佛山tbi滾珠絲杠選型計算舉例.doc

安昂傳動10傳動世界佛山tbi滾珠絲杠選型計算舉例選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動系統(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設計后絲杠總長 = 1600mm最大行程 = 1200mm工作臺最高移動速度 Vman = 14（m/min）壽命定為 Lh = 24000工作小時。= 0.1 （摩擦系數(shù)）電機最高轉(zhuǎn)速 nmax = 1800 （r/min）定位精度：最大行程內(nèi)行程誤差 = 0.035mm300mm行程內(nèi)行程誤差 = 0.02mm失位量 = 0.045mm 支承方式為(固定支承)W = 1241kg+800kg （工作臺重量+工件重量） g=9.8m/sec2(重力加速度)I=1 (電機至絲杠的傳動比)Fw=W g = 0.120419.8 2000 N(摩擦阻力) 運轉(zhuǎn)方式軸向載荷Fa=F+Fw （N）進給速度(mm/min) 工作時間比例無切削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 （N）從已知條件得絲杠編號：此設計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級絲杠FDG_-_X_R-_-P5-1600X_計算選定編號 導程 = 14000/180007.7mm在此為了安全性考慮：Pho =10(mm) 運轉(zhuǎn)方式進給速度(mm/min) 進給轉(zhuǎn)速(r/min) 無切削V1=14000n1=1400輕切削V2=1000n2=100普通切削V3=600n2=60重切削V4=120n2=12 平均轉(zhuǎn)速 平均載荷 時間壽命與回轉(zhuǎn)壽命=2400026660=383040000轉(zhuǎn)次額定動載荷以普通運動時確定fw取 1.4得：額定動載荷 Ca39673N以Ca值從FDG系列表及（絲杠直徑和導程、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 導程：Pho=10mm 循環(huán)圈數(shù)：4.5額定動載荷為：48244N。絲杠編號： FDG 40 10R - P5 - 4.5 - 1600 _預緊載荷Fao = Fmax/3=11000/3 3666 N絲杠螺紋長度Lu=L1-2Le L1=Lu+2Le=1200+240=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=1400mm絲杠編號： 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：nkper0.8nk nk nkper/0.8以安裝形式確定fnk 取18.9?？芍z杠螺母底徑大于 13.7當Pho=10(mm)、最高轉(zhuǎn)速達到1400（r/min） 時，系列表中適合的公稱直徑d032mm 。上述由額定動載荷Ca 求得的公稱直徑 d0=40mm32 ，滿足條件，否則公稱直徑還應加大。絲杠編號： FDG 40 10R P5 - 4.5 - 1600 1400滾珠絲杠傳動系統(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），在此設為：0.04mm。此時滾珠絲杠系統(tǒng)各元部件單邊彈性變形量為：0.02mm。 此時為無切削運動時的軸向載荷2000N。絲杠剛度當Ls1=Lk，Rs 為最小，一般情況下計算最小剛度值。 = Fa/Rs =2000/17611.4m 螺母剛度在此預緊載荷為額定動載荷的10%，螺母剛度從表中查出 R=2128N/m從表中查出額定動載荷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= 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緊載荷(預緊載荷最高為額定動載荷的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 。電機的選定驅(qū)動轉(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。由預加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩在此 Kp 取 0.18在精確設計中要考慮各方面的轉(zhuǎn)矩(如：加速度時之負載轉(zhuǎn)矩及馬達所負荷的總慣性矩等)。 I = 1 （電機至絲杠的傳動比）平均速度時最大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Mt1=Mta+Mte=19.5+1.421Nm在此馬達轉(zhuǎn)速最高設計為1500r/min電機的選定時，一般來說以平均速度時的 Mt1 在電機額定轉(zhuǎn)矩的30%以內(nèi)情況下使用。