发布时间 : 星期一 文章数控车床X-Z轴工作台机械结构设计及控制电路设计更新完毕开始阅读0277b9166c175f0e7dd13704
第一章 滚珠丝杠副的选择
1.1 滚珠丝杠副的特点
1.传动效率高 效率高达90%~95%,耗费的能量仅为滑动丝杠的1/3。
2.运动具有可逆性 即可将回转运动变为直线运动,又可将直线运动变为回转运动,且逆传动效率几乎与正传动效率相同。
3.系统刚度好 通过给螺母组件内施加预压来获得较高的系统刚度,可满足各种机械传动要求,无爬行现象,始终保持运动的平稳性和灵敏性。
4.传动精度高 经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠副本身就具有和高的制造精度,又由于摩擦小,丝杆副工作时温升和热变形小,容易获得较高的传动精度。
5.使用寿命长 滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动,磨损极小,长期使用后仍能保持其精度,因而寿命长,且具有很高的可靠性。其寿命一般比滑动丝杠高5~6倍。
6.不能自锁 特别是垂直安装的丝杠，当运动停止后，螺母将在重力作用下下滑，故常需设置制动装置。
7.制造工艺复杂 滚珠丝杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。
由于滚珠丝杠副独特的性能而受到极高的评价,因而已成为数控机床,精密机械,各种省力机械设备及各种机电一体化产品中不可缺少的传动机构。
1.2 滚珠丝杠副的设计计算
最大快速进给速度6m/min,最大加工速度2.5m/min。 设导程p=5，则
nmax??1000?6?/5?1200 nmin??1000?2.5?/5?500 摩擦当量fg?0.05，则
f??0.05?280?10?140N
假设机床加工工件时间占用使用时间的90%，快速进给占用10% 则Fm?36403??500/570??0.9?1403??1200/570??0.1?674N
?CaFtFnFaFk根据Ln?106/?60nm????F?Fw?m????? ?1060.53??C40000???a??
60?1200?6741.3?得Ca??23525N
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?CaFtFnFaFk在Ln?106/?60nm????F?Fw?m?????式中 ?ft为温度系数，查表1-1得ft＝1；fh为硬度系数，查表1-2得 fh＝1.0； ； fa为精度系数，查表1-3得fa＝1.0（丝杠精度为1～3级）
fw为负荷性质系数，查表1-4得fw＝1.3；
。 fk为可靠性系数，查表1-5得fk＝0.53（可靠性为90%）
表1-1 温度系数ft
工作温度??C? ft 125 0.95 150 0.90 175 0.85 200 0.80 225 0.75 250 0.70 300 0.60 表1-2 硬度系数fh
硬度（HRC） 动负荷硬度影响系数fh 静负荷硬度影响系数fh' ?58 1.0 1.0 55 1.11 1.11 52.5 1.35 1.40 50 1.56 1.67 47.5 1.92 2.1 45 2.4 2.65 40 3.85 4.5 表1-3精度系数
fa
7 0.8 10 0.7 精度等级 fa 1、2、3 1.0 4、5 0.9 表1-4 负荷性质系数fw
负荷性质 无冲击平稳运转 1~1.2 一般运转 1.2~1.5 有冲击和振动运动 1.5~2.5 fw 表1-5 可靠性系数fk
可靠度(%) 90 1.00 95 0.62 96 0.53 97 .44 98 .33 99 0.21 fk
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根据Ca?选择滚珠丝杠副 假设选用FC1型号,按滚珠丝杠副的额定动载荷Ca 等于或稍大于Ca?的原则,查表2-9选以下型号规格
FC1-6308-3 Ca=29715
公称直径D0?50 导程P=8mm 螺旋角??3?38' 滚珠直径d0?3.175mm 按FC1-6308-3的相关尺寸计算
滚道半径 R=0..52d0=0.52?3.175=1.651mm 偏心距e?0.07(R?d03.175)?0.07(1.651?)?0.0044mm 22丝杠内径d1?D0?2e?2R?25?2?0.0044?2?1.651?21.71mm
稳定性验算
（1）由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数。
?2EIa丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷Fcr? 2(?l)其中 E=206Gpa L=0.3m Ia??d1464??0.02171464?1.09?10?8m4
?2206?109?1.09?10?82?5.53?105N 取?? 则Fcr?23(?0.3)23Fcr5.53?105安全系数S???368.98 3Fm1.5?10查表2-10 [S]=2.5-3.3 S>[S] 丝杠是安全的，不会失稳。
（2）高速长丝杠工作时可能发生共振，因此需验算其不会发生共振的最高转速----临界转速ncr,要求丝杠的最大转速nmax?ncr
fc2d13.92720.02821ncr?9910?9910?8293328r/min
2(?l)22(?0.3)3nmax?ncr 所以丝杠不会发生共振。
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（3）此外滚珠丝杠副还受D0n值的限制,通常要求
D0n?7?104mm?r/minD0n?25?120mm?r/min?3?10mm?r/min?7?10mm?r/min34
刚度验算
滚珠丝杠在工作负载F(N)和转矩T(N·m)共同作用下引起每个导程的变形量
?L0(m)为
pFp2T ?L0???EA2?GJC11式中,A为丝杠截面积,A=?d12(m2);JC为丝杠的极惯性矩, JC??d14(m4);G为丝杠
432切变模量,对钢G=83.3GP a;T(N·m)为转矩。
DT?Fm0tan(???)
2式中, ?为摩擦角,其正切函数值为摩擦系数； Fm为平均工作载荷.取摩擦系数为
tan??0.0025,则得??8?40??
T?150025?10?3tan(3?38'?8?40??)Nm?1.25Nm 2按最不利的情况取(F=Fm)
?L0?pFp2T4pF16p2T4?5?1500?10316?(5?10?3)21.25??????9.84?10?2?m 22492294EA2?GJC?Ed1?Gd13.14?206?10?0.021713.14?83.3?10?0.02171则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为
?L09.84?10?2?L?l?0.3?m?5.9?m ?3p5?10通常要求丝杠的导程误差小于其传动精度的1/2，即 11?L????0.02?0.01mm?10?m
22该丝杠的?L满足上式,所以其刚度可满足要求。
效率验算
tan?tan3?38'????0.947 '???tan(???)tan(3?38?840)?要求在90%---95%之间,所以该丝杠副合格。
经上述计算验证,FC1-6308-3各项性能均符合题目要求,可选用。
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