TBI滾珠絲杠選型計(jì)算舉例

1、安昂傳動(dòng)10傳動(dòng)世界深圳tbi滾珠絲杠選型計(jì)算舉例選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為： 磨制絲杠(右旋)軸承到螺母間距離(臨界長度) ln = 1200mm固定端軸承到螺母間距離 Lk = 1200mm設(shè)計(jì)后絲杠總長 = 1600mm最大行程 = 1200mm工作臺(tái)最高移動(dòng)速度 Vman = 14（m/min）壽命定為 Lh = 24000工作小時(shí)。= 0.1 （摩擦系數(shù)）電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 nmax = 1800 （r/min）定位精度：  最大行程內(nèi)行程誤差 = 0.035mm  300mm行程內(nèi)行程誤差 = 0.02mm  失位量 = 0.04

2、5mm 支承方式為(固定支承)W = 1241kg+800kg （工作臺(tái)重量+工件重量） g=9.8m/sec2(重力加速度)I=1 (電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比)Fw=×W ×g = 0.1×2041×9.8 2000 N(摩擦阻力) 運(yùn)轉(zhuǎn)方式軸向載荷Fa=F+Fw （N）進(jìn)給速度(mm/min) 工作時(shí)間比例無切削F1=2000V1=14000q1=15輕切削F2=4000V2=1000q2=25普通切削F3=7000V3=600q3=50重切削F4=11000V4=120q4=10Fa - 軸向載荷 （N） F - 切削阻力 （N） Fw - 摩擦阻力 （

3、N）從已知條件得絲杠編號(hào)：    此設(shè)計(jì)絲杠副對剛度及失位都有所要求，所以螺母選形為：FDG（法蘭式雙螺磨制絲杠）    從定位精度得出精度精度不得小于P5級(jí)絲杠    FDG_-_X_R-_-P5-1600X_計(jì)算選定編號(hào)    導(dǎo)程 = 14000/180007.7mm  在此為了安全性考慮：Pho =10(mm) 運(yùn)轉(zhuǎn)方式進(jìn)給速度(mm/min) 進(jìn)給轉(zhuǎn)速(r/min) 無切削V1=14000n1=1400輕切削V2=1

4、000n2=100普通切削V3=600n2=60重切削V4=120n2=12    平均轉(zhuǎn)速     平均載荷    時(shí)間壽命與回轉(zhuǎn)壽命=24000×266×60=383040000轉(zhuǎn)次    額定動(dòng)載荷    以普通運(yùn)動(dòng)時(shí)確定fw取 1.4得：額定動(dòng)載荷 Ca39673N以Ca值從FDG系列表及（絲杠直徑和導(dǎo)程、絲杠長度表） 中查出適合的類型為：公稱直徑： d0=40mm 絲杠底徑： d0=33.9mm

5、導(dǎo)程：Pho=10mm 循環(huán)圈數(shù)：4.5額定動(dòng)載荷為：48244N。絲杠編號(hào)： FDG 40 × 10R - P5 - 4.5 - 1600 × _    預(yù)緊載荷Fao = Fmax/3=11000/3 3666 N    絲杠螺紋長度Lu=L1-2Le L1=Lu+2Le=1200+2×40=1280mm絲杠螺紋長度不得小于1280mm加上螺母總長一半84mm(從系列表中查出螺母總長168mm)。得絲杠螺紋長度 1364m。在此取絲杠螺紋長度 L1=1400mm則軸承之間的距離Ls

6、=1400mm絲杠編號(hào)： FDG - 10R - P5 - 4.5 - 1600 × 1400絲杠公稱直徑公稱直徑由允許工作轉(zhuǎn)速與工作容許軸向載荷來推算得出。臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速：nkper0.8×nk nk nkper/0.8以安裝形式確定fnk 取18.9?？芍z杠螺母底徑大于ø 13.7    當(dāng)Pho=10(mm)、最高轉(zhuǎn)速達(dá)到1400（r/min） 時(shí)，系列表中適合的公稱直徑d032mm 。    上述由額定動(dòng)載荷Ca 求得的公稱直徑 d0=40mm>32 ，滿足條件