檢校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 =20.433.92/1200104 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 107 =18.933.9/120021074449 r/min允許工作轉(zhuǎn)速 nkper 0.8 nk =0.8 4449 3559 r/min 最大運動轉(zhuǎn)速小于允許工作轉(zhuǎn)速，合格。 勻速運行，非精確計算可以套用以下公式：Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1） 式中 Ta：驅(qū)動扭矩kgf.mm； Fa：軸向負載N（Fa=F+mg， F：絲杠的軸向切削力N，：導向件的綜合摩擦系數(shù)，m：移動物體重量(工作臺+工件)kg，g:9.8 ）； I：絲杠導程mm； n1：進給絲杠的正效率。計算舉例：假設工況：水平使用，伺服電機直接驅(qū)動，2005滾珠絲杠傳動，25滾珠直線導軌承重和導向，理想安裝，垂直均勻負載1000kg，求電機功率：Fa=F+mg，設切削力不考慮，設綜合摩擦系數(shù)=0.1，得Fa=0.1*1000*9.8=980N；Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1），設n1=0.94，得Ta=980*5/5.9032830N.mm=0.83N.M根據(jù)這個得數(shù)，可以選擇電機功率。以臺灣產(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）當然咯，端部安裝部分和滾珠絲杠螺母預壓以及潤滑不良會對系統(tǒng)產(chǎn)生靜態(tài)扭矩，也稱初始扭矩，實際選擇是需要考慮的。另外，導向件的摩擦系數(shù)不能單計理論值，比如采用滾珠導軌，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)動這個靜止的負載，如果是機床工作臺等設備，還要考慮各向切削力的影響。若考慮加速情況，較為詳細的計算可以參考以下公式（個人整理修正的，希望業(yè)內(nèi)朋友指點）：水平使用滾珠絲杠驅(qū)動扭矩及電機功率計算：實際驅(qū)動扭矩：T=(T1+T2)*eT：實際驅(qū)動扭矩；T1：等速時的扭矩；T2：加速時的扭矩；e：裕量系數(shù)。等速時的驅(qū)動扭矩：T1=（Fa*I）/（2*3.14*n1）T1：等速驅(qū)動扭矩kgf.mm； Fa：軸向負載N【Fa=F+mg， F：絲杠的軸向切削力N，：導向件綜合摩擦系數(shù)，m：移動物體重量(工作臺+工件)kg，g:9.8 】； I：絲杠導程mm； n1：進給絲杠的正效率。加速時的驅(qū)動扭矩：T2=T1+J*WT2:加速時的驅(qū)動扭矩kgf.m; T1:等速時的驅(qū)動扭矩kgf.m; J:對電機施加的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m【J=Jm+Jg1+(N1/N2)*Jg2+Js+m(1/2*3.14)】W:電機的角加速度rad/s;Jm:電機的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m; Jg1:齒輪1的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m; Jg2:齒輪2的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m;Js:絲杠的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m（電機直接驅(qū)動可忽略Jg1 、Jg2）若采用普通感應電機，功率根據(jù)以下公式計算：P=TN/9549P：功率；T：扭矩；N：轉(zhuǎn)速 修正說明：原“計算舉例”中綜合摩擦系數(shù)設定為0.01，導致計算結(jié)果不合理（最開始扭矩結(jié)果應是0.083N.M，算成0.83是我單位換算錯誤），現(xiàn)將其修改為相對較合理的0.1。修改原因是滾珠導軌內(nèi)滾動體的理論摩擦系數(shù)大約是0.0030.005，組裝后因為增加了端部防塵件和預壓的原因，摩擦系數(shù)大約為0.010.05，而多套多滑塊同時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應該比較合理。應注意，計算結(jié)果沒有考慮沖擊、震動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似乎不夠合理，因此這個結(jié)果只供參考。同時，在此感謝“溫暖海洋”和“茄子”網(wǎng)友提出的指導性意見，特別是“溫暖海洋”網(wǎng)友指出了我計算過程中單位換算的錯誤，非常感謝！設計計算舉例已知條件