号，包括丝距、导程、直径等。
2.计算丝杠螺母机构的承载能力2.1计算负载力首先需要计算工程设计中的负载力。
负载力是根据设计要求和工作条件确定的，可以是静态或动态负载，也可以是连续或间歇负载。
2.2计算丝杠螺杆的转矩丝杠螺杆的转矩是由负载力和传动效率等决定的。
转矩的计算方法可以根据丝杠螺杆的类型和传动方式来确定。
例如，对于滚珠丝杠螺杆，可以使用标准公式进行计算。
2.3计算螺母的承载能力螺母的承载能力是由其材料和型号等决定的。
可以通过查阅相关标准或手册来确定螺母的承载能力。
需要根据螺母的自锁性和摩擦系数等进行计算。
2.4比较转矩和螺母承载能力比较丝杠螺杆的转矩和螺母的承载能力，确保螺母能够承受负载力产生的转矩。
如果转矩小于螺母的承载能力，说明选择的丝杠螺母机构合理；如果转矩大于螺母的承载能力，则需要重新选择或改进丝杠螺母机构。
3.确定丝杠螺母机构的动态性能除了静态承载能力外，丝杠螺母机构的动态性能也是需要考虑的。
例如，丝杠螺母的最大轴向速度、最大加速度、最大工作圈速等。
根据具体应用要求和工作条件，选择合适的丝杠螺母机构。
4.其他考虑因素选择丝杠螺母机构时，还需要考虑其他因素，例如尺寸限制、安装方式、维护性和成本等。
根据具体应用需求，选择满足要求的丝杠螺母机构。
综上所述，选择和计算丝杠螺母机构需要考虑负载力、螺杆转矩、螺母承载能力、动态性能和其他因素等。
通过合理的计算和比较，选择满足工程设计要求的丝杠螺母机构，可确保系统的正常工作和使用寿命。
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。
丝杠螺母传动机构[方案]
![丝杠螺母传动机构[方案]](https://img.taocdn.com/s3/m/f2def0cd29ea81c758f5f61fb7360b4c2e3f2a23.png)
丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。
它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。
有以传递能量为主的(如螺旋压力机、千斤顶等)；也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠)；还有调整零件之问相对位置的螺旋传动机构等。
丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。
滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(30％～40％)。
滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高，不能自锁，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(92％～98％)，精度高，系统刚度好，运动具有可逆性，使用寿命长，因此在机电一体化系统中得到大量广泛应用。
本节主要介绍滚珠丝杠螺母机构。
1．工作原理如图2—1所示，丝杠4和螺母1的螺纹滚道间置有滚珠2，当丝杠或螺母转动时，滚珠2沿螺纹滚道滚动，则丝杠与螺母之间相对运动时产生滚动摩擦，为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置3，如图2一la所示的反向器和图2—1b所示的挡珠器，它们与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环。
2．传动形式根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，其基本传动形式有如图2—2所示的四种类型。
(1)螺母固定、丝杠转动并移动如图2—2a所示，该传动形式因螺母本身起着支承作用，消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度。
但其轴向尺寸不宜太长，否则刚性较差。
因此只适用于行程较小的场合。
(2)丝杠转动、螺母移动如图2-2b所示，该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。
其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好。
适用于工作行程较大的场合。
(3)螺母转动、丝杠移动如图2_2c所示，该传动形式需要限制螺母移动和丝杠的转动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，故应用较少。
(4)丝杠固定、螺母转动并移动如图2—2d所示，该传动方式结构简单、紧凑，但在多数情况下使用极不方便，故很少应用。
此外，还有差动传动方式，其传动原理如图2_3所示。
滚珠丝杠的选取与计算书
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、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×mgμ：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，实行彻底的品质管理体系，以保证其精度。
万能工具显微仪图3 导程精度测试数据1、3 能微量进给滚珠丝杠由于滚动运动，起动扭矩极小，不产生如滑动运动中晚出现的蠕动现象，所以能进行正确的微量进给。
