滚珠丝杠螺母副的计算和选型分析

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。

查表得：主偏角κr的修正系数kκrFc=1.0；刃倾角、前角和刀尖圆弧

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。

查表，取载荷系数f W=1.15，再取硬度系数f H=1，代入式（3—23），求得最大动载荷F Q=3L0f W f H F m=9703N。

（3）初选型号

根据计算出的最大动载荷，查表，选择FL4006型滚珠丝杠副。其公称直径为40mm，基本导程为6mm，双螺母滚珠总圈数为3×2圈=6圈，精度等级取四级，额定动载荷为13200N，满足要求。

（4）传动效率η的计算

将公称直径d0=40mm，基本导程P h=6mm，代入λ=arctan［P h/(πd0)］，得丝杠螺旋升角λ=2°44′。将摩擦角φ=10′，代入η=tanλ/tan （λ+φ），得传动效率η=94.2％。

（5）刚度的验算

1）滚珠丝杠副的支承，采取一端轴向固定，一端简支的方式，固定端采取一对推力角接触球轴承，面对面组配。丝杠加上两端接杆后，左右支承的中心距离约为a=1467mm；刚的弹性模量E=2.1×105MPa；查表，得滚珠直径D w=3.9688mm，算得丝杠底径d2=公称直径d0—滚珠直径D w=36.0312mm，则丝杠截面积S=πd22/4=1019.64mm2。

2）根据公式Z=（πd0/D w）-3,求得单圈滚珠数目Z＝29；该型号丝杠为双螺母，滚珠总圈数为3×2＝6，则滚珠总数量Ｚ∑=29×6=174。滚珠丝杠预紧时，取轴向预紧力F YJ＝F m/3≈571N。则由式（3—27），求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量δ2≈

0.00117mm。

因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减小一半，取δ2＝0.000585mm。

3）将以上算出的δ1和δ2代入δ总＝δ1+δ2，求得丝杠总变形量δ总＝0.012555mm＝12.555μm。

查表，4级精度滚珠丝杠任意300mm轴向行程内的变动量允许16μm，而对于跨度为1497mm的滚珠丝杠，总的变形量δ总只

有12.555mm，可见丝杠强度足够。

4）压杆稳定性校核

根据式（3—28）计算失稳时的临界载荷F k。查表，取支承系数

f k＝2；由丝杠底径d2＝36.0312mm，求得截面惯性径I＝πd24/64

≈82734.15mm4；压杆稳定安全系数K取3；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值1497mm。代入式（3－28），得临界载荷

F k≈51012N，远大于工作载荷F m（1712N）,故丝杠不会失稳。

综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。

4、同步带减速箱的设计

为了满足脉冲当量的设计要求和增大转矩，同时也为了使传动系统的负载惯量尽可能的减小，传动量中长使用减速传动。

设计同步减速箱需要的原始数据有：带传递的功率P，主动轮转速n1和传动比i，传动系统的位置和工作条件等。

（1）传动比i的确定

已知电动机的步距角α＝0.72°，脉冲当量δz＝0.01mm/脉冲，滚珠丝杠导程P h＝6mm。根据式（3—12）算得传动比i＝1.2。

（2）主动轮最高转速n1

由纵向床鞍的最快移动速度v zmax＝6000mm/min，可以算出主动轮最高转速n1＝（v zmax/δz）×α/360=1200r/min。

（3）确定带的设计功率P d

预选的步进电动机在转速为1200r/min时，对应的步进脉冲频率为f max＝1200×360/（60×α）＝10000Hz。

（4）选择带型和节距p b

根据的带的设计功率P d=0.574kW和主动轮最高转速n1＝1200r/min，选择同步带型号为L型节距p b＝9.525mm。

（5）确定小带轮齿数z1和小带轮节圆直径d1

取z1＝15，则小带轮节圆直径d1＝p b z1/π＝45.85mm。当n1达到最高转速1200r/min时同步带的速度为v＝πd1 n1/（60×1000）＝2.86m/s，没有超过L型带的极限速度35m/s。