机械设计资料：5.28VIP滚珠丝杆的选型

1、滚珠丝杠的选型,第一章、滚珠丝杠的分类,1、按钢球的循环方式分：弯管式、循环器式、端盖式大导程螺母； 2、按预压方法分类：（1）：定位预压方式 a：双螺母方式 b：变位预压方式 （2）：定压预压方式,第一节、滚珠丝杠的分类,弯管式,循环器式,弯管式,端盖式,循环器式滚珠丝：迷宫式密封圈、循环器、丝杠轴、螺母、钢球等,第二节、滚珠丝杠的组成,端盖式：端盖、螺母、丝杠轴、钢球等,弯管式：迷宫式密封圈、弯管、压板、丝杠轴、螺母、钢球等,第一章、认识滚珠丝杠,第三节、滚珠丝杠钢球的循环方式,第一章、认识滚珠丝杆,1、丝杠轴安装方式： 固定自由； 固定支撑； 固定固定； 2、螺母旋转式滚珠丝杠 丝杠轴安

2、装方式： 固定固定,第四节、滚珠丝杠的安装方式,第一章、认识滚珠丝杆,固定自由,固定支撑,一、认识滚珠丝杆,固定固定,旋转螺母式：固定自由,第一章、认识滚珠丝杠,摩擦系数小，驱动扭矩小，效率高； 能保证高精度； 能微量进给； 没有无效行程、高刚性； 能高速进给， 发热量小,第五节、滚珠丝杠的特点,第二章、滚珠丝杠的基本参数,公称直径(do)：指滚珠丝杠与螺纹滚道在理论角接触状态时包络滚珠球心的圆柱直径 基本导程（ph）：指滚珠螺母相对于滚珠丝杠旋转一周时的行程。 行程：转动滚珠丝杠或螺母时，滚珠丝杠或滚珠螺母的轴向位移,第一节、滚珠丝杠的主要尺寸参数,第二章、滚珠丝杆的基本参数,滚珠丝杠的额定

3、寿命是指，一批相同的滚珠丝杠在相同的条件下分别运行时，其中90%不产生表面剥落（金属表面的鳞状片剥落）所能达到的总转数。 滚珠丝杠的工作寿命是指，从开始运转到在滚动面和钢球的任何一方，由于材料的滚动疲劳而产生的最初的表面剥落出现时为止，滚珠丝杠所旋转的圈数,第二节、滚珠丝杠计算中的基本参数,1、容许轴向载荷 丝杠轴的扭曲载荷（P1）； 丝杠轴的容许拉伸压缩负荷（P2）； 2、容许转速 丝杠轴的危险速度（N1）； DN值(N2)； 3、静态安全系数（fs） 4、滚珠丝杠的寿命 额定寿命（总转数L） 工作时间寿命（Lh） 运行距离寿命（Ls,第三章、滚珠丝杠的精度,第一节、滚珠丝杠的导程精度等级

4、根据JIS规格（JIS B 1192-1997）标准滚珠丝导程精度分为C0、C1、C2、C3、C5、C7、C8、C10共8个等级，最高级为C0级，最低为C10级。(注:滚珠丝杠的导程精度等级C0 C5用直线性及方向性表示精度， C7C10用螺纹长度300mm累积导程误差表示其精度。) 第二节、影响定位精度的因素 影响定位精度的主要因素有：导程精度、轴向间隙、进给系统的轴向刚度、因发热引起的热变形、因导向系统引起的运行姿势的变化等。 其中进给系统的轴向刚度包括丝杠轴的轴向刚度、螺母的轴向刚度以及支撑轴承的轴向刚度,第四章、滚珠丝杠的选型,第一节、滚珠丝杠的选型流程,例：高速搬送装置（水平使用）

5、1、选择条件： 工作台质量：m1=60kg 工件质量：m2=20kg 行程长度：ls=1000mm 最大速度：Vmax=1m/s 加速时间：t1=0.15s 减速时间：t2=0.15s 每分钟往返次数：n=8min-1 无效行程：0.15mm 定位精度：0.3mm/1000mm(从单向进行定位) 反复定位精度：0.1mm 导向面上的摩擦系数：u=0.003 最小进给量：s=0.02mm/脉冲 希望寿命时间：3000h 导向面的阻力：f=15N（无负荷时） 驱动马达：AC伺服马达、额定转速：3000min-1 减速机：无（直接）A=1,第二节、高速水平搬送装置的选型例子,2、选择项目： 丝杠轴直

6、径 导程 螺母型号 精度 轴向间隙 丝杠轴支撑方式 驱动马达,3、导程精度与轴向间隙的选择： 1)、导程精度的选择： 为了得出定位精度0.3mm/1000mm,导程精度必须选择0.09mm/300mm以上 参照B15-20表1，滚珠丝杆的精度等级选择为：C7（运行距离误差： 0.05mm/300mm） 因精度等级C7既有轧制滚珠丝杆，又有精密滚珠丝杆，因此选择价格低廉的轧制滚珠丝杆,2)、轴向间隙的选择： 为了满足0.15mm的无效行程的要求，必须选择轴向间隙在 0.15mm以下的滚珠丝杠。因此，参照B15-27表12选择轴径32mm以下的滚珠杠。 综上所述，选择丝杠直径在32mm以下、精度等

