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数控机床滚珠丝杠如何选用?滚珠丝杠各参数怎样选择?

作者:机械网
文章来源:本站

  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1.2.34.5710fa1.00.90.80.7表-7可靠性系数fc可靠性%909596979899fc10.620.530.440.330.21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fw1~1.21.2~1.51.5~2表-9预加负荷系数fe预加负荷类型轻预载中预载重预载fe6.74.53.4以上三种计算结果中,取较大值为滚珠丝杠副的Camm。5、按精度要求确定允许的滚珠丝杠最小螺纹底d2ma.滚珠丝杠副安装方式为一端固定,一端自由或游动时(见图-5)式中:E-杨氏弹性模量21×105N/mm2dm-估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量(mm)Fo-导轨静摩擦力(N)。Fo=mow(mo为静摩擦系数)L-滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离(mm)L≈行程+安全行程+余程+螺母长度一半+支承长度的一半≈行程+(2~4)Ph+4Ph+(4~6)Ph+(1/20~1/10)行程≈(1.05~1.1)行程+(10~14)Phb.滚珠丝杠副安装为两端支承或两端固定(见图-5)式中:L-两个固定支承之间的距离(mm)L≈行程+安全行程+两个余程+螺母长度+一支承长度≈(1.1~1.2)行程+(10~14)Ph其中重复定位精度或定位精度,上述两种方法估算出的小值为为系统刚性最小处刚度值,见下文12、13项计算)滚珠丝杠副公称中径dom≈d2m+Dw(钢球直径)图-5一端固定,一端自由G-Z一端固定,一端游动G-Y二端支承J-J二端固定G-G6、确定滚珠丝杠副规格代号按照计算出的Ph,Cam及传动方式,使用情况,可在样本中先查出对应的滚珠丝杠公称直径do,应注意do≥dom,Ca≥Cam,但不宜过大,否则会使滚珠丝杠副转动惯量偏大,结构尺寸也偏大。接着确定循环圈数,滚珠螺母规格代号及相关的安装连接尺寸。7、确定预紧滚珠丝杠副预紧力Fp当选择预紧螺母型式的滚珠丝杠副时需确定预紧力Fp。当最大轴向工作载荷Fmax能确定时Fp=1/3Fmax当最大轴向工作载荷不能确定时Fp=ξCa其中ξ值按表10选择,Ca是额定动载荷,可在样本上查到。表-10预加负荷类型轻载荷中载荷重载荷ξ0.050.0750.18、计算行程补偿值C和预拉伸力F1考虑到丝杠运转过程中温升对丝杠副导程精度的影响,在精级要求较高的场合,应对滚珠丝杠副适当的预拉伸。对预拉伸的滚珠丝杠副规定目标行程值C,并计算预拉伸力。式中:C-行程补偿值(mm)Dt-温度变化值2℃~3℃a-丝杆的线膨胀系数11.8×10-6度Lu-滚珠丝杠副的有效行程(mm)Lu≈工作台行程+螺母长度+两个安全行程≈行程+(8~14)Ph式中:F1-预位伸力(N)d2-滚珠丝杠螺纹底径(mm)E-杨氏弹性模量2.1×105(N/mm2)Dt-滚珠丝杠温升2℃~3℃d2≈do-Dw(Dw:钢球半径)9、确定滚珠丝杠副支承用轴承规格型号●计算轴承所受的最大轴向载荷FBmax,有预拉伸的滚珠丝杠副应考虑到预拉伸力Ft。●按滚珠丝杠副支承的要求选择轴承的型号。●确定轴承内径:为便于丝杠加工,轴承内径最好不大于滚珠丝杠的大径。在选用内循环滚珠丝杠副时必须有一端轴承内径略小于丝杠底径d2。其次轴承样本上规定的预紧力应大于轴承所承受最大载荷FBmax的1/3。●有关轴承的其它验算项目可查轴承样本。10、滚珠丝杠副工作图设计●滚珠丝杠副的螺纹长度LS=Lu+2LeLe余程见表-2Lu=行程+螺母长度●滚珠丝杠副螺母的安装连接尺寸可查样本。●滚珠螺母不应该承受径向载荷及颠覆力矩,应使作用在螺母上的轴向合力通过丝杠轴心。●可以用螺母的外圆柱面及法兰凸缘的内侧作安装基准,同时要求螺母座孔与丝杠轴承孔同心。螺母座孔端面与螺母座孔轴线垂直。当所受载荷冲击力不大时,可仅用螺母法兰凸缘的内侧面作安装基准面,这时应保证螺母座面与导轨垂直。装配时应找螺母外圆与丝杠支承轴承孔同心。●插管式滚珠丝杠副水平放置时,为使滚珠的循环更加滚畅,应将插管置于滚珠丝杠轴线的上方。●设计螺母座,轴承座及紧固螺钉时要注意保证足够的刚性。在承载方向设计加强筋。●由工作图确定滚珠丝杠长度尺寸。