1、滚珠丝杠螺母副的计算和选型分析doc3一 、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 x =0.005mm/ 脉冲， Z方向为 z=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， b=650Mpa ；选用刀具材料为硬质合金YT15 ；刀具几何参数为：主偏角 r=45 ，前角 o=10，刃倾角s=-0 ；切削用量为：背吃刀量 ap=1mm ，进给量 f=0.18mm/r ，切削速度 vc=90m/mi
2、n 。查表得： CFc=270 ， xFc=1.0， yFc=0.75， n Fc=-0.15 。查表得：主偏角 r 的修正系数 krFc =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 Fc=2673.4N 。由经验公式 Fc：Ff：Fp=1：0.35：0.4，算得进给切削力 Ff=935.69N ，背向力 Fp=1069.36N 。3、滚珠丝杠螺母副的计算和选型（ 1） 工作载荷 Fm 的计算已知移动部件总重 G=1300N ；车削力 Fc=2673.4N ， Fp=1069.36N ，Ff =935.69N 。根据 Fz=Fc，Fy=
3、Fp，Fx =Ff 的对应关系，可得： Fz=2673.4N ，Fy=1069.36N，Fx=935.69N。选用矩形三角形组合滑动导轨，查表，取K=1.15， =0.16 ，代入Fm=KFx+（Fz+G ），得工作载荷Fm=1712N。（ 2）最大动载荷FQ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 Ph=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 L 0=60nT/10 6 ，得丝杠系数得丝杠螺旋升角 =2 44 。将摩擦角（ +），得传动效率 =94.2 。（ 5）
4、 刚度的验算L 0=119.7 106r。查表，取载荷系数 f W=1.15 ，再取硬度系数 fH =1，代入式（ 3 23），求得最大动载荷 FQ = 3 L 0 fW fHFm =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 的计算将公称直径 d0，基本导程h，代入 h 0，=40mmP =6mm=arctanP /(d ) =10 ，代入 =tan /tan1）滚珠丝杠副的
5、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w=3.9688mm，算得丝杠底径2Dd =公称直径d0滚珠直径 Dw =36.0312mm ，则丝杠截面积S=2/4=1019.64mm2d2。2）根据公式 Z= （ d0/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 =29 6=174 。滚珠丝杠预紧时， 取轴向预紧力 FYJ Fm/3 571N 。则由式 （ 3 27 ）， 求
6、 得 滚 珠 与 螺 纹 滚 道 间 的 接 触 变 形 量 2 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 2 0.000585mm 。3）将以上算出的 1 和 2 代入 总 1+ 2，求得丝杠总变形量 总0.012555mm 12.555 m。查表， 4 级精度滚珠丝杠任意 300mm 轴向行程内的变动量允许16 m，而对于跨度为 1497mm 的滚珠丝杠，总的变形量 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 Fk 。查表，取支承系数f k 2；由丝杠底径 d2 36.031
7、2mm ，求得截面惯性径4I d2 /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Fk 51012N ，远大于工作载荷 Fm （ 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 0.7
8、2，脉冲当量 z 0.01mm/ 脉冲，滚珠丝杠导程 Ph 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 vzmax 6000mm/min ，可以算出主动轮最高转速 n1（ vzmax / z） /360=1200r/min 。（ 3） 确定带的设计功率 Pd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 fmax 1200 360/（ 60） 10000Hz 。（4） 选择带型和节距 pb根据的带的设计功率Pd=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pb 9.
