滚珠丝杠副的参数计算与选用

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 W1=5000N 工作及夹具最大重量W2=3000N 工作台最大行程

L K=1000mm 工作台导轨的摩擦系数:动摩擦系数μ=0.1静摩擦系数μ0=0.2 快速进给速度 V max=15m/min 定位精度20 μm/300mm 全行程25μm重复定位精度

10μm要求寿命20000小时(两班制工作十年)。

表1

切削方式

纵向切削力

Pxi(N) 垂向切削力

Pzi(N)

进给速度

Vi(m/min)

工作时间百分比

%

丝杠轴向载荷

(N)

丝杠转速

r/min

强力切削2000 1200 0.6 10 2920 60 一般切削1000 200 0.8 30 1850 80 精切削500 200 1 50 1320 100 快速进给0 0 15 10 800 1500 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

代入得，

按第2页表，取

2）确定当量转速与当量载荷

（1）各种切削方式下，丝杠转速由表1查得

代入得

（1）各种切削方式下，丝杠轴向载荷由表1查得

代入得

（3）当量转速

由表1查得

代入得

（2）当量载荷代入得

3）预期额定动载荷

（1）按预期工作时间估算

按表9查得：轻微冲击取 f w=1.3

按表7查得：1～3取

按表8查得：可靠性97%取f c=0.44

已知：L h=20000小时

代入得

（2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载F max计算：

按表10查得：中预载取 F e=4.5

代入得

取以上两种结果的最大值

4）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10µm, 定位精度25µm

① =3

② =6

取两种结果的小值=3µm

(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

5）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FFZD4010-3

6) 确定滚珠丝杠副预紧力

其中

7）行程补偿值与与拉伸力

（1）行程补偿值

式中：

=（2～4）

(2) 预拉伸力

代入得

8）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

（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

取

代入得

（4）轴承预紧力

预加负荷≥

（5）按样本选轴承型号规格

当d=30mm 预加负荷为：≥F BP

所以选7602030TVP轴承

d=30mm

预加负荷为

9 ) 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由表二查得余程Le=40 绘制工作图

（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=1290

L1=1350

L=1410

L0=30

10 ) 电机选择（略）

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 ×10

K smin：最小抗压刚度 N/m

d2：丝杠底径

L1：固定支承距离

K smin=575 N/m

2）丝杠最大抗压刚度

K smax=6.6 ×10

K smax：最大抗压刚度 N/m

K smax=6617 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=2×2.34

K BO：一对预紧轴承的组合刚度 N/m

d Q：滚珠直径 mm

Z ：滚珠数

Famax ：最大轴向工作载荷 N

：轴承接触角

由样本查出7602030TUP轴承是预加载荷的3倍

d Q=7.144 Z=17 =60 K amax=8700 N/m

K BO=375 N/m

2）支承轴承组合刚度

由表13两端固定支承

K b=2 K BO

K b=750 N/m

K b ：支承轴承组合刚度 N/m 3）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/m K C：查样本上的刚度 N/m

F P：滚珠丝杠副预紧力 N

C a：额定动载荷 N

由样本查得：

K C=1410 N/m；C a=3600N；