7、级C7的轧制滚珠丝杠,4、丝杠轴的选择： 1）、假定丝杠轴的长度 假定螺母全长为100mm，丝杠轴末端长度为100mm。 所以根据行程长度1000mm决定的全长如下。 1000+200=1200mm 所以丝杠轴长度假定为1200mm,2）、导程的选择 驱动马达的额定的转速3000min-1最高速度1m/s时，丝杠导程如下,因此，必须选择20mm或以上的导程,另外，滚珠丝杠和马达之间不使用减速器而直接安装。根据AC伺服马达的标准角度测试仪的分辨率（1000p/rve; 1500p/rve），AC伺服马达每转一周的最小分辨率如下： 1000p/rev（无倍增） 1500p/rev（无倍增） 200

8、0p/rev（无倍增） 3000p/rev（无倍增） 4000p/rev（无倍增） 6000p/rev（无倍增） 为了满足选择条件中最小进给量0.02mm/脉冲，应符合如下： 导程20mm1000p/rev 30mm1500p/rev 40mm1500p/rev 60mm3000p/rev 80mm4000p/rev,3）、丝杠直径的选择 符合【导程精度与轴向间隙的选择】部分中所规定的要求的滚珠丝杠型号：丝杠直径为32mm以下的轧制滚珠丝杠；【丝杠轴的选择】部分中所规定的要求：导程20、30、40、60或80mm（参照B15-35上的表17）如下： 丝杠轴直径 导程 15mm 20mm 15m

9、m 30mm 20mm 20mm 20mm 40mm 30mm 60mm 根据【丝杠轴的选择】，由于丝杠轴长度必须是1200mm，15mm的轴径太细。因此应选择直径在20mm以上的丝杠轴。 4）、丝杠轴支撑方法的选择 因行程是1000mm，最高速度是1m/s属于高速使用，故丝杠轴的支撑方法可选择固定支撑或固定固定的方式,但是，固定固定的方式结构比较复杂，且部件精度和组装精度要求很高。因此，在此例中滚珠丝杠的支撑方法选择固定支撑的方式,5）、容许轴向载荷 (1）最大轴向载荷的计算 工作台质量：m1=60kg 工件质量：m2=20kg 导向面的阻力：f=15N（无负荷时） 导向面上的摩擦系数：u=

10、0.003 最大速度：Vmax=1m/s 加速时间t1=0.15s 重力加速度：g=9.807m/s2 由此可知，所需数值如下: 加速度,去路加速时,去路等速时,去路减速时,返程加速时,返程等速时,返程减速时,作用在滚珠丝杠轴上的最大轴向载荷为：Famax=Fa1=550N 因此，使用20mm丝杠直径，20mm导程（最小沟槽谷径17.5mm）满足要求。所以，对于丝杠轴的弯曲载荷和容许压缩拉伸负荷的计算选用20mm的丝杠轴直径和20mm的导程,2）丝杆轴的弯曲载荷 与安装方法相关的系数 考虑弯曲因素，螺母轴承间的安装方法按固定固定方式。 安装间距 la=1100mm（推算） 丝杠轴沟槽谷径 d1

11、=17.5mm,滚珠丝杠的容许拉伸压缩负荷,最大轴向载荷不得大于计算所得的挫曲载荷和容许拉伸压缩 负荷,6)、容许转速的探讨 (1)最高转速 (a)、丝杠轴直径：20mm； 导程：20mm 最大速度：Vmax=1m/s,b)、丝杠轴直径：20mm； 导程：40mm 最大速度：Vmax=1m/s,c)、丝杠轴直径：30mm； 导程：60mm 最大速度：Vmax=1m/s,2)由丝杆轴危险速度所决定的容许转速 与安装方法相关的系数（参照B15-40,为考虑危险速度，螺母轴承间的安装方法按固定支撑。 安装间距 lb=1100mm（推算） 丝杠轴直径：20mm；导程：20mm和40mm 丝杠轴沟槽谷径

12、：d1=17.5mm,丝杠轴直径：30mm； 导程：60mm； 丝杠轴沟槽谷径：d1=26.4mm,3)由DN值所决定的容许转速 丝杠轴直径：20mm；导程：20mm和40mm（大导程滚珠丝杠） 钢球中心直径：D=20.75mm,丝杠轴直径：30mm； 导程：60mm（大导程滚珠丝杠） 钢球中心直径：D=31.25mm,综上所述，当滚珠丝杠的丝杠轴直径为20mm、导程为20mm时，丝杠轴的最高转速超过了危险速度。当滚珠丝杠的丝杠轴直径为20mm、导程为40mm或为30mm、导程为60mm时， 能满足危险速度和DN值。 因此，选择丝杠轴直径为20mm、导程为40mm或为30mm、导程为60mm的