7、，否則公稱直徑還應(yīng)加大。絲杠編號(hào)： FDG 40 × 10R P5 - 4.5 - 1600 × 1400滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)剛度    初始條件：失位量 = 0.045mm。    滾珠絲杠系統(tǒng)之間各元部件（絲杠、螺母、支承軸承），在此設(shè)為：0.04mm。此時(shí)滾珠絲杠系統(tǒng)各元部件單邊彈性變形量為：0.02mm。 此時(shí)為無切削運(yùn)動(dòng)時(shí)的軸向載荷2000N。    絲杠剛度    當(dāng)Ls1=Lk，Rs 為最小，一般情況下計(jì)算

8、最小剛度值。 = Fa/Rs =2000/17611.4m     螺母剛度    在此預(yù)緊載荷為額定動(dòng)載荷的10%，螺母剛度從表中查出 R=2128N/m    從表中查出額定動(dòng)載荷Ca=48244N,在此取0.1nu=Fa/Rnu=2000/1554 1.3m    支承剛度    支承軸承剛度RaL可從軸承生產(chǎn)廠產(chǎn)品樣本中的查出。在此RaL=1020N/mRaL=Fa/aLaL=Fa/RaL

9、= 2000/1020 2m    軸向總剛度1/Rtot = 1/Rs + 1/Rnu + 1/RaL=1/176 + 1/1554 + 1/10201/138 Rtot137 N/m        總彈性變形量(單邊)tot = s + nu + aL=11.4+1.3+2=14.7m 20m，合格。    從絲杠軸向總剛度的問題上來講，絲杠的剛度有時(shí)比螺母的剛度重要，最佳提升剛性的方法是提高絲杠的剛度，而不是在螺母上施加太重的預(yù)緊

10、載荷(預(yù)緊載荷最高為額定動(dòng)載荷的10%)，如果將絲杠的安裝方式改為（固定-固定）式，軸向總剛度的最小剛度Rtot305N/m 、總彈性變形量(單邊)s=6.7m 。電機(jī)的選定    驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩     Fa為無切削軸向載荷2000N。    Fa為輕切削軸向載荷4000N。    Fa為普通切削軸向載荷7000N。    Fa為重切削軸向載荷11000N。   

11、0;由預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩    在此 Kp 取 0.18    在精確設(shè)計(jì)中要考慮各方面的轉(zhuǎn)矩(如：加速度時(shí)之負(fù)載轉(zhuǎn)矩及馬達(dá)所負(fù)荷的總慣性矩等)。 I = 1 （電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比）    平均速度時(shí)最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mt1=Mta+Mte=19.5+1.421Nm在此馬達(dá)轉(zhuǎn)速最高設(shè)計(jì)為1500r/min    電機(jī)的選定時(shí)，一般來說以平均速度時(shí)的 Mt1 在電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的30%以內(nèi)情況下使用。檢校   

12、60;絲杠理論容許軸向載荷    以安裝形式確定fFk 取20.4Fk=fFk × d24/Lk2 ×104 =20.4×33.92/1200×104 187097 N    絲杠工作容許軸向載荷Fkzul = Fk/2 =187097/293549N最大軸向載荷小于絲杠工作容許軸向載荷，合格。    臨界轉(zhuǎn)速     以安裝形式確定取18.9nk=fnk× d2/Ln2 ×1

13、07 =18.9×33.9/12002×1074449 r/min    允許工作轉(zhuǎn)速 nkper 0.8 × nk =0.8 × 4449 3559 r/min 最大運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速小于允許工作轉(zhuǎn)速，合格。 勻速運(yùn)行，非精確計(jì)算可以套用以下公式：Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1） 式中 Ta：驅(qū)動(dòng)扭矩kgf.mm； Fa：軸向負(fù)載N（Fa=F+mg， F：絲杠的軸向切削力N，：導(dǎo)向件的綜合摩擦系數(shù)，m：移動(dòng)物體重量(工作臺(tái)+工件)kg，g:9.8 ）； I：絲杠導(dǎo)程mm； n1：進(jìn)給絲杠的正效率。計(jì)算舉例：假設(shè)工