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。
丝杠选型计算公式推导
丝杠选型计算公式推导一、引言。
丝杠是一种常用的传动元件，广泛应用于机械设备中。
在进行丝杠选型时，需要根据具体的工作条件和要求来确定丝杠的规格和参数。
其中，丝杠的选型计算是非常重要的一部分，它涉及到丝杠的负载能力、速度、精度等方面的计算。
本文将从丝杠的基本原理出发，推导丝杠选型的计算公式，以便读者更好地理解丝杠选型的过程。
二、丝杠的基本原理。
丝杠是一种将旋转运动转换为直线运动的装置，它由螺纹杆和螺母组成。
当螺纹杆旋转时，螺母沿着螺纹杆的轴向移动，从而实现直线运动。
丝杠的性能主要取决于螺距、导程、螺纹角等参数，这些参数将影响丝杠的负载能力、速度和精度。
三、丝杠选型的基本计算公式。
1. 螺距和导程的计算。
螺距（P）是指螺纹上相邻两螺纹峰之间的距离，它的计算公式为：P = π× d。
其中，d为螺纹直径。
导程（L）是指螺母在一圈内所移动的距离，它的计算公式为：L = P × n。
其中，n为螺纹杆的转速。
2. 负载能力的计算。
负载能力是指丝杠在工作时所能承受的最大负载，它的计算公式为：F = π× d²×σ。
其中，F为负载能力，d为螺纹直径，σ为材料的抗拉强度。
3. 速度的计算。
丝杠的速度主要取决于螺距和转速，其计算公式为：V = P × n。
其中，V为速度，P为螺距，n为转速。
4. 精度的计算。
丝杠的精度主要取决于螺距和螺纹角，其计算公式为：δ = P × tan(α)。
其中，δ为精度，P为螺距，α为螺纹角。
四、丝杠选型的实例分析。
以某机械设备的丝杠选型为例，其工作条件和要求如下：1. 负载，1000N。
2. 速度，1000mm/s。
3. 精度，0.01mm。
根据上述工作条件和要求，可以先计算出所需的螺距和导程，然后根据负载能力、速度和精度的计算公式，确定所需的螺纹直径、转速和螺纹角。
最后，根据实际情况和可选的丝杠规格，选择合适的丝杠型号。
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 rpmN F F F 2.1080min max =≈≈滚珠丝杠副的当量载荷：32min max F F F m +=≈0F =108.2N 滚珠丝杠副的当量转速：1502min max =+=n n n m rpm 1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷1.3.1按滚珠丝杠副的预期工作时间计算：N f f f F L n C c a w m h m am 06.5551110012.10815000150601006033=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅= 式中： m n ——当量转速，15010/2560/60=⨯=⋅=h m P v n rpmh 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 =1a f ——精度系数，2级精度选择a f =1c f ——可靠性系数，一般选择c f =11.3.2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 9993.146841112.108101010253333=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=- 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 =6.7m 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 δmm1.5 估计算滚珠丝杠副的螺纹底X1.5.1 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 ：mo m L F d δ1000039.02≥ 式中：F 0——导轨静摩擦力，F 0=108.2NL ——滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离，L=1580mm则有mm d m 42.1400125.010*******.108039.02=⨯⨯⨯≥ 1.6 导程精度的选择根据X 向运动的定位精度要求达到0.005mm/1000mm ，则任意300mm 。
丝杠选型相关计算
定
☆ 在满足滚珠丝杠系统单方向的弹性位移 ΔL≤ 8.0 (μm)
螺母规格
选
丝杠公称直径
节圆直径
定
轴底槽径
导程
滚
额定动负载
丝杠极限转速
珠
平均轴向负载
平均转速
丝
精度等级
杠
DFT3210-5
32
mm
33.4
mm
26.4
mm
10
mm
46300
N
1200
r/min
8411
N
140
r/min
C5
滚
珠
丝
移动量误差 0.035 /800
的
②. dm·n 值
根据丝杠制造供应商的许可 dm·n 值标准，一般使用情况下选择 dm·n ≤
计算得，dm·n = 40080 条件比较，结果 OK !
确
3.寿命[时间] 根据疲劳寿命的计算公式可得出:
认
式中: Ca : fw : Fm : Nm :
危险速度安全系数 ( N ) 负载系数 平均轴向负载 ( mm ) 平均转速 ( mm )
根据上步所选用的 DFT32全
的轴底槽径 dr 为
26.4
(mm) 条件比较，结果 OK !
