滚珠丝杠螺母副的设计..
数控车床滚珠丝杠副的选型计算
1 序言在卧式车床的数控化改造或数控车床的新设计中，滚珠丝杠副作为数控传动系统的关键部件之一，其选型及安装的合理性直接影响到数控车床（以下简称车床）的精度、寿命及性能。
目前国内关于一般滚珠丝杠副的选型计算较为充分，如黄育全针对滚珠丝杠副的选型提出了一个初步成熟的算法。
然而目前车床行业的发展趋于功能专业化，如高速、高精度的要求或大型重载的情况等，此时需要在螺母选择、螺母安装及丝杠支撑形式等方面作针对性选型。
2 滚珠丝杠副的螺母选择2.1 循环方式选择滚珠丝杠副按循环方式的不同分为内循环和外循环，滚珠在循环过程中始终不离开丝杠表面的称为内循环；反之，为外循环。
常见的浮动式、矩阵式结构为内循环，插管式及端块式或端盖式结构为外循环，如图1所示。
a）浮动式b）矩阵式c）插管式d）端块式或端盖式图1 常见滚珠螺母结构形式在相同导程与承载滚珠圈数的情况下，内循环存在无滚珠的滚道区域，故在轴向尺寸上较长；而外循环在轴向尺寸上结构相对紧凑，但滚珠的循环路线需要额外占用螺母的径向区域，即在相同情况下螺母的直径会增大，需要根据车床的具体安装部件的配合尺寸取舍。
值得注意的是，同等条件下，外循环方式的Dn值比内循环方式更大，相同负载工况下能获得更高的寿命。
2.2 预紧方式与预紧力选择为了保证丝杠副在车床上的重复定位精度，需保证滚珠螺母与丝杠之间无间隙，能够根据旋转角度和导程间接测量轴向行程。
此时在滚珠螺母与丝杠之间需维持预紧转矩。
螺母按预紧方式分为双螺母垫片预紧、单螺母增大滚珠直径预紧和单螺母变位导程预紧等。
车床大多数情况受力为单向，即可不考虑对反向间隙的控制，出于对成本及车床安装空间的考虑，推荐使用单螺母，预紧方式可以为增大滚珠直径预紧。
存在反向切削力，但相比正向时要小的多，高精度的应用场景下，可以使用非对称的双螺母预紧方式。
预紧方式仍为垫片式，但法兰螺母与直筒螺母的圈数可以不同；能在不影响正向进给预紧转矩需求的同时降低螺母副长度，如图2所示。
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）d p：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×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。
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。
数控技术专业《2.1.3滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法》
滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法
4螺纹调整间隙法
螺纹调整间隙法:常用的双螺母消除间隙的方法之一，如下图，右螺母2外圆上有普 通螺纹，并用两螺母4、5固定。当调整圆螺母4时，即可调整轴向间隙，然后用锁紧 螺母5锁紧。这种方法结构紧凑，工作可靠，滚道磨损可随时调整，但预紧力不准确 。
滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法
滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法
2垫片调整间隙法
垫片调整间隙法:常用的双螺母消除间隙的方法之一，如下图，调整垫片4的厚度， 使左右两螺母1、2产生轴向位移，从而消除滚珠丝杠螺母副的间隙和产生预紧力。这 种方法简单、可靠，但调整费时，适用于一般精度的传动。
滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法
3齿差调整间隙法
齿差调整间隙法:常用的双螺母消除间隙的方法之一，如下图，两个螺母1、2的凸缘 为圆柱外齿轮，齿数差为1，两个内齿轮3、4用螺钉、定位销紧固在螺母座上。调整 时先将内齿轮卸下，根据间隙大小使两个螺母分别向相同方向转过1个齿或几个齿， 然后再插入内齿轮，使螺母在轴向相互移动了相应的距离，从而消除两个螺母的轴向 间隙。
思考一下
何种零件轮廓受反向间隙影响比较大？
今天，你离成功更近一步！
内容概要本ຫໍສະໝຸດ 课程主要介绍以下四个方面的内容：滚珠丝杠螺母副间隙的影响
垫片调整间隙法 齿差调整间隙法
螺纹调整间隙法
重点：滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法 难点：反向间隙如何影响机械加工精度
滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法
1滚珠丝杠螺母副间隙的影响
滚珠丝杠螺母副的滚珠与滚道间隙，会导致机床在该方向上反向传动时信号丧失，影 响反向传动精度和轴向刚度，所以必须消除轴向间隙。
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。
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。
浅谈滚珠丝杠的设计
浅谈滚珠丝杠的设计滚珠丝杠副是在丝杠与螺母之间以滚珠（钢球）为滚动体的螺旋传动元件，因而可使丝杠和螺母之间的相对运动变为滚动。
由于滚珠丝杠副具有高效率、高精度及高速特性、耐磨损性和运动可逆性等许多优异特性，所以，滚珠丝杠副作为高效（节能）和精密的先进传动机构，在国内外已引起了广泛的应用。
一、滚珠丝杠副的工作原理、特点及结构形式1.滚珠丝杠副的工作原理及特点（1）滚珠丝杠副的工作原理。
滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间放入适量的滚珠，使丝杠与螺母之间由滑动摩擦变为滚动摩擦的丝杠传功。
滚珠丝杠副在机械传动中的作用，同样是可以将旋转运动变为直线运动。
也可以将直线运动变为旋转运动。
滚珠丝杠副一般是由丝杠1、螺母2、滚珠(钢球)3及滚珠循环返回装置4四个部分组成，如图1所示。
（2）滚珠丝杠副的特点由上述工作原理可知，滚珠丝杠副与滑动丝杠副比较，滚动摩擦代替了滑动摩擦，因此，具有以下特点：摩擦损失小、传动效率高；磨损小、寿命长；轴向刚度高；摩擦阻力小、运动平稳；不能自锁、具有传动的可逆性。
2.滚珠丝杠副的结构型式（1）螺纹法向截型。
螺纹法向截型（或称滚道型面）是指通过滚珠中心的螺旋线的法向平面与丝杠或螺母滚道面的交线的形状。
目前，较常用的滚道型面为单圆弧和双圆弧（图2）两种。
在两种螺纹法向截型中，通过滚珠中心与滚道接触点的连线与螺纹轴线的垂线间的夹角β，称为接触角。
接触角β越大，滚珠螺旋传动的承载能力和刚度就越大，传动效率越高。
接触角β很小时，丝杠能承受的轴向力变小，同时在相同的轴向负荷的作用下，会使得径向力增大，即使挤压滚珠的压力加大，这将会降低丝杠的使用寿命。
3.滚珠循环方式（1）外循环。
滚珠在循环过程中，不能始终保持与丝杠表面接触，即当滚珠从螺纹滚道终端返回到滚道始端时与丝杠表面脱离接触，通常把这种循环方式称为外循环。
（2）内循环。
滚珠在循环过程中，始终与丝杠表面保持接触的循环叫做内循环。
目前，我国已广泛使用一种具有镶块式返向器的内循环结构。
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。
滚珠丝杠副的设计与应用考核试卷
9.滚珠丝杠副的润滑脂可以随意更换，不必考虑其类型和性能。（）
10.滚珠丝杠副在运行中，任何异常噪音都是正常现象，不必担心。（）
五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）
1.请简述滚珠丝杠副与普通丝杠副在结构和性能上的主要区别，并说明滚珠丝杠副在实际应用中的优势。（10分）
C.螺母座的垂直度
D.润滑脂的种类
3.以下哪些方法可以用于提高滚珠丝杠副的刚性？（）
A.增大丝杠直径
B.增加丝杠长度
C.使用高刚性的支撑轴承
D.减小导程
4.滚珠丝杠副在运行过程中可能会出现哪些常见故障？（）
A.噪音过大
B.丝杠温升过高
C.导程误差增大
D.润滑脂变质
5.以下哪些措施可以延长滚珠丝杠副的使用寿命？（）
C.承载能力
D.抗扭刚度
5.滚珠丝杠副的预紧方式通常有：（）
A.恒力弹簧预紧
B.间隙调整预紧
C.双螺母预紧
D.以上都是
6.以下哪种情况下，滚珠丝杠副不宜采用润滑脂润滑？（）
A.高速运转
B.环境温度变化大
C.高精度要求
D.高承载要求
7.滚珠丝杠副的设计中，以下哪项不是主要的设计参数？（）
A.导程
B.精度
A.高碳铬轴承钢
B.不锈钢
C.铜合金
D.碳素结构钢
11.滚珠丝杠副在选型时，需要考虑的负载性质是：（）
A.静载
B.动载
C.轴向负载
D.以上都是
12.以下哪种情况下，滚珠丝杠副的噪音会增加？（）
A.导程减小
B.丝杠直径增大
C.负载增大
D.润滑油减少
13.滚珠丝杠副的安装精度要求，以下哪项是正确的？（）
超有用的有关滚珠丝杠的毕业设计
