滚珠丝杠副设计说明书

1 滚珠丝杠副 设计说明书 第一章 滚珠丝杠副的选择 滚珠丝杠副的支承形式 支承应限制丝杠的轴向窜动 可以一端固定 ,一端无支承 可以一端固定 ,一端游动 ;对于精密和高精度机床的滚珠丝杠副 ,为了提高丝杠的拉压刚度 ,可以两端固定 两端固定丝杠时还可以进行预拉伸。 一般情况下 ,应以固定端作为轴向定位基准 ,从固定端起计算丝杆杠副的长度误差 应尽可能固定端作为驱动端。 考虑到本设计的结构与要求 ,我们决定采用一端固定一端游动 (支承形式 , 如图 一端固定一端游动（ FS）。固定端采用深沟球轴承 2和双向推力球轴承 4，可分别承受径向和轴向负载，螺母 1、挡圈 3、轴肩、支撑座 5 台肩、端盖 7 提供轴向限位，垫圈 6 可调节推力轴承 4的轴向预紧力。游动端需径向约束，轴向无约束。采用深沟球轴承 8，其内圈由挡圈 9 限位，外圈不限位，以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩。 2 图 一端固定一端游动支承 这种支承形势有以下一些特点： 故结构较复杂 ,工艺较困难。 滚珠丝杠副的特点 效率高达 90%95%,耗费的能量仅为滑动丝杠的 1/3。 即可将回转运动变为直线运动 ,又可将直线运动变为回转运动 ,且逆传动效率几乎 与正传动效率相同。 通过给螺母组件内施加预压来获得较高的系统刚度 ,可满足各种机械传动要求 ,无爬行现象 ,始终保持运动的平稳性和灵敏性。 经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠副本身就具有和高的制造精度 ,又由于摩擦小 ,丝杆副工作时温升和热变形小 ,容易获得较高的传动精度。 滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动 ,磨损极小 ,长期使用后仍能保持其精度 ,因而寿命长 ,且具有很高的可靠性。其寿命一般比滑动丝杠高56倍。 特别是垂直安装的丝杠，当运动停止后，螺母将在重力作用 下下滑，故常需设置制动装置。 3 滚珠丝杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。 由于滚珠丝杠副独特的性能而受到极高的评价 ,因而已成为数控机床 ,精密机械 ,各种省力机械设备及各种机电一体化产品中不可缺少的传动机构。 滚珠丝杠副的设计计算 有效行程 400*250，实际工作时工件及夹具重最大 120公斤，最大空运行速度 ,最大加工速度 定位精度 ,重复定位精度 ,脉冲当量 ,寿命 40000小时 。 （ 1）步距角 ， ， ， 。 先假设 p= 。 表 削力 速度 时间比 正常铣削 500 0% 快速点定位 0 5 30% （ 2） 丝杠转速 快速点定位 30%，加工 70%。 （ 3） 当量转速 加工 点定位 （ 4） 丝杠负荷 当量载荷导轨摩擦力 , 。 精密加工 =500N， 加工时总载荷 = 4 快速点定位 = = 5） 当量负荷 选择滚珠丝杠副 （ 1） 小时，由机电一体化系统设计手册表 查得： 。 。 合系数， 其中 为温度系数，查表 1 1； 为硬度系数，查表 1 为精度系数，查表 1 杠精度为 1 3 级）； 为负荷性质系数，查表 1 为可靠性系数，查表 1 靠性为 90%）。 可得： 。 表 1度系数 5 工作温度 175 表 1度系数 硬度（ 55 0 5 40 动负荷硬度影响系数 负荷硬度 影响系数 1度系数 精度等级 1、 2、 3 4、 5 7 10 1荷性质系数 负荷性质 无冲击平稳运转 一般运转 有冲击和振动运动 1 1靠性系数 可靠度 (%) 90 95 96 97 98 99 44 2）根据 选择滚珠丝杠副 1）假设选用 号，按滚珠丝杠副的额定动载荷 于或稍大于 的原 整 查教材表 2以下型号规格： 610N 由教材表 2丝杠副数据： 6 公称直径 导程 螺旋角 = 滚珠直径 2）按教材表 2尺寸公式计算： 滚道半径 偏心距 丝杠直径 稳定性验算 1）由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数 S，其值应大于丝杠副传动机构允许安全系数 （见表 表 撑方式有关系数 一端固定一端自由 （ 一端固定一端游动 （ 两端固定 （ 34 2 2/3 杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷 按下式计算： 式中， E 为丝杠材料的弹性模量，对于刚， E=206为丝杠工作长度（ m） ; 为丝杠危险 截面的轴惯性矩 ； 为长度系数，见表 依题意， 7 取 ，则 安全系数 。查表 = ， 丝杠是安全的，不会失 稳。 2）高速丝杠工作时可能发生共振，因此需要验算其不会发生共振的最高转速 临界转速 。要求丝杠的最大转速 。 临界转速 可按下式计算 式中， 为临界转速系数，见表 ， ，则 =834r/ 所以丝杠工作时不会发生共振。 