丝杠螺母机构的选择与计算

丝杠螺母机构的选择与计算

5.2.1 确定滚珠丝杠副的导程 滚珠丝杠副的导程按下式计算：

P h ? V max nmax

式中 Ph—滚珠丝杠副的导程，（mm）； Vmax—工作台最高移动速度，（m/min）； nmax—电机最高转速，（r/min）； 由进给系统设计要求知： Vmax=2.5m/min

查阅《机械设计手册》[13]得：

步进电机110BF003的最高转速nmax=500r/min。 将数值代入上式(5-1)可得：Ph≥5mm。

故取Ph=S=6mm。

5.2.2 强度计算

动载强度计算

1）对于燕尾型导轨的牵引力计算

Fm=KFX+f(Fz+2FY+G)

取 K=1.4 f=0.2

考虑工作台在移动过程中只受G影响 故 Fm1=fG

=0.2×30×9.8 =58.8(N)

考虑工作台在加工时静止只受FX影响 故 Fm2= KFX

(5-1)

(5-2) (5-3)

(5-4)

=1.4×9.8×130 =1783.6(N)

故Fm= Fm1＋ Fm2=58.8N＋1783.6N=1842.4N 2）.计算最大动载荷 C 当转速

n?10rmin时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲

劳点蚀，因此要进行动载强度计算，其计算动载荷Cc(N)应小于或等于滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，即

Cc?3T'fdfHFeq?Fr (5-5) 式中 fd—动载荷系数； fH—硬度影响系数； Feq—当量动载荷，N；

Fr—滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，N； T'—寿命，以106r为一个单位。

60neqT?6T'??10N6 (5-6) 10

式中 T—使用寿命，h； N—循环次数；

neq—滚珠丝杠的当量转速，rmin。 取 T=15000h

neq?vmax2.5?1000??416.667r (5-7) mins6代入数据可得：

T'?60?416.667?15000?375 610取fd?1.2 取fH=1.0

当工作载荷单调连续或周期性单调连续变化时，则

.6?58.8?1208Feq?2Fmax?Fmin?2Fm2?Fm1?2?1783.667N (5-8)

333式中 Fmax、Fmin—最大和最小工作载荷，N。 所以 计算可得：

Cc?3375?1.2?1.0?1208.667?10.5KN

查阅《机械设计手册》[7]选取CBM4006-5型滚珠丝杠副 （Ca?15.851KN?Cc），所以刚度满足要求。 3）静载强度计算

当转速n?10rmin时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式为滚珠接触面上产生较大塑性变形，影响正常工作。为此进行静载强度计算，最大计算静载荷为：

.6?2140.32N （5-9） Foc?fdf'HFmax?1.2?1.0?1783

式中 f'H—硬度影响系数；

查《机械设计手册》[7]可得：CBM4006-5型滚珠丝杠副额定静载荷Coa?47985N?Foc，所以满足要求。滚珠丝杠螺母的主要参数如表5-1所示：

表5-1

滚珠丝杠螺母副的主要参数 滚珠丝杠副型号 公称直径 CBM4006-5 d0?40mm 导程 钢球直径

丝杠外径 螺纹底径 额定动载荷 额定静载荷 接触刚度 Ph?6mm Dw?3.969mm d?39.5mm d1?35.1mm Ca?15851N C0a?47985N R??1131Nm 5.2.3 螺母选择

由于数控机床对滚珠丝杠副的刚度有较高要求，故选择螺母时要注重其刚度的保证。推荐按高刚度要求选择预载的螺母型式。其中插管式外循环的端法兰双螺母应用最为广泛。它适用重载荷传动、高速驱动及精密定位系统。并在大导程、小导程和多头螺纹中具有独特优点，且较为经济。

① 滚珠的工作圈数i和列数j。根据所要求性能、工作寿命，推荐按表5-2选取。

表5-2

要求特性 滚珠循环流畅 刚性 插管式(i×j) 1.5×2 1.5×3 2.5×1 2.5×2 2.5×3 ② 法兰形状。按安装空间由标准形状选择，亦可根据需要制成特殊法兰形状。 (3) 导程精度选择

根据机床定位精度，确定滚珠丝杠副导程的精度等级。一般情况下，推荐按下式估算：

E≤(0.25～0.6)TD

式中：E——累计代表导程偏差，μm;

TD——机床有效行程的定位精度，μm。

5.3 动力计算

传动件转动惯量的计算 5.3.1齿轮转动惯量的计算

1）传动比的计算

2）初步分配传动比

按获得最小转动惯量的原则分配传动比

i=i1i2 i2=

i??s0.75?6??2.5360?360?0.005i12

得 i1=1.52 i2=1.64 3）初步估计齿轮

模数m=1.25 小齿轮Z1=27

大齿轮 Z2?i1Z1?1.52?27?41

b1?17mm b2?20mm

d1?mz1?1.25?27?33.75mm d2?mz2?1.25?41?51.25mm

?1?d1?d233.75?51.25??42.5mm 22小齿轮Z3?30

大齿轮Z4?i2Z3?1.64?30?49

b3?26mm b4?28mm

d3?mZ3?1.25?30?37.5mm d4?mZ4?1.25?49?61.25mm

?2?d3?d437.5?61.25??49.375mm 22

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