2.极限转速 ①.危险速度 根据危险速度的计算公式可得出:
性
≤ 13090.9 (r/min) 条件比较，结果
能
式中:
f : 危险速度安全系数
的
能
dr : 节圆直径 ( mm ) L : 安装间距 ( mm )
15800
15800 16700
32 13600 24700
17500 31700
丝杠的选型及计算
丝杠的选型及计算3.1丝杠的介绍3.1.1丝杠螺母机构基本传动形式丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。
它主要用来将旋转运动变为直线运动或将直线运动变为旋转运动，有以传递能量为主的（如螺旋压力机），也有以传递运动为主的（如工作台的进给丝杠）。
丝杠螺母机构有滑动摩擦和滚动摩擦之分。
滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能。
但其摩擦阻力大，传动效率低（30%~40%）。
滚动丝杠螺母机构虽然结构复杂制造成本高。
但其最大优点是摩擦阻力小，传动效率高（92%~98%），因此选用滚动丝杠螺母机构。
根据工作台运动情况，应选择丝杠传动螺母移动的形式，该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。
其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好，适用于工作行程较大的场合。
3.1.2滚珠丝杠副的组成及特点滚珠丝杠副是一种新型螺旋传动机构，其具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间传动元件—滚珠。
滚珠丝杠螺母机构由丝杠，螺母，滚珠，和反向器等四部分组成。
当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。
滚珠丝杠副与滑动丝杠副相比，除上述优点外，还具有轴向刚度高，运动平稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长等优点。
但由于不能自锁，具有传动的可逆性，在用做升降传动机构时，需要采取制动等措施。
3.1.3滚珠丝杠的结构形式按照用途和制造工艺的不同,滚珠丝杠副的结构形式很多。
一般,根据钢球的循环形式,消除轴向间隙和调整预紧的方法以及螺纹滚道法向截面形状的不同,将其区分成不同的结构形式进行研究。
1)钢球循环方式按钢球返回时是否脱离丝杠表面可分为内循环和外循环两大类，见表3-1[1]。
若钢球在循环过程中，始终与丝杠表面保持接触，称内循环；否则，称外循环。
通常，把在同一螺母上所具有的循环回路的数目，称为钢球的列数，常用的有2~4列。
而把每一循环回路中钢球所经过的螺纹滚道圈数（导程数）称为工作圈。
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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)
=1.4×9.8×130
max
max
n 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 10r
n ≥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=15000h
min 667.4166
1000
5.2max 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 661010
60'-==
N F F F F F m m eq 667.12083
8.586.178********min max =+⨯=+=+≈ (5-8)
式中 max F 、min F —最大和最小工作载荷，N 。
所以 计算可得：
查阅《机械设计手册》[7]选取CBM4006-5型滚珠丝杠副 （c a C KN C >=851.15），所以刚度满足要求。
3）静载强度计算
当转速min 10r n ≤时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式为滚珠接触面上产生较大塑性变形，影响正常工作。
为此进行静载强度计算，最大计算静载荷为：
N F f f F H d oc 32.21406.17830.12.1'max =⨯⨯== （5-9）
式中 H f '—硬度影响系数；
查《机械设计手册》[7]可得：CBM4006-5型滚珠丝杠副额定静载荷oc oa F N C >=47985，所以满足要求。
滚珠丝杠螺母的主要参数如表5-1所示：
表5-1
5.2005
.0360675.0360=⨯⨯==δθs i 5.2.3 螺
母选择
由于数
控
机床对滚珠丝杠副的刚度有较高要求，故选择螺母时要注重其刚度的保证。
推荐按高刚度要求选择预载的螺母型式。
其中插管式外循环的端法兰双螺母应用最为广泛。
它适用重载荷传动、高速驱动及精密定位系统。
并在大导程、小导程和多头螺纹中具有独特优点，且较为经济。
① 滚珠的工作圈数i 和列数j 。
根据所要求性能、工作寿命，推荐按表5-2选取。
表5-2
② 法兰形状。
按安装空间由标准形状选择，亦可根据需要制成特殊法兰形状。
(3) 导程精度选择
根据机床定位精度，确定滚珠丝杠副导程的精度等级。
一般情况下，推荐按下式估算：
E ≤(0.25～0.6)T D
式中：E ——累计代表导程偏差，μm; T D ——机床有效行程的定位精度，μm 。
5.3 动力计算
传动件转动惯量的计算 1）传动比的计算
2）初步分配传动比 按获得最小转动惯量的原则分配传动比
i=i 1i 2 i 2=
2
1i
得 i 1=1.52 i 2=1.64 3）初步估计齿轮
模数m=1.25 小齿轮Z 1=27
大齿轮 412752.1112=⨯==Z i Z 小齿轮303=Z
大齿轮493064.1324=⨯==Z i Z。