丝杠和惯量计算.doc

X向电机转动惯量计算:设定选取FANUC伺服电机型号为12/3000i，输出功率3Kw,最大输出扭矩12NM，转速3000r/min,转动惯量0.0062Kgm2。X向丝杠导程t=1000v/n =1000x24/3000=8 mm工作台的转动惯量Jg Jg=M=(250+500)X0.00167 Kgm2M:工作台与工件的重量和t:导程 丝杠转动惯量JsJs=d4l/32=3.14X7.8X 10-3X44X111.5/3223 Kgcm20.0023 Kgm2:丝杠密度d :丝杠直径l :丝杠长度联轴器转动惯量Jl Js=d4l/32=3.14X7.8X 10-3X8.24X9.5/3231 Kgcm20.0031 Kgm2: 联轴器密度d : 联轴器直径l : 联轴器长度总的转动惯量Jx=Jg+Js+Jl=0.00707 Kgm2JxJm=X0.00707=0.002350.0062,符合惯性匹配要求故符合X轴定载加速转速。Y向电机转动惯量计算:设定选取FANUC伺服电机型号为12/3000i，输出功率3Kw,最大输出扭矩12NM，转速3000r/min,转动惯量0.0062Kgm2。Y向丝杠导程t=1000v/n =1000x24/3000=8 mm工作台和滑座的转动惯量Jg Jg=M=(250+500+360+13)X0.0023 Kgm2M:工作台与工件及滑座、伺服电机的重量和t:导程 丝杠转动惯量JsJs=d4l/32=3.14X7.8X 10-3X44X92.1/3218 Kgcm20.0018 Kgm2:丝杠密度d :丝杠直径l :丝杠长度联轴器转动惯量Jl Js=d4l/32=3.14X7.8X 10-3X8.24X9.5/32=33 Kgcm20.0031 Kgm2: 联轴器密度d : 联轴器直径l : 联轴器长度加长杆转动惯量JjJj=d14l/32 +d24l/32=229+0.29=3.08 Kgcm20.000308 Kgm2总的转动惯量Jy=Jg+Js+Jl=0.007508 Kgm2JyJm=X0.007508=0.00250.0062,符合惯性匹配要求,故符合Y轴定载加速转速。Z向电机转动惯量计算:设定选取FANUC伺服电机型号为12/3000i，输出功率3Kw,最大输出扭矩12NM，转速3000r/min,转动惯量0.0062Kgm2。Z向丝杠导程t=1000v/n =1000x18/3000=6 mm主轴箱和滑座的转动惯量Jz Jz=M= 2X(96+184+80+6+30)X0.0007 Kgm2M:主轴箱、滑座、主轴电机、螺母座、主轴的总重量t:导程 丝杠转动惯量JsJs=d4l/32=3.14X7.8X 10-3X44X103/3221 Kgcm20.0021 Kgm2:丝杠密度d :丝杠直径l :丝杠长度联轴器转动惯量Jl Js=d4l/32=3.14X7.8X 10-3X8.24X9.5/3233 Kgcm20.0033 Kgm2: 联轴器密度d : 联轴器直径l : 联轴器长度总的转动惯量Jz=Jz+Js+Jl0.0067Kgm2JzJm=X0.0067=0.00220.0062,符合惯性匹配要求,故符合Z轴定载加速转速。最大扭矩计算：每齿进给量：af=0.2mm/r 切削深度：ap=2mm 主轴转速n=600r/min进给量：Vf= afzn=0.2x5x600=600mm/min 切削宽度：aw=72mm切削速度：V=d0n/1000=3.14x80x600/1000=150.72m/min由机械加工工艺手册第一卷表9.4-10查得：Cp=7550 xf=1 yf=0.75 uf=1.1 wf=0.2 qf=1.3 kfz=1Fz=Cp apxfafyfawufz/(d0qfnwf)=7750x2x0.20.75721.1x5/(801.3x6000.2)=2384N扭矩M:M=Fzd0/2000=2384x80/2000=95NM功率P：P=Fz V/6x104=2384x150.72/60000=6KW由机械加工工艺师手册查表30-22得：不对称端铣的各分力为（逆铣）：水平方向：Fh/Fz=0.9 