目录绪论第一节综合作业的目的……………………………………………第二节综合作业的内容……………………………………………微型数控系统总体设计方案的拟定第一节综合作业任务书……………………………………………第二节总体方案的确定……………………………………………机床进给伺服系统机械部分设计计算系统脉冲当量及切削力的确定……………………………切削力的计算………………………………………………滚珠丝杠螺母副的设计、计算、和选型…………………进给司服系统传动计算……………………………………步进电机的计算和选型……………………………………微型数控系统硬件电路的设计第一节单片机数控系统硬件电路设计内容………………………第二节 MCS—51系列单片机的选用………………………………第三节存储器扩展电路设计………………………………………第四节 I/O接口电路及辅助电路设计……………………………数控机床的加工程序编制第一节经济型数控车床数控系统的程序编制说明………………第二节加工说明及工艺路线设计…………………………………做综合作业的亲身体会做综合作业的感言第1章绪论第一节综合作业的目的综合作业是培养我们理论联系实际，解决生产实际问题能力的重要步骤，它起到了毕业设计的作用。
它通过对机床数控系统设计总体方案的拟定，进给伺服系统机械部分结构设计.计算控制系统硬件电路的设计以及数控机床加工程序的编制，使我们综合运用所学的机械.电子和微机的知识,进行一次机电结合的全面训练。
从而培养了我们具有加工编程能力，初步设计计算的能力以及分析和处理生产中所遇到的机电方面技术问题的能力。
第二节综合作业的内容微机数控系统总体设方案的拟定（1）系统运动方式的确定（2）伺服系统的选择。
（3）执行机构传动方式的确定。
（4）计算机的选择。
二、进给伺服系统机械部分设计计算（1）进给伺服系统机械部分设计方案的确定。
（2）确定脉冲当量。
（3）滚珠丝杠螺母副的选型。
滚珠丝杠副的设计计算
FC K F K H K AFm
1.2 1.0 1.0 3800 4560(N )
• (2) 根据寿命条件计算额定动载荷 Ca'
Ca'
FC
3
nm Lh 1.67 104
100 15000 4560 3 1.67 104
20422(N )
(3)按照满足Ca≥ C'a旳原则选择丝杠副尺寸，查表得 如下规格：
规格型号
D0
公称导 程
p
丝杠外 径
d
钢球直 径
d0
丝杠内 径
d1
循环圈 数
动负荷 Ca(KN)
FFZD3210-3 32 10
32.5 7.144 27.3
-
25.7
FFZD5006-5 50
6
48.9 3.969 45.76
-
26.4
• 考虑多种原因，选FFZD5006-5，其中：
•
公称直径：D0=50mm
FFZD5006-5 50
6
48.9 3.969 45.76
-
26.4
• (4) 稳定性验算 • ①因为一端轴向固定旳长丝杠在工作时可能发生失稳,
所以在设计时应验算其安全系数S,其值应不小于[S]。
• 丝杠不会发生失稳旳最大载荷称为临界载荷 Fcr
Fcr
2EIa ( l)2
• 式中：E—丝杠旳弹性模量，对钢 E 206GPa
I a —丝杠危险截面旳轴惯性矩
Ia
d14
64
0.045764 64
2.15107 m4
—长度系数，双推-简支时， 2 / 3
Fcr
2 EIa ( l ) 2
滚珠丝杠副的三维建模及仿真要点
滚珠丝杠副的三维建模及仿真要点要进行滚珠丝杠副的三维建模和仿真，主要需要考虑以下几个要点：1.三维建模：滚珠丝杠副的三维模型可以使用CAD软件进行建模。
首先需要绘制丝杆、螺母和滚珠等主要部件的几何形状，并确定它们之间的尺寸和相互关系。
然后可以使用CAD软件中的建模工具创建这些几何形状，并进行组装和装配。
在建模过程中，需要注意几何形状的精确性和合理性，以及组件之间的配合间隙和对接方式。
2.材料选择：在进行三维建模时，需要考虑滚珠丝杠副的材料选择。
不同的材料具有不同的物理和力学性质，对滚珠丝杠副的性能和寿命有直接影响。
因此，在建模过程中需要根据实际应用需求选择适当的材料，并在建模中加以体现。
3.动力学仿真：滚珠丝杠副的动力学仿真是对其运动特性和力学性能进行分析和评估的重要手段。
可以使用仿真软件对滚珠丝杠副进行动力学仿真，了解其运动过程中的力、速度和加速度等相关参数。
在仿真过程中，需要根据实际应用情况设置边界条件和加载条件，并进行动力学分析和计算。
通过仿真结果可以评估滚珠丝杠副的性能和可靠性，并进行优化设计。