13、丝杠,5、螺母的选择 1）、螺母型号的选择 使用轧制滚珠丝杠，丝杠直径20mm、导程40mm及丝杠轴直径30mm、导程为60mm的丝杠的螺母为大导程轧制滚珠丝杠WTF型，因此可以选择： WTF2040-2 (Ca=5.4KN、Coa=13.6KN) WTF2040-3 (Ca=6.6KN、Coa=17.2KN) WTF2060-2 (Ca=11.8KN、Coa=30.6KN) WTF2060-3 (Ca=14.5KN、Coa=38.9KN) 2）、容许轴向载荷的探讨 对基本额定静载荷（Coa）最小的WTF2040-2型进行容许轴向载荷进行探讨,假定此型号用于高速搬送装置以及加速、减速时作用的冲

14、击负荷，参照B15-47表1，静态安全系数（fs）为2.5,与最大载荷550N相比，得出容许轴向载荷大，因此此型号满足要求,1）运行距离的计算： 最大速度 ：Vmax=1m/s 加速时间 ： t1=0.15s 减速时间 ： t2=0.15s 加速时的运行距离,综上所述，轴向载荷和运行距离的关系如下表,等速时的运行距离,减速时的运行距离,2）轴向平均负荷 正符号方向的轴向平均负荷 因为负荷方向不同，按F345=0N来计算轴向平均负荷,负符号方向的轴向平均负荷 因为负荷方向不同，按F126=0N来计算轴向平均负荷,因Fm1=Fm2,所以轴向平均负荷为225N,4）额定寿命 负荷系数 ： fw=1.

15、5(参照B15-48表2) 平均负荷 ：Fm=225N 额定寿命 ：L(rev,5）每分钟平均转数 每分钟往返次数 n=8min-1 行程：ls=1000mm 导程：Ph=40mm,每分钟往返次数 n=8min-1 行程：ls=1000mm 导程：Ph=60mm,6）根据额定寿命计算工作时间 WTF2040-2 额定寿命：L=4.1109rev 每分钟平均转数：Nm=400min-1,WTF2040-3 额定寿命：L=7.47109rev 每分钟平均转：Nm=400min-1,WTF2060-2 额定寿命：L=4.271010rev 每分钟平均转数：Nm=267min-1,WTF2060-3

16、额定寿命：L=7.931010re 每分钟平均转数：Nm=267min-1,7）根据额定寿命计算运行距离寿命 WTF2040-2 额定寿命：L=4.1109rev 导程：Ph=40mm,WTF2040-3 额定寿命：L=7.47109rev 导程：Ph=40mm,WTF2060-2 额定寿命：L=4.271010rev 导程：Ph=60mm,WTF2060-3 额定寿命：L=7.931010rev 导程：Ph=60mm,由此可知，能满足希望寿命时间3000h，可选择以下型号： WTF2040-2 WTE2040-3 WTF2060-2 WTF2060-3,6、刚性的探讨 选择条件不包括刚性规格

17、，且对此没有特殊要求，在此略,7、定位精度的探讨 1）、导程精度的探讨： 在【导程精度与轴向间隙的选择】中，选择了精度等级C7。 C7（运行距离误差：0.05mm/300mm） 2）、轴向间隙的探讨： 从一个方向定位时，轴向间隙不影响定位精度，不需探讨。 WTF2040：轴向间隙：0.1mm WTF3060：轴向间隙：0.14mm 3）、轴向刚性的探讨： 因负荷方向不发生变化，所以不需要根据轴向刚性来探讨定位精度,4）、因发热而引起的变形探讨： 假设在使用中温度上身5。 因温度变化而引起的定位误差如下,5）、运行中姿势变化的探讨 因滚珠丝杆中心到需要精度的位置相距150mm，所以有必要对运行中

18、的姿势进行探讨。 根据构造假设垂直公差在10秒以下，因垂直公差而引起的定位误差为,由此可知定位精度(P)如下,根据上述在【导程精度与轴向间隙的选择】和【定位精度的探讨】知，能满足条件的是WTF2040-2、WTE2040-3、WTF2060-2和WTF2060-3型，因此选择最小型WTF2040-2型,8、旋转扭矩的探讨 1）、因外部负荷引起的摩擦扭矩 摩擦扭矩如下,2）、由滚珠丝杠预压引起的扭矩 对滚珠丝杠没有施加预压。 3）、加速时所需的扭矩 惯性矩 每单位长度的丝杠轴惯性扭矩为1.2310-3Kg*cm2/mm(参照尺寸表)，则丝杠轴全长1200mm的惯性力矩如下,角加速度,根据上述，加速时所需的扭矩如下,因此需要扭矩如下： 加速时,等速时,减速时,9、驱动马达的探讨： 1）、旋转速度 滚珠丝杠的导程根据马达的额定转速进行选择所以 没必要探讨马达的选择速度。 最高使用转速： 1500min-1 马达的额定转速：3000min-1,2）、最小进给量 和转速一样，选择滚珠丝杠的导程一般根据AC伺服马达所使用的角度测试仪进行，没必要进行探讨。 角度测试仪的分辨率：1000P/rev 2倍增：2000P/rev 3）、马达扭矩 在【旋转扭矩的探讨】中计算加速时所产生的扭矩成为所需的最大扭矩T