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 pbz1/45.85mm 。当n1 达到最高转速1200r/min时同步带的速度为vd1n1（/ 60 1000 ） 2.86m/s ，没有超过L 型带的极限速度35m/s。（ 6） 确定大带轮齿数 z2 和大带轮节圆直径 d2大带轮齿数 z2 i p b 18，节圆直径 d2 id 1 54.57mm 。（ 7） 初选中心距 a0、带的节线长度 L0p、带的齿数 zb初选中心距a0 1.1（ d1+d2） 110.06mm，圆整后取a0 110mm 。则带的节线长度 L0p 2 a0+ /2（ d
10、1+d 2）+(d 2-d1)2 /4 a0 377.33mm 。查表，选取接近的标准节线长度 L0p 381mm ，相应齿数 zb=40。（ 8） 计算实际中心距 a实际中心距 a a0+（ L p- L0p） /2 111.835mm 。（ 9）校验带与小带轮的啮合齿数zm26 大，满zm ent z1 /2 pb z1/2 a（ z2 z1） 7，啮合齿数比足要求。（ ent 表示取整） 。（ 10）计算基准额定功率0P2P0（ T amv ） v/1000其中， T a带宽为bs0 时的许用工作拉力。m带宽为 bs0 时的单位长度的质量。v同步带的带速。算得 P0 0.697kW 。（
11、 11）确定实际所需同步带宽度 bsbs bs0（ Pd /K zP0） 1/1.14其中， bs0选定型号的基准宽度。K z小带轮啮合齿数系数。由上式求得bs 21.42mm，选定最接近的带宽 bs 25.4mm 。（ 12）带的工作能力计算计算同步带额定功率 P 的精确值：2 -3P（ K zK w Ta bs/ bs0mv ） v 10经计算得 P 0.697kW ，而 Pd 0.574kW ，满足 P Pd。所以，带的工作能力合格。5、步进电动机的计算和选型（ 1） 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 JeqJeqJm+Jz1+ （Jz2+Jw +Js） /i2 57.55kg.cm
12、 2其中， Jm 33 kg.cm2Jz1 0.95 kg.cmJz2 1.99 kg.cm22Jw 1.21 kg.cm22Js 30.78 kg.cm（ 2） 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 TeqTeq1 Tamax+T fT amax 2 Jeq nm/60t a 1/其中， nm 步进电动机的最高转速。ta 步进电动机由静止到 nm 转速所需的时间。又 nm vmax /360 ta 0.4s， 0.7，所以， Tamax 2 57.55 10-4 1200/（ 60 0.4 0.7）N.m2.58 N.mT f（ Fc+G ） Ph/（ 2 i）其中， 导轨的摩擦系数，滑动
13、导轨取 0.16。Fc工作负载。传动链总效率，取 0.7。所以， Tf 0.16（ 0+1300 ） 0.006/（ 2 0.7 1.2 ）N.m0.24 N.m所以， Teq1 Tamax + T f 2.82 N.mT eq2= T t+ T fT t=Ff Ph /（ 2 i） 935.69 0.006/（ 2 0.7 1.2 ）N.m 1.06 N.mT f（ Fc+G）Ph（/ 2 i ） 0.16（ 2673.4+1300 ） 0.006/（2 0.7 1.2） N.m 0.72 N.m 所以， Teq2= T t+ T f 1.78 N.m经过上述计算后， Teq max Teq
14、1， Teq2 2.82 N.m（ 3） 步进电动机最大静转矩的选定步进电动机最大静转矩 Tjmax 4 T eq 4 2.82 N.m 11.28 N.m ，可见对于预选的步进电动机完全满足工作要求。（ 4） 步进电动机的性能校核1）最快工进速度时电动机输出转矩校核最快工进速度 vmaxf 800mm/min ，脉冲当量 0.01mm/ 脉冲，可以求出 fmaxf 1333Hz ，由此可知，在此频率下，电动机的输出转矩 Tmaxf 17 N.m ，满足工作要求。2）最快空载移动时电动机输出转矩校核最快空载移动速度vmax 6000mm/min，可以求出fmax 10000Hz，由此可知，在此
15、频率下，电动机的输出转矩T max 3.8N.m，满足工作要求。3）最快空载移动时电动机运行频率校核最快空载移动速度 vmax =6000mm/min ，对应的电动机运行频率f max=10000Hz 。查表可知，运行频率没有超过上限。4）起动频率的计算已知电动机转轴上的总转动惯量Jeq=57.55kg.cm2 ，电动机转子自身的转动惯量 Jm=33 kg.cm 2 ，查表可知，最高空载起动频率f q=1800Hz 。可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率为：f L =fq /（ 1+Jeq/Jm ）1/2 =1087Hz由此可知，进给系统选用的步进电动机可以满足设计要求。6、同步带传递功率
16、的计算分两种情况分别进行校核：（ 1） 快速空载起动电动机从静止到 nm=1200r/min ，由式（ 6-5 ）可知，同步带传递的负载转矩 T eq1=2.82N.m ，传递的功率为 P=nm T eq1/9.55=1200 2.82/9.55W 354.3W 。（ 2） 最大工作负载，最快工进速度由式（ 6-7）可知，带需要传递的最大工作负载转矩 Teq2 =1.78N.m ，任务书给定最快工进速度 v maxf=800mm/min ，对应电动机转速nmaxf = （ vmaxf / z ） /360=160r/min 。 传 递 的 功 率 为 P=nmaxfTeq2/9.55=160
17、1.78/9.55W 29.8W 。由计算可知 :两种情况下，同步带传递的负载功率均小于带的额定功率 0.697kW 。因此，选择的同步带功率合格。二、绘制进给传动机构的装配图完成滚珠丝杠螺母副、减速箱和步进电动机的计算、选型后，就可以绘制进给传动机构的装配图了。但要注意以下问题：（1） 了解原车床的详细机构；（2） 根据载荷特点和支承方式， 确定丝杠两端轴承的型号、 轴承座的结构，以及轴承的预紧和调节方式；（3） 考虑各部件之间的定位、联接和调整方法；（4） 考虑密封、防护、润滑以及安全结构问题等；（5） 在进行各零部件设计时， 应注意装配的工艺性， 考虑装配的顺序，保证安装、调试和拆卸的方便等；（6） 注意绘制装配图时的一些基本要求。
