计算举例   选取的滚珠丝杠转动系统为: 磨制丝杠(右旋) 轴承到螺母间距离(临界长度) ln = 1200mm 固定端轴承到螺母间距离 Lk = 1200mm 设计后丝杠总长 = 1600mm 最大行程 = 1200mm 工作台最高移动速度 Vman = 14(m/min) 寿命定为 Lh = 24000工作小时。 μ= 0.1 (摩擦系数) 电机最高转速 nmax = 1800 (r/min) 定位精度: 最大行程内行程误差 = 0.035mm 300mm行程内行程误差 = 0.02mm 失位量 = 0.045mm 支承方式为(固定—支承) W = 1241kg+800kg (工作台重量+工件重量) g=9.8m/sec2(重力加速度) I=1 (电机至丝杠的传动比) Fw=μ×W ×g = 0.1×2041×9.8 ≈ 2000 N(摩擦阻力) | 运转方式 | 轴向载荷 Fa=F+Fw (N) | 进给速度 (mm/min) | 工作时间比例 | | 无切削 | F1=2000 | V1=14000 | q1=15 | | 轻切削 | F2=4000 | V2=1000 | q2=25 | | 普通切削 | F3=7000 | V3=600 | q3=50 | | 重切削 | F4=11000 | V4=120 | q4=10 | Fa --- 轴向载荷 (N) F --- 切削阻力 (N) Fw --- 摩擦阻力 (N) 从已知条件得丝杠编号: 此设计丝杠副对刚度及失位都有所要求,所以螺母选形为:FDG(法兰式双螺磨制丝杠) 从定位精度得出精度精度不得小于P5级丝杠 FDG_-_X_R-_-P5-1600X____ 计算选定编号 导程  = 14000/18000≈7.7mm 在此为了安全性考虑:Pho =10(mm) | 运转方式 | 进给速度 (mm/min) | 进给转速 (r/min) | | 无切削 | V1=14000 | n1=1400 | | 轻切削 | V2=1000 | n2=100 | | 普通切削 | V3=600 | n2=60 | | 重切削 | V4=120 | n2=12 | 平均转速  平均载荷  时间寿命与回转寿命 |  =24000×266×60 =383040000转次 | 额定动载荷 以普通运动时确定fw取 1.4  得:额定动载荷 Ca≥39673N 以Ca值从FDG系列表及(丝杠直径和导程、丝杠长度表) 中查出适合的类型为: 公称直径: d0=40mm 丝杠底径: d0=33.9mm 导程:Pho=10mm 循环圈数:4.5 额定动载荷为:48244N。 丝杠编号: FDG 40 × 10R - P5 - 4.5 - 1600 × ____ 预紧载荷 Fao = Fmax/3=11000/3 ≈ 3666 N 丝杠螺纹长度 Lu=L1-2Le L1=Lu+2Le =1200+2×40=1280mm 丝杠螺纹长度不得小于1280mm加上螺母总长一半84mm(从系列表中查出螺母总长168mm)。 得丝杠螺纹长度 ≥ 1364m。 在此取丝杠螺纹长度 L1=1400mm 则轴承之间的距离Ls=1400mm 丝杠编号: FDG - 10R - P5 - 4.5 - 1600 × 1400 丝杠公称直径 公称直径由允许工作转速与工作容许轴向载荷来推算得出。 临界转速及允许工作转速: nkper≤0.8×nk nk ≥ nkper/0.8 以安装形式确定fnk 取18.9。 可知丝杠螺母底径大于ø 13.7 当Pho=10(mm)、最高转速达到1400(r/min) 时,系列表中适合的公称直径d0≥32mm 。 上述由额定动载荷Ca 求得的公称直径 d0=40mm>32 ,满足条件,否则公称直径还应加大。 丝杠编号: FDG 40 × 10R – P5 - 4.5 - 1600 × 1400 滚珠丝杠传动系统刚度 初始条件:失位量 = 0.045mm。 滚珠丝杠系统之间各元部件(丝杠、螺母、支承轴承),在此设为:0.04mm。 此时滚珠丝杠系统各元部件单边弹性变形量为:0.02mm。 此时为无切削运动时的轴向载荷2000N。 丝杠刚度 当Ls1=Lk,Rs 为最小,一般情况下计算最小刚度值。 δ = Fa/Rs =2000/176≈11.4μm | 螺母刚度 在此预紧载荷为额定动载荷的10%,螺母刚度从表中查出 R=2128N/μm 从表中查出额定动载荷Ca=48244N,在此ε取0.1.  δnu=Fa/Rnu =2000/1554 ≈1.3μm | 支承刚度 支承轴承刚度RaL可从轴承生产厂产品样本中的查出。 在此RaL=1020N/μm RaL=Fa/δaL δaL=Fa/RaL = 2000/1020 ≈ 2μm 轴向总刚度 1/Rtot = 1/Rs + 1/Rnu + 1/RaL =1/176 + 1/1554 + 1/1020 ≈1/138 Rtot≈137 N/μm 总弹性变形量(单边) δtot = δs + δnu + δaL =11.4+1.3+2 =14.7μm ≤ 20μm,合格。 从丝杠轴向总刚度的问题上来讲,丝杠的刚度有时比螺母的刚度重要,最佳提升刚性的方法是提高丝杠的刚度,而不是在螺母上施加太重的预紧载荷(预紧载荷最高为额定动载荷的10%),如果将丝杠的安装方式改为(固定-固定)式,轴向总刚度的最小刚度Rtot≈305N/μm 、总弹性变形量(单边)δs=6.7μm 。 电机的选定 驱动转矩 Fa为无切削轴向载荷2000N。  Fa为轻切削轴向载荷4000N。  Fa为普通切削轴向载荷7000N。  Fa为重切削轴向载荷11000N。  由预加载荷而产生的转矩 在此 Kp 取 0.18  在精确设计中要考虑各方面的转矩(如:加速度时之负载转矩及马达所负荷的总惯性矩等)。 I = 1 (电机至丝杠的传动比) 平均速度时最大驱动转矩 Mt1=Mta+Mte=19.5+1.4≈21Nm 在此马达转速最高设计为1500r/min 电机的选定时,一般来说以平均速度时的 Mt1 在电机额定转矩的30%以内情况下使用。 检校 丝杠理论容许轴向载荷 以安装形式确定fFk 取20.4 Fk=fFk × d24/Lk2 ×104 =20.4×33.92/1200×104 ≈187097 N 丝杠工作容许轴向载荷 Fkzul = Fk/2 =187097/2≈93549N 最大轴向载荷小于丝杠工作容许轴向载荷,合格。 临界转速 以安装形式确定取18.9 nk=fnk× d2/Ln2 ×107 =18.9×33.9/12002×107≈4449 r/min 允许工作转速 nkper ≤ 0.8 × nk =0.8 × 4449 ≈ 3559 r/min 最大运动转速小于允许工作转速,合格。 |