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滾珠絲杠副的設(shè)計流程選用及應(yīng)用的探討

發(fā)表日期：2021-6-22  已經(jīng)有9位讀者讀過此文

使物體運動時,一般來講需要將動力產(chǎn)生的運動直接或通過其他機(jī)構(gòu)間接地傳達(dá)到最終運動部。當(dāng)今世界中,能代表機(jī)械的、有各種運動機(jī)構(gòu)的裝置,可以說無一不是具有某種形式的運動傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)。滾珠絲杠副是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動,或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的合理的產(chǎn)品。由于滾珠絲杠直接影響數(shù)控機(jī)床的精度、參數(shù)以及制造成本，因此在機(jī)床的設(shè)計中必須合理地選用滾珠絲杠副并進(jìn)行一系列的計算校核，其基本流程如圖。
　　1 滾珠絲杠的選用

　　 滾珠絲杠是一種精密、高效的傳動元件，它以其高速度、高剛性、可逆性、長壽命、同步性、高靈敏度、無間隙、維護(hù)簡單等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用在當(dāng)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)中，同時，滾珠絲杠的使用也是數(shù)控機(jī)床區(qū)別于普通機(jī)床的根本特征之一。由于滾珠絲杠直接影響數(shù)控機(jī)床的精度、參數(shù)以及制造成本，因此在機(jī)床的設(shè)計中必須合理地選用滾珠絲杠副并進(jìn)行一系列的計算校核，其基本流程如圖。

　　1.1導(dǎo)程精度的選擇

　　滾珠絲杠的精度直接影響數(shù)控機(jī)床的定位精度，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，其導(dǎo)程誤差對機(jī)床定位精度影響明顯。一般在初步設(shè)計時設(shè)定絲杠的任意300mm行程變動量V300P應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定位的定位精度值的l／3～1/2，在最后精度驗算中確定。滾珠絲杠分為7個精度等級，即1-7和10級，1級精度，依次遞減。

　　1.2 公稱型號的選擇

　　公稱型號主要是指絲杠的公稱直徑和導(dǎo)程。設(shè)計初始階段可根據(jù)機(jī)床的技術(shù)要求(主要包括負(fù)載、快移速度、伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速等)初步選擇滾珠絲杠型號，然后進(jìn)行計算校核，計算結(jié)果符合設(shè)計要求后才能最終定型。

　　1.3 支撐方式的選擇

　　數(shù)控機(jī)床設(shè)計中，滾珠絲杠的支撐方式通常選擇“固定一支撐"或者“固定-固定"。“固定-支撐"的支撐方式裝配相對方便、剛性較好、精度較高，主要應(yīng)用于中等轉(zhuǎn)速、較大行程、較重負(fù)載的環(huán)境下使用；“固定-固定"的支撐方式裝配相對困難、剛性好、精度高，常在高轉(zhuǎn)速、大行程、重承載的環(huán)境下使用。

　　2 絲杠的計算校核

　　2.1 允許軸向負(fù)荷的校核

　　(1)軸向載荷

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　　式中μ為導(dǎo)軌面的摩擦系數(shù)；m為運動部件的總質(zhì)量；f為導(dǎo)軌面的阻力(無負(fù)荷時);其中a=v/t，v為機(jī)床快移速度；t為系統(tǒng)反應(yīng)時間。

　　分別計算出去路加速時、去路等速時、去路減速時、回程加速時、回程等速時、回程減速時的軸向負(fù)荷，取值者為軸向負(fù)載。

　　(2)滾珠絲杠軸的壓曲負(fù)荷

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　　 式中η2為不同安裝方式的相關(guān)系數(shù)；d1-滾珠絲杠軸的溝槽直徑；La-安裝間距。

　　(3)滾珠絲杠軸的允許壓縮拉伸負(fù)荷

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　　 如計算結(jié)果P1>F1且P2>Fa，則可繼續(xù)進(jìn)行其它項目校核，否則重新選定滾珠絲杠型號進(jìn)行以上校核。

　　2.2 滾珠絲杠的允許轉(zhuǎn)速的計算

　　(1)滾珠絲杠轉(zhuǎn)速

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　　式中v為運動部件快移速度，m／min；s為絲杠導(dǎo)程。

　　(2)滾珠絲杠臨界轉(zhuǎn)速

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　　 式中： Lb安裝間距。

　　(3) 值許用轉(zhuǎn)速： N2=DN／D式中，D為滾珠中心徑。如計算結(jié)果N1>Nmax且N2> Nmax，則絲杠可用，否則重新選定滾珠絲杠型號進(jìn)行以上校核。

　　3 螺母的選用校核與壽命計算

　　3.1 螺母的允許軸向負(fù)荷

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　　式中Coa滾珠絲杠的基本額定靜負(fù)荷；如計算結(jié)果Famax>Fa，則螺母可用，否則重新選定螺母型號進(jìn)行以上校核。

　　3.2 螺母額定壽命的計算

　　(1)平均軸向載荷計算

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　　式中：F1、F2、F3分別為去路加速時、去路勻速時、回程減速時的軸向載荷(只取相同方向載荷)；L1、L2 …L6分別為去路加速時、去路勻速時、去路減速時、回程加速時、回程勻速時、回程減速時螺母行程。

　　(2)壽命計算

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　　式中：LR為螺母壽命(總轉(zhuǎn)數(shù)) fw為負(fù)荷系數(shù)；Ca為基本額定動載荷。