4.优化设计：通过三维建模和仿真可以发现滚珠丝杠副的潜在问题和改进空间，进而进行优化设计。
优化设计可以通过改变几何形状、材料选择、装配方式等来实现。
在优化设计过程中，需要充分考虑滚珠丝杠副的工作环境、运动方式和承载能力等因素，并进行相关的计算和仿真分析。
5.结构分析：在进行滚珠丝杠副的三维建模和仿真时，还需要进行结构分析。
结构分析可以通过有限元分析等方法来实现，了解滚珠丝杠副在不同工况下的应力分布和变形情况，以及其对性能和寿命的影响。
在结构分析过程中，还可以进行疲劳寿命评估和失效分析，进一步优化滚珠丝杠副的结构和材料。
总之，滚珠丝杠副的三维建模和仿真是对其运动和力学性能进行分析和优化的重要手段。
通过合理的建模、材料选择、动力学仿真、优化设计和结构分析，可以更好地理解滚珠丝杠副的工作原理和特性，提高其性能和可靠性，满足实际应用需求。
滚珠丝杠设计实例与计算
计算举例某台加工中心台进给用滚珠丝杠副的设计计算: 已知：工作台重量肌二5000*工作及夹具最大重量W ：=3000N工作台最大行程L K =1000mm摩擦系数□二0.1 静摩擦系数u o=O. 21)2) 确定滚珠丝杠副的导程因电机与丝杠直联,/ = 1 山表查得 代入得，2)确定当量载荷济二 2920N, F 2 二 185ON, % 二 132ON, 可求得:耳二MON ,你二1290N3) 确定半量转速 4) 预期额定动载荷k 提升自我定位精度20 u a /300mm工作台导轨的摩擦系数:动 快速进给速全行程25 - 重复定位精度10u o要求寿命20000小时(两班制丄作十年)°门我①按预期匸作时间估算。
按表3-24查得：轻微冲击取人=1・3 按表3-22查得：精度等级1-3取£=1.0按表3-23查得：可靠性97%取£=0.44 已知厶=20000/?②拟采用预紧滚珠丝杠，按最大负载Fma JI •算,按表3-25查得：中预载取：£=4.5 化沐=耳=2920",代入得 取以上两种结果的最大值5) 确定允许的最小螺纹小径① 估算丝杠允许的最大轴向变形量。
已知：重复定位精度10“加，定位精度25“加金=(1 / 4 ~ 1 / 3)重复定位精度=3如J m =(l/5-l/4)定位精度=6“加取两种结果的最小值厲=3“加 ② 估算最小螺纹底径丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式 已知：行程为1000mm ,叫=5000",心=0.2L = (l .1 ~ 1.2)行程 + (10-14) £=1320〃〃” 有 d 2m = a J"'"=25.9〃〃”6) 确定滚珠丝杠副的规格代号(1) 选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式 (2)山计算出的弘在样本中取相应规格的滚珠丝杠副FFZD4010-3得: = MA =24815N其相应的参数7）确定滚珠丝杠副预紧力8）行程补偿值与与拉伸力9）预拉伸力10）确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格本滚珠丝杠副采用两端固定的支承形式，选背靠背60度角接触推力轴承, 经计算选7602030TVP轴承。
第2章：滚珠丝杠螺母副
2.2 机械传动部件的选择与设计
一、机械传动部件及其功能要求
传动的目的：传递转矩与转速。 传动方式：螺旋传动、齿轮传动、 同步带传动、非线性传动等 对传动机构的要求： 1）精密化 2）高速化 3）小型化、轻量化
二、丝杠螺母传动
丝杠螺母机构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。丝杠螺母机构主要分为滑动丝杠 螺母机构和滚珠丝杠螺母机构。 a）滑动丝杠螺母机构： 优点： a) 结构简单 b) 加工方便 c) 成本低 d)具有自锁功能 缺点： a) 摩擦阻力较大 b)传动效率低(30%~40%)
特点：
预紧力小，轴承寿命较高， 适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统
3）单推-单推式
推力轴承分别装在滚 珠 丝杠的 两端 并施 加 预 紧力。 其特 点是 轴 向刚度高
特点： 轴向刚度较高，预紧力大，寿命低
4）双推-双推式
两端分别安装推力轴 承 与深沟 球轴 承的 组 合 ，并施 加预 紧力 ， 其轴向刚度高。
第二节 机械传动部件的选择与设计
2.1 机械系统部件的设计要求
机电一体化系统不仅仅是一个机电系统，更是一个自动 控制系统，因此要有快速性、准确性和稳定性。 机电一体化系统对机械系统的要求： 高定位精度、良好的动态响应
机 械 系 统
传动部件
线性传动：齿轮、丝杠螺母、蜗轮蜗杆 非线性传动：连杆机构、凸轮机构
半闭环进给系统，根据定位精度和重复定位精 度的要求可选用1、2、3级；
一般传动可选用4、5级； 全闭环系统可选用2、3、4级。
5、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧
轴向间隙调整的目的：
保证反向传动精度
预紧目的：
提高刚度
采用方法：
滚珠丝杠设计说明书模板
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：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。
可是，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：构件间的可动连接一般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．既能够使用较小的转矩得到很大的推力，又能够作为减速装置，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见的补偿方式。
在丝杠制造时，使丝杠螺纹部分的长度小于公称长度一个预拉伸量，预拉伸量略大于热膨胀量。
装配时，经过一定拉伸结构，将丝杠拉长一个预拉伸量，使丝杠螺纹部分达到公称长度。
工作时，热膨胀量抵消部分预拉伸量，丝杠拉应力下降，但长度不变。
从而保证螺距精度不受热膨胀的影响。
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。
滚珠丝杠副参数
滚珠丝杠副参数详解---通俗易懂1、公称直径。
即丝杠的外径，常见规格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120，不过请注意，这些规格中，各厂家一般只备16~50的货，也就是说，其他直径大部分都是期货（见单生产，货期大约在30~60天之间，日系产品大约是2~2.5个月，欧美产品大约是3~4个月）。
公称直径和负载基本成正比，直径越大的负载越大，具体数值可以查阅厂家产品样本。
这里只说明两个概念：动额定负荷与静额定负荷，前者指运动状态下的额定轴向负载，后者是指静止状态下的额定轴向负载。
设计时参考前者即可。
需要注意的是，额定负荷并非最大负荷，实际负荷与额定负荷的比值越小，丝杠的理论寿命越高。
推荐：直径尽量选16~63。
2、导程。
也称螺距，即螺杆每旋转一周螺母直线运动的距离，常见导程有1、2、4、6、8、10、16、20、25、32、40，中小导程现货产品一般只有5、10，大导程一般有1616、2020、2525、3232、4040（4位数前两位指直径，后两位指导程），其他规格多数厂家见单生产。
导程与直线速度有关，在输入转速一定的情况下，导程越大速度越快。
推荐：导程尽量选5和10。
3、长度。
长度有两个概念，一个是全长，另一个是螺纹长度。
有些厂家只计算全长，但有些厂家需要提供螺纹长度。
螺纹长度中也有两个部分，一个是螺纹全长，一个是有效行程。
前者是指螺纹部分的总长度，后者是指螺母直线移动的理论最大长度，螺纹长度=有效行程+螺母长度+设计裕量（如果需要安装防护罩，还要考虑防护罩压缩后的长度，一般按防护罩最大长度的1／8计算）。
在设计绘图时，丝杠的全长大致可以按照一下参数累加：丝杠全长=有效行程+螺母长度+设计余量+两端支撑长度（轴承宽度+锁紧螺母宽度+裕量）+动力输入连接长度（如果使用联轴器则大致是联轴器长度的一半+裕量）。
特别需要注意的是，如果你的长度超长（大于3米）或长径比很大（大于70），最好事先咨询厂家销售人员可否生产，总体的情况是，国内厂家常规品最大长度3米，特殊品16米，国外厂家常规品6米，特殊品22米。
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目录一成绩评定表………………………………………………………………………二课程设计任务书………………………………………………………………三前言……………………………………………………………………………………四滚珠丝杠螺母副的设计……………………………………………………五轴承选择……………………………………………………………………………六电机选择……………………………………………………………………………七设计总结……………………………………………………………………………八参考文献……………………………………………………………………………成绩评定表课程设计任务书前言课程设计是在学完机床课后，进行一次学习设计的综合性练习。