Fh=0.9Fz=2145.6N垂直方向：Fv/Fz=0.7 Fv=0.7Fz=1668.8NZ向： Fa/Fz=0.55 Fa=0.55Fz=1312.85N不对称端铣的各分力为（顺铣）：水平方向：Fh/Fz=0.3 Fh=0.3Fz=575N垂直方向：Fv/Fz=0.9 Fv=0.9Fz=2145.6NZ向： Fa/Fz=0.55 Fa=0.55Fz=1312.85NX向产生的加速度ax:ax=2m/s2Y向产生的加速度ay:ay=2m/s2Z向产生的加速度az:az=1.5m/s2X向滚珠丝杠选择（逆铣）： 设选定滚珠丝杠选择副为FFZD-4008-3,公称直径40mm，导程8mm，丝杠外径38.6mm，钢珠直径5mm，底径34.9mm，循环数3，基本额定动负荷19.8KN，基本额定动静负荷51KN，刚度系数1004。确定当量载荷Fm最大载荷Fmax:Fmax=Fh+(250+500)g+Fa+Fv+f=2145.6+0.015x(250+500)X9.8+1312.85+1668.8+20=2320N: 摩擦系数f ：导轨滑块总阻力Fh: 水平方向力Fa: Z向力最小载荷Fmin:Fmin=250g+250ax=0.015x250X9.8+250X2=536.75N当量载荷Fm:Fm=(2Fmax+Fmin)/3=(2X2320+536.75)/3=1725N预定基本额定动负荷Cam:Cam=18.6KNLs:预期形成250Kmfa:精度系数fc:可靠性系数fw:负荷系数 底径d2m:dm0.039=0.039=26mmd2m=1.3dm=1.3X26=34mmL: 滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支撑的最大距离，详见样本表述滚珠丝杠副的最大轴向变形m：m=(1/31/4)重复定位精度=1/4X0.02=5mm=(1/41/5)定位精度=1/5X0.05=10m取m=5m滚珠丝杠副的预紧力Fp:Fp=1/3 Fmax=0.33X2320=766N行程补偿值C和预拉伸力FtC=118tLu10-6=118X2X812 X10-6=20mt:温度变化值2。C3。CLu: 滚珠丝杠副的有效行程。Ft=1.95td2m=1.95X2X342=4508N滚珠丝杠副的螺纹长度ls:Ls=Lu+2Le=700+163+2X21=904mmLu:行程加螺母长度Le:余程详见滚珠丝杠副样本丝杠全长L=1115mm 电机选择: .由NSK样本查得轴承总摩擦扭矩T2为0.72Nm,有伺服电机样本查得电机静摩擦扭矩Td为0.8Nm。滚珠丝杠副承受外加载荷摩擦F: F=f+(Fa+Fv)+(250+500)g=20+0.015X(1312.85+1668.8)+ (250+500)X9.8=175N 外加载荷产生的摩擦力矩Tf: Tf=X10-3+T2+Td=X10-3+0.72+0.8=1.78Nm t: 滚珠丝杠副导程 ：未预紧的滚珠丝杠副效率 .加速扭矩Tamax:传动系统转动惯量J: J=Jm+Jx=0.0062+0.00707=0.01327Kgm2 Jm: 电机转动惯量Jx: X向转动惯量 Tamax=21Nm Ta:加速时间 n:伺服电机最高转速 .预紧力矩Tp: Tp=X=0.37Nm .切削负载扭矩T: X轴进给力Fx:Fx=Fh+Fv+Fa+(250+500)g=2145.6+0.015X(1668.8+1312.85+750X9.8)=2300N折算到电机轴的切削负载扭矩（等速时驱动扭矩）T: T=+Tp+Tf=+0.37+1.78=5.6Nm .电机工作的最大扭矩Tmax:Tmax=T+Tmax=5.6+21=26.6 Nm 传动系统刚度计算: .支撑轴承的组合刚度Kbo: 3列组合轴承Kbo1=1520N/m2列组合轴承Kbo2=1030N/m Kb= Kbo1+Kbo2=1520+1030=2550N/m .