11、电机的选择●作用在滚珠丝杠副上各种转矩计算。外加载荷产生的摩擦力矩TF(N.m)滚珠丝杠副预加载荷Fp产生的预紧力矩Tp(N.m)式中Ph-滚珠丝杠副导程h-未预紧的滚珠丝杠副效率1、2、3级精度的丝杠h=0.94级精度以下的丝杠h=0.85F-作用在滚珠丝杠副上的外加轴向载荷,不同情况下取值不一样。若计算电机启动转矩时,机械是空载起动,F是导轨摩擦力(垂直运动F还包括机构重量);若计算电机工作转矩时,F包括导轨摩擦力和工作载荷(垂向运动F还包括机构重量)。●其他计算,请查找电机样本及相关资料。12、传动系统刚度计算●一般校核计算按:式中KS-滚珠丝杠副的拉压刚度。计算见下面说明Kb-滚珠丝杠支承轴承的轴向刚度。可查轴承样本及有关资料。Kc-滚珠丝杠副滚珠与滚道的接触刚度可查样本。●精确计算时,还需考虑伺服刚度,联接轴刚度,扭转刚度,螺母座、轴承座刚度等,详请查阅相关资料。●KS的计算a.丝杠支承形式为一端固定,一端游动或自由。Ks=×10-3=1.65×102式中E-杨氏弹性模量2.1×105(N/mm2)d2-丝杠底径(mm)当a=L1(滚珠螺母至固定支承的最大距离)时刚度最小Ksmin=1.65×102当a=Lo(靠固定端的行程起点处)时刚度最大Ksmax=1.65×102b.支承形式为两端支承或两端固定。Ks==6.6×102当a=L?1/2时(即处在两支承的中点时)刚度最小Ksmin=6.6×102式中L1-两支承间的距离当a=Lo时(螺母在行程两端处)刚度最大Ksmax=6.6×10213、传动系统刚度验算及滚珠丝杠副的精度选择将Ksmax,Kb,Kc及其它有关值代入将Ksmin替换Ksmax代入得Kmin。由于数控机床精度在机床空载下验收,△=2FO/Kmin,称摩擦死区误差。FO是机床空载时导轨上的静摩擦力。ξK=Fo()称为传动系数刚度变化引起的定位误差。按JB/GQ1140-89规定,数控机床反向差值主要取决于△,而定位误差主要取决于滚珠丝杠副的精度,其次是ξK。●传动系数刚度验算0.8△≤反向差值,即Kmin≥1.6Fo/反向差值●滚珠丝杠副的精度选择开环控制系统中使用的滚珠丝杠副ep+Vup≤0.8x(定位精度-ξK)ep+V300p≤0.8x(300mm定位精度-ξK)半闭环控制系统或可以行程补偿的开环系统:ep≤0.8x(定位精度-ξK)V300p≤0.8x(300mm定位精度-ξK)先根据使用情况选择滚珠丝杠副的类型(P类或T类),然后参照滚珠丝杠副的精度标准表(见表-1),按上述两式计算结果确定滚珠杠副的ep,Vup或V300p,从而确定滚珠丝杠副的精度等级。14、滚珠丝杠副临界压缩载荷F的校验(验算压杆稳定性)式中:d2-滚珠丝杠螺纹底径,d2≈do-Dw,do-公称中径,取样本数据。Lc1-滚珠丝杠副的最大受压长度(mm)(见表11)F′max-滚珠丝杠副承受最大轴向压缩载荷(N)。若滚珠丝杠承受最大载荷不是压缩载荷时,F′max不等于Fmax,视工作情况进行计算K1-安全系数。丝杠垂直安装K1=1/2丝杠水平安装K1=1/3K2-支承系数。与支承方式有关(见表11)表-11支承方式简图K2λf一端固定一端自由0.251.8753.4一端固定一端游动23.92715.1二端支承13.1429.7二端固定44.73021.915、滚珠丝杠副极限转速nc校验(避免高速运转时产生共振)式中:nc-极限转速(r/min)Lc2-临界转速计算长度(mm)(见表11)E-杨氏弹性模量2.1×105(N/mm2),r-材料密度,钢密度I-丝杠的最小惯性矩I=A-丝杠的最小横截面积K1-安全系数。一般取0.8f,λ-与支承形式有关的系数(见表-11)16、Dn值校验dom?nmax≤70000式中:dom-滚珠丝杠副的节圆直径(mm),dom≈d2+Dw(mm)nmax-滚珠丝杠副的最高转速17、滚珠丝杠副形位公差的标注见表-3及下图某些传动类(T类)滚珠丝杠副,对精度要求低,但传递的载荷较大,这时可不进行有关传动精度及传动系统刚度的计算,但需进行以下两项计算:18、基本轴向额定静载荷Coa验算19、强度验算fsFamax≤Coa式中:Coa-滚珠丝杠副的基本轴向额定静载荷(N)。可在样本上查到。fs-静态安全系数。一般载荷fs=1~2,有冲击或振动的载荷:fs=2~3Famax-最大轴向载荷(N)[б]-许用应力(N/mm2)d2-滚珠丝杠螺纹底径(mm)。显示不了公式你查《机械设计手册单行本—机械传动》这本书吧里面有完整丝杠选用过程。或者你留个邮箱,我发给你。

  

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