通过设计，运用所学过的基础课，技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固加深和扩大所学知识的目的。
通过设计，分析比较机床主传动中某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计计算和编写技术文件。
完成机床主传动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。
通过机床课程设计，获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力。
并未进行一般机械的设计创造一定的条件。
滚珠丝杠螺母副的设计1.确定滚珠丝杠副的导程因电机与丝杠直联，i=1由表1查得V max=10m/min n max= 1500r/min代入得， P h=8mm查表，取P h=8mm2.确定当量转速与当量载荷（1）各种切削方式下，丝杠转速n max=v max/P h=6000/8=750r/minn min=v min/p h=1/10=0.1r/min（2）各种切削方式下，丝杠轴向载荷F max=5500+0.004*800=5503.2NF min=0.004*800=3.2N（3）当量转速n m=(n max+n min)/2=(750+0.1)/2=375.05mm/min（2）当量载荷F m=(F max+F min)/3=(2*5503.2+3.2)/3=3669.9N3.预期额定动载荷（1）按预期工作时间估算按表查得：轻微冲击取 f w=1.3 f a=1可靠性90%取f c=1 已知：L h=15000小时代入得 Cam=34208（2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载F max计算：按表查得：中预载取 F e=4.5代入得C am=24764.4取以上两种结果的最大值 C am=342084.确定允许的最小螺纹底径（1）估算丝杠允许的最大轴向变形量①≤（1/3～1/4）重复定位精度②≤（1/4～1/5）定位精度: 最大轴向变形量µm已知：重复定位精度6µm, 定位精度12µm①=2 δm=3 ②=3取两种结果的小值=2µm(2）估算最小螺纹底径丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式(1.1～1.2)行程+（10～14）已知：行程为1000mm,代入得 L=1100mm F0=4N d2m=56.3mm5.确定滚珠丝杠副的规格代号（1）选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式（2）由计算出的在样本中取相应规格的滚珠丝杠副FFZD6308-5P h=8mm , C a=40000>C am=34208, d2=57.5mm>d2m=56.3mm6. 确定滚珠丝杠副预紧力其中F max=5503.2N F p=1834.4N7.行程补偿值与与拉伸力（1）行程补偿值式中：L h=400 l n=147 =（2～4）ph=3*16=48mmL u=643mm(2) 预拉伸力代入得 Ft=11232N8.确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格（1）轴承所承受的最大轴向载荷代入得F Bmax=11736N（2）轴承类型两端固定的支承形式，选背对背60°角接触推力球轴承（3）轴承内径d 略小于d2=56.3mm FBP=1/3FBMAX取 d=55mm代入得 F BP= 5478N（4）轴承预紧力预加负荷5600N≥=5478N（5）按样本选轴承型号规格当d=55mm 预加负荷为：≥F BP所以选760308TNI轴承d=55mm D=100mm B=23mm9.滚珠丝杠副工作图设计(1) 丝杠螺纹长度L s：L s=L u+2L e由表查得余程Le=40（2）两固定支承距离L1按样本查出螺母安装联接尺寸丝杠全长L（3）行程起点离固定支承距离L0由工作图得Ls=850mmL1=490mmL=1020mmL0=30mm10 . 