14、況：水平使用，伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，2005滾珠絲杠傳動(dòng)，25滾珠直線導(dǎo)軌承重和導(dǎo)向，理想安裝，垂直均勻負(fù)載1000kg，求電機(jī)功率：Fa=F+mg，設(shè)切削力不考慮，設(shè)綜合摩擦系數(shù)=0.1，得Fa=0.1*1000*9.8=980N；Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1），設(shè)n1=0.94，得Ta=980*5/5.9032830N.mm=0.83N.M根據(jù)這個(gè)得數(shù)，可以選擇電機(jī)功率。以臺(tái)灣產(chǎn)某品牌伺服為例，查樣本得知，額定扭矩大于0.83N.M的伺服電機(jī)是400W。（200W是0.64N.M，小了。400W額定1.27N.M，是所需理論扭矩的1.5倍，滿足要求）當(dāng)然咯，端部安裝部分和滾珠絲杠螺

15、母預(yù)壓以及潤滑不良會(huì)對系統(tǒng)產(chǎn)生靜態(tài)扭矩，也稱初始扭矩，實(shí)際選擇是需要考慮的。另外，導(dǎo)向件的摩擦系數(shù)不能單計(jì)理論值，比如采用滾珠導(dǎo)軌，多套裝配后的總摩擦系數(shù)一定大于樣本參數(shù)。而且，該結(jié)果僅考慮驅(qū)動(dòng)這個(gè)靜止的負(fù)載，如果是機(jī)床工作臺(tái)等設(shè)備，還要考慮各向切削力的影響。若考慮加速情況，較為詳細(xì)的計(jì)算可以參考以下公式（個(gè)人整理修正的，希望業(yè)內(nèi)朋友指點(diǎn)）：水平使用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)扭矩及電機(jī)功率計(jì)算：實(shí)際驅(qū)動(dòng)扭矩：T=(T1+T2)*eT：實(shí)際驅(qū)動(dòng)扭矩；T1：等速時(shí)的扭矩；T2：加速時(shí)的扭矩；e：裕量系數(shù)。等速時(shí)的驅(qū)動(dòng)扭矩：T1=（Fa*I）/（2*3.14*n1）T1：等速驅(qū)動(dòng)扭矩kgf.mm； Fa：軸向負(fù)載

16、N【Fa=F+mg， F：絲杠的軸向切削力N，：導(dǎo)向件綜合摩擦系數(shù)，m：移動(dòng)物體重量(工作臺(tái)+工件)kg，g:9.8 】； I：絲杠導(dǎo)程mm； n1：進(jìn)給絲杠的正效率。加速時(shí)的驅(qū)動(dòng)扭矩：T2=T1+J*WT2:加速時(shí)的驅(qū)動(dòng)扭矩kgf.m; T1:等速時(shí)的驅(qū)動(dòng)扭矩kgf.m; J:對電機(jī)施加的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m²【J=Jm+Jg1+(N1/N2)²*Jg2+Js+m(1/2*3.14)²】W:電機(jī)的角加速度rad/s²Jm:電機(jī)的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m² Jg1:齒輪1的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m² Jg2:齒輪2的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m²Js:絲杠

17、的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m²（電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)可忽略Jg1 、Jg2）若采用普通感應(yīng)電機(jī)，功率根據(jù)以下公式計(jì)算：P=TN/9549P：功率；T：扭矩；N：轉(zhuǎn)速        修正說明：原“計(jì)算舉例”中綜合摩擦系數(shù)設(shè)定為0.01，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不合理（最開始扭矩結(jié)果應(yīng)是0.083N.M，算成0.83是我單位換算錯(cuò)誤），現(xiàn)將其修改為相對較合理的0.1。修改原因是滾珠導(dǎo)軌內(nèi)滾動(dòng)體的理論摩擦系數(shù)大約是0.0030.005，組裝后因?yàn)樵黾恿硕瞬糠缐m件和預(yù)壓的原因，摩擦系數(shù)大約為0.010.05，而多套多滑塊同時(shí)使用因安裝方面的影響，整體摩擦系數(shù)可能在0.10.2之間，這里選0.1應(yīng)該比較合理。應(yīng)注意，計(jì)算結(jié)果沒有考慮沖擊、震動(dòng)以及其他非常因素的影響，而且螺旋升角對推力的影響反應(yīng)似乎不夠合理，因此這個(gè)結(jié)果只供參考。同時(shí)，在此感謝“