3）此外滚珠丝杠副还会受 值的限制，通常要求 。 所以该丝杠副工作稳定。 刚度验算 滚珠丝杠在工作负载 和转矩 共同作用下引起每个导程的变形量 为 8 式中， ； ； 钢 ； 式中， 正切函数值为摩擦系数； 取摩擦系数 按最不利的情况取（其中 ） 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为 通常要求丝杠的导程误差 应小于其传动精度的 1/2，即 该丝杠的 满足上式，所以其刚度可满足要求。 效率验算 滚珠丝杠副的传动效率 为 9 要求在 90%98%之间，所以该丝杠副合格。 经上述验证， 项性能均符合要求，可选用。 第二章 导向机构的设计 导轨的功用 机电一体化产品要求其机械系统的各运动机构必须得到安全的支承，并能准确的完成其特定方向的运动。这个任务就由导向机构来完成。机电一体化产品的导向机构是导轨，其作用是支承和导向。 滚动直线导轨的选择程序 在设计选用滚动直线导轨时，除应对其使用条件，包括工作载荷、精度要求、速度、工作行程、预期工作寿命进行研究外，还须对其刚度、摩擦特性及误差平均、阻尼特性等综合考虑，从而达到正确合理的选用，以满足主机技术性能的要求。 直线运动滚动支承系统负荷的计算 直线运动支承系统的负荷与导轨配置形式 (水平、竖直、倾斜等 ),移动件的重心和力作用点的位置 ,导轨上移动件牵引力作用点的位置 ,启动及停止时的惯性力 10 以及切削力等有关。 本设计的直线运动导轨安 装形式为水平 ,采用卧式导轨、滑块座移动。 图 导轨 导轨的选择 由机床设计要求可知对该导轨设计的基本要求为 ： 作用在滑座上的载荷 ，滑座个数 ，单向行程长度，每分钟往复次数为 4，用于轻型机床的工作台。 导轨的额定工作时间寿命 =40000 小时 表 2度系数 滚道表面硬度 0 58 55 53 50 45 2度系数 工作温度 / 100 00150 50200 00250 2接触系数 11 每根导轨上的滑块数 1 2荷系数 工作条件 无外部冲击或震动的低速运动场合。 速度小于 15m/明显冲击或震动的中速运动场合。 速度小于 60m/ 无外部冲击或震动的高速运动场合。 速度大于 60m/算额定动载荷 滑座的运动速度最大为 5m/ = =擦力矩 N.） 式中 导轨的摩擦力（ N） 15 般可取 =f= = =加力矩 式中 F 滚轴丝杠预加负荷，这里取 000N. 滚珠丝杠导程（） 般取大于 里取 0= = =q=f+ = 电机的选型 查表得，选择电动机 120的启动转矩 120B/有小型化、全密封、高精度、高相应、低噪音、地震动的特点，特别适合于对动态和稳态定性要求高的场合。 技术特点 A、高性能铷铁硼永磁 材料，纯正弦波磁路设计。 B、铝合金精美外观，体积紧凑。 C、小惯量 D、动态性能好。 E、过载能力强。 以上数据机电一体化系统设计手册 16 第四章 滚动轴承的计算 支撑方案的确定 考虑滚珠丝杠在轴向的伸缩变形，故考虑在支撑方面采用一端固定，一端游动。在综合考虑后，决定用角接触球轴承完成支承。固定端用一对背靠背接触球轴承，而用单个角接触球轴承支于游动端。 在选择了滚珠丝杠的型号后，由于我们采用的是现存的丝杠。所以尺寸都已经 确定，初选固定端 7307B/d=35， D=80 ,B=42 。 游动端采用 7307B 型号 B=21 轴承座连接孔 144 42、 轴承型号选型及校核 轴向力 径向力 0000/2=5000N 17 因为 r=5000/机械设计第七版表 13 则 X= 等冲击或中等惯性力 .3 动载荷 P=（ 000+ =计寿命 000h,转速 n=1000r/计算基本额定动载荷 C= 滚动轴承受理分析图 因为 C=总 结 本次课程设计是以毕业设计之前的准备，是为了更好的完成毕业设计打好一个坚实的基础，是我们对数控冲车床有了进一步的认识，对 我们以后的学习工作有很好的帮助。 历程 2 周的课题设计 ,在老师和自己共同努力下 ,完成了预期的工作。在这个 过程中遇到很多困难，但是通过查阅资料，最终解决了问题，提高了我们解决问题的能力。 在查阅相关的数控机床资料，类比同类机床的进给系统结构，以及机床厂提供的相关零部件资料的基础上，用 行总装图的优化设计和绘制。零件的绘制。通过要求完成了毕业论文书写内容。对机床设计过程有了深刻的了解和认识。 18 通过此次毕业设计 ,使我们的综合运用能力进一步加强 ,把大学四年来所学的专业理论知识与实践很好的结合起来，从方 案确定到选型、校核、画图等一系列都在很大程度上开发了我们的设计思维和应用能力。 当然这次 课程 设计中我们也认识到自身的不足之处。虽然在设计中能够认真独立地思考、分析问题。但知识面不够广泛以及实际经验欠缺等诸多因素 ,造成设计中很多疏漏的地方以及大多方案都停留在已有基础上 ,创新很少。而且在优化设计方面做得很少，可以说整个设计很粗糙，当然我会在以后的工作学习生产不断积累经验，争取做得更好，敬请原谅本次设计中的不足之处。 参考文献 1廖念钊主编 第四版 )，中国计量出版社， 2齐占庆 机床电