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滚珠丝杠的选型计算

发布日期:2020-05-08 10:28:34浏览次数:95标签:

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。


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