滚珠丝杠的选型计算

随着机床及自动化行业的高速发展，滚珠丝杠的使用变得越来越广泛。许多机械工程师在对自己的设备所需要的滚珠丝杠选型时，面对丝杠资料上给的复杂的计算公式和繁杂选型步骤，感觉无从下手，不知道那些是需要重点考虑的关键点。为了使滚珠丝杠的选型步骤更为清晰简便，更既具备可操作性，我司结合多年来丝杠的选型经验，对丝杠的选型做了一些归纳、简化，让丝杠的选型选型更为简单明了。顺便对应的伺服电机的选型也做说明。

一、?确认使用条件：

1、被移动负载的质量：M(KG)

2、丝杠的安装方向：水平、垂直、倾斜；

3、沉重导轨的形式：线轨、平面导轨、

4、丝杠的行程：L(mm)

5、负载移动的速度：v (m/s)

6、负载需要的加速度：a(m/s^2)

7、丝杠的精度：C3到C7级

8、丝杠使用的环境：特殊环境需求的考虑。

二、简化计算选型：

举例，使用条件如下：

1、被移动负载重量：M=50kg

2、安装方向：垂直安装;

3、导轨形式：线性滑轨

4、速度：?v=0.2m/s

5、加速时间：t=0.1s

6、行程：1000mm；

7、精度：0.1mm?

三、计算过程：?

1、?计算加速度：a=v/t=0.2/0.1=2m/s^2(v：速度；t：加速时间)?

2、?计算丝杠的最大轴向力：F=Mgμ+Ma?+Mg(水平运动，去除Mg选型，M负载重量；g重力加速度9.8；μ：摩擦系数，平面导轨取值0.1，线轨取值：0.05；a加速度)?F=50*9.8*0.05+50*2+50*9.8=614.5N

根据丝杠的轴向推力：F=614.5N=62.7kgf；我们推荐将F乘以4~8之间的一个系数，对于使用平率低，可靠度要求不高的情况，我们推荐4倍系数，对于可靠度要求较高，我们推荐8倍的系数。?

根据举例：F*8=62.7*8=501.6kgf；查询丝杠的表格，SFI01604-4的丝杠，其动负荷是973kgf；?大于501.6kgf，所以SFI01604-4的丝杠可以满足要求；该型号表示，丝杠的公称直径为16mm；丝杠导程为4mm；?

3、?对于丝杠寿命有明确要求的选型，举例如下：?根据此前的举例，丝杠用20s做一次往返运动，停留10s在进行下一个循环。每天工作16小时，每年工作300天，设计寿命10年。则计算丝杠的转数寿命为：?L=1000/5*2*2*60*16*300*10?(1000是行程，5是导程，2是往返，2是每分钟2次，60是每小时60分钟，16是天工作16小时，300是每年工作300天，10是设计寿命10年。)?

1、?L=2304000000转，这是一个转数寿命，含义是，丝杠在这个转数范围内，能够保证运行精度。

2、?L/10^6=2304?

3、?13.2倍?4、?C/F=13.2，C=13.2*62.7=828kgf丝杠的动负荷大于

828kgf就可以满足要求。?所以，还是选择SFI01604-4的滚珠丝杠满足要求。?

四、校核临界转速：

根据上面的计算，直径16，导程5mm的丝杠能够满足我们的负载要求，但是丝杠使用中噪音是经常出现的一个故障，为了改善丝杠的噪音状况，我们要求校核丝杠的临界转速。?? 此前的案例，丝杠的行程为1000，则估算丝杠两端的支撑轴承的间距1200mm，1200为估计值，实际值可以以机械设计的安装位置为准。

临界转速：NC??NC=2,71*10^8*Mf*dr/Lt

丝杠根径：dr??约定于丝杠的工程直径减去丝杠的钢珠直径，单位：mm

安装系数：Mf??Mf=1?（固定+固定）???Mf=0.689?（固定+支撑）

Mf=0.157?（固定+自由）

轴承间距：Lt??单位：mm

原式=2.71*10^8*1*12.8/1200^2=2409rpm。

使用转速N=NC*0.8=2409*0.8=1927

根据负载移动速度：200mm/s的要求，四缸转速：200/5*60=2400rpm，所以，

SFI01604-4的丝杠不能满足要求。?

五、调整办法：

一、增加丝杠的直径dr使其达到速度要求为止；

二、增加丝杠导程，采用10mm导程的丝杠，则丝杠的使用转速为：200/10*60=1200rpm?可以满足要求。

六、特殊需求

举例是常规丝杠的简化选型过程，有的情况下，一些特殊的要求会改变丝杆的选型步骤，例如：丝杆需要表面特殊耐腐蚀处理，丝杆需要垂直提升时实现机械自锁，丝杆需要非常高的进给速度等等，这是后需要特殊情况具体分析。