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        滚珠丝杠副的设计计算文献

        某台加工中心台进给用滚珠丝杠副的设计计算:

           已知: 工作台重量   W1=5000N   工作及夹具最大重量W2=3000N    工作台最大行程 LK=1000mm    工作台导轨的摩擦系数:动摩擦系数μ=0.1    静摩擦系数μ0=0.2    快速进给速度   Vmax=15m/min   定位精度20 μm/300mm    全行程25μm   重复定位精度10μm    要求寿命20000小时(两班制工作十年)。

        表1

        1)确定滚珠丝杠副的导程

        因电机与丝杠直联,i=1

        由表1查得

        代入得,

        按第2页表,取

          

        2)确定当量转速与当量载荷

        (1) 各种切削方式下,丝杠转速

            

            由表1查得

            

           代入得

            

        (1)各种切削方式下,丝杠轴向载荷

        由表1查得

             

        代入得

        (3)当量转速

        由表1查得

        代入得

        (2)当量载荷

        代入得

        3)预期额定动载荷

        (1) 按预期工作时间估算

        按表9查得:轻微冲击取 fw=1.3

        按表7查得:1~3取

        按表8查得:可靠性97%取fc=0.44

        已知:Lh=20000小时

        代入得

        (2)拟采用预紧滚珠丝杠副,按最大负载Fmax计算:

        按表10查得:中预载取 Fe=4.5

        代入得

        取以上两种结果的最大值

        4)确定允许的最小螺纹底径

        (1) 估算丝杠允许的最大轴向变形量

        ≤(1/3~1/4)重复定位精度

        ≤(1/4~1/5)定位精度

           : 最大轴向变形量    µm

        已知:重复定位精度10µm, 定位精度25µm

            ① =3

            ② =6

        取两种结果的小值 =3µm

        (2)估算最小螺纹底径

           丝杠要求预拉伸,取两端固定的支承形式

           (1.1~1.2)行程+(10~14)

        已知:行程为1000mm,

        代入得

        5)确定滚珠丝杠副的规格代号

        (1)选内循环浮动式法兰,直筒双螺母型垫片预形式

        (2) 由计算出的在样本中取相应规格的滚珠丝杠副

        FFZD4010-3

        6) 确定滚珠丝杠副预紧力

           

        其中

        7)行程补偿值与与拉伸力

        (1)        行程补偿值

           

        式中:

        =(2~4)

        (2) 预拉伸力

        代入得

        8)确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格

        (1) 轴承所承受的最大轴向载荷

            

        代入得

            

        (2)轴承类型

        两端固定的支承形式,选背对背60°角接触推力球轴承

        (3) 轴承内径

           d 略小于

        代入得

          

        (4)轴承预紧力

        预加负荷≥

        (5)按样本选轴承型号规格

             当d=30mm   预加负荷为:≥FBP

               所以选7602030TVP轴承

                   d=30mm

        预加负荷为

        9 )   滚珠丝杠副工作图设计

        (1) 丝杠螺纹长度Ls

        Ls=Lu+2Le   由表二查得余程Le=40

        绘制工作图

        (2)两固定支承距离L1

        按样本查出螺母安装联接尺寸

        丝杠全长L

        (3)行程起点离固定支承距离L0

        由工作图得

        Ls=1290

        L1=1350

        L=1410

        L0=30

        10 ) 电机选择(略)

        11 ) 传动系统刚度

        (1)丝杠抗压刚度

            1)丝杠最小抗压刚度

         

        Ksmin :最小抗压刚度     N/m

        d2   :丝杠底径

        L1    :固定支承距离

        Ksmin=575 N/m

        2)丝杠最大抗压刚度

         

         

        Ksmax :最大抗压刚度     N/m

        Ksmax=6617 N/m

        (2) 支承轴承组合刚度

        1)一对预紧轴承的组合刚度

        KBO=2×2.34

        KBO:一对预紧轴承的组合刚度    N/m

        dQ   :滚珠直径    mm

        Z    :滚珠数

        Famax :最大轴向工作载荷   N

             :轴承接触角

        由样本查出7602030TUP轴承是预加载荷的3倍

        dQ=7.144       Z=17    =60

        Kamax=8700    N/m

        KBO=375    N/m

        2)支承轴承组合刚度

        由表13两端固定支承

        Kb=2 KBO

        Kb=750    N/m

        Kb   :支承轴承组合刚度   N/m

        3)滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度

        KC= KC(

        KC :滚珠和滚道的接触刚度    N/m

        KC :查样本上的刚度    N/m

        FP   :滚珠丝杠副预紧力    N

        Ca   :额定动载荷      N

        由样本查得:

        KC=1410 N/m;Ca=3600N;

        FP=1000    N

        得KC=920    N/m

        12)   刚度验算及精度选择

         

         

        已知W1=5000   N ,  =0.2

        F0=1000   N

        F0   :   静摩擦力      N

        :静摩擦系数

        W1   :正压力      N

        (2)验算传动系统刚度

        Kmin :传动系统刚度    N

        已知反向差值或重复定位精度为10

        Kmin=222>160

        (3)传动系统刚度变化引起的定位误差

        =1.7m

        (4)确定精度

            V300p   :任意300mm内的行程变动量对半闭环系统言,

           V300p≤0.8×定位精度-

        定位精度为20m/300

        V300p<14.3m

        丝杠精度取为3级

        V300p=12m<14.3

        (5) 确定滚珠丝杠副的规格代号

        已确定的型号:FFZD

        公称直径:40    导程:10

        螺纹长度:1290

        丝杠全长:1410

        P类3级精度

        FFZD4010-3-P3   /1410×1290

        13)   验算临界压缩载荷  

        Fc    :   N

        丝杠所受最大轴向载荷Fmax小于丝杠预拉伸力F不用验算。

        14 ) 验算临界转速

        nc=f×10

        nc   :    临界转速      n/min

        f    :与支承形式有关的系数

        :丝杠底径

           :临界转速计算长度     mm

        由表14得f=21.9

        由样本得d2=34.3

        由工作图及表14得:Lc2= L1- L0

        4310>nmax=1500

        15 ) 验算:

        Dn=Dpw nmax

        D pw :   滚珠丝杠副的节圆直径    mm

        nmax :   滚珠丝杠副最高转速    n/min

        Dpw≈41.4mm

        nmax=1500r/min

        62100<70000

        16)   滚珠丝杠副形位公差的标注   (略)

        表1: