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。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,总结了丝杠的选型经验,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。
  
  一、确认使用条件:
  
  1、被移动负载的质量:M (KG)
  
  2、滚珠丝杠的安装方向: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
  
  
  3、计算出丝杠的轴向负载以后,选型会出现两个分支,一种情况是客户不知道设备的设计寿命年限,以及每一年中丝杠的使用平率,不做精确的丝杠寿命校核。那么我们推荐一种简单可行的方法,就是查询丝杠资料中的动负荷值C。结合第7项精度0.1mm的要求,我们推荐常备FSI螺帽形式的丝杠,尺寸参数表如下:
  
  尺寸参数表
  
  根据滚珠丝杠的轴向推力: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;
  
  4、对于滚珠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
  
  举例是常规滚珠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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