电机选择总的转动惯量J总=0.00487Kg*m2总得力矩T M=6.7384N*M根据转动惯量和力矩选择电机选择型号为90CB100C-001012 11 . 传动系统刚度（1）丝杠抗压刚度1）丝杠最小抗压刚度K smin= 6.6 ×10K smin：最小抗压刚度 N/md2：丝杠底径L1：固定支承距离K smin =1133 N/m2）丝杠最大抗压刚度×K smax =6.610K smax：最大抗压刚度 N/mK smax =9093.3 N/m(2) 支承轴承组合刚度1)一对预紧轴承的组合刚度K BO=2×2.34K BO：一对预紧轴承的组合刚度 N/m d Q：滚珠直径mmZ ：滚珠数F amax：最大轴向工作载荷N：轴承接触角由样本查出7602030TUP轴承是F amax预加载荷的3倍 d Q=7.144 , Z=17 , =60K amax=5600*3=16800 N/mK BO=1201 N/m2）支承轴承组合刚度由两端固定支承K b=2K BOK b=2402N/mK b ：支承轴承组合刚度N/m3）滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度K C= K C(K C ：滚珠和滚道的接触刚度N/mK C：查样本上的刚度 N/mF P：滚珠丝杠副预紧力 NC a：额定动载荷 N由样本查得：K C=2069 N/m；C a=34700N；F P=1667.7N得K C=1620.65N/m12. 刚度验算及精度选择（1）== 1.9*10-3N/m= 1.14*10-3N/mF0=已知W1=800N ，=0.005 , F0=4NF0 ：静摩擦力 N：静摩擦系数W1：正压力N（2）验算传动系统刚度K minK min：传动系统刚度N已知反向差值或重复定位精度为6K min=1.0667<556（3）传动系统刚度变化引起的定位误差=3.04*10-3m（4）确定精度V300p：任意300mm内的行程变动量对半闭环系统言， V300p≤0.8×定位精度-丝杠精度取为2级V300p=8m＜9.6m(5) 确定滚珠丝杠副的规格代号已确定的型号：FFZD公称直径：50 导程：10螺纹长度：850丝杠全长：1020P类2级精度FFZD5010-3-P3 /1020×85013. 验算临界压缩载荷F c：N丝杠所受最大轴向载荷Fmax小于丝杠预拉伸力F不用验算。
14 . 验算临界转速n c=f×10n c : 临界转速 r/minf ：与支承形式有关的系数：丝杠底径 mm：临界转速计算长度 mm由表得f=21.9由样本得d2=44.9由工作图及表14得：L c2= L1- L012139.6＞n max=150015. 验算：D n=D pw n maxD pw ：滚珠丝杠副的节圆直径 mmn max : 滚珠丝杠副最高转速 r/minD pw≈44.3mmn max=1500r/min78066>7000016. 滚珠丝杠副形位公差的标注表1：支承方式简图K2 λ f一端固定0.25 1.875 3.4一端自由一端固定2 3.927 15.1一端游动二端支承 1 3.142 9.7 二端固定 4 4.730 21.9δm=3设计总结在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，与同学分工设计，课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练。
通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高。
通过这次设计，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
参考文献1.陈铁鸣主编．机械设计．第4版．哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,20062.王连明,宋宝玉主编．机械设计课程设计．第2版.哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,20053. 王知行，刘廷荣主编．.机械原理．.北京：高等教育出版社，20054.宋宝玉主编．机械设计手册（第二版）．北京：机械工业出版社，20045.陈铁鸣主编．新编机械设计课程设计图册．北京：高等教育出版社，20066.张志军.课程设计手册.沈阳理工大学出版，2009。