滚珠丝杠副抗压强度: 最小抗压强度Ksmin=6.6102=6.6X102=792N/m最大抗压强度Ksmax=6.6102=6.6X=1482N/m L1:两支撑间的跨距 L0：详见滚珠丝杠样本表-2，两端固定形式 接触强度Kc由样本查得: Kc=k= 1004X=732N/m K:刚度值，详见滚珠丝杠样本 Fp:滚珠丝杠副预紧力 Ca: 基本额定动负荷Ca, 详见滚珠丝杠样本 .刚度验算及精度选择: =+=+=0.003 Kmin=333N/m =+=+=0.0025 Kmax=400N/m 计算摩擦力F0: F0= f+(250+500)g=20+0.015X750X9.8=130.25N 验算传动系统刚度Kmin1: Kmin1=17N/m Kmin=333N/mKmin1 传动系统刚度引起的定位精度误差k: k= F0=130.25X(0.003-0.0025)=0.07m 精度确定: V300P=0.85X定位精度-k=0.8X50-0.07=39.3m 考虑到实际情况与计算的差别因而取V300P=29m验算临界压缩载荷F最大载荷Fmax=2320N 3000 n/min Dn值验算： Dn=Dpwnmax=41.1X3000=124200 r/min 7000 r/minDpw: 滚珠丝杠副的节圆直径 基本轴向额定静载荷C0a: fsFmax=3X2320=6960 NC0a=51KN fsFmax Fmax=2320 Y向滚珠丝杠选择（顺铣）： 设选定滚珠丝杠选择副为FFZD-4008-3,公称直径40mm，导程8mm，丝杠外径38.6mm，钢珠直径5mm，底径34.9mm，循环数3，基本额定动负荷19.8KN，基本额定动静负荷51KN，刚度系数1004。确定当量载荷Fm最大载荷Fmax:Fmax=Fv+(250+500+360+13)g+Fh+Fa+f=2145.6+0.015X(250+500+360+13)X9.8 +575+1312.85+20=2360N: 摩擦系数f ：导轨滑块总阻力Fh: 水平方向力Fa: Z向力最小载荷Fmin:Fmin=(250+360+13)g+(250+360+13)ay=0.015x873X9.8+873X0.8=790N当量载荷Fm:Fm=(2Fmax+Fmin)/3=(2X2360+790)/3=1836N预定基本额定动负荷Cam:Cam=19.8KNLs:预期形成250Kmfa:精度系数fc:可靠性系数fw:负荷系数 底径d2m:dm0.039=0.039=23mmd2m=1.3dm=1.3X2634mm滚珠丝杠副的最大轴向变形m：m=(1/31/4)重复定位精度=1/4X0.02=5mm=(1/41/5)定位精度=1/5X0.04=8m取m=5m滚珠丝杠副的预紧力Fp:Fp=1/3 Fmax=0.33X2360=779N行程补偿值C和预拉伸力FtC=118tLu10-6=118X3X654X10-6=22mt:温度变化值2。C3。CLu: 滚珠丝杠副的有效行程。Ft=1.95td2m=1.95X3X342=6762N滚珠丝杠副的螺纹长度ls:Ls=Lu+2Le=450+163+2X20=654mmLu:行程加螺母长度Le:余程详见滚珠丝杠副样本丝杠全长L=938mm 电机选择: .由NSK样本查得轴承总摩擦扭矩T2为0.4Nm,有伺服电机样本查得电机静摩擦扭矩Td为0.8Nm。滚珠丝杠副承受外加载荷F:F=f+Fa+Fh+(250+500+360+13)g=20+0.015X1312.85+575+(250+500+360+13)X9.8=214N 外加载荷产生的摩擦力矩Tf: Tf=X10-3+T2+Td=X10-3+0.4+0.8=1.5Nm t: 滚珠丝杠副导程 ：未预紧的滚珠丝杠副效率 .加速扭矩Tamax:传动系统转动惯量J: J=Jm+Jx=0.007508+0.0062=0.0137Kgm2 Jm: 电机转动惯量Jx: X向转动惯量 Tamax=22Nm Ta:加速时间 n:伺服电机最高转速 .预紧力矩Tp: Tp=X=0.38Nm .切削负载扭矩T: Y轴进给力Fy:Fy=Fv+Fh+Fa+(250+500+360+13)g=2145.6+0.015X(575+1312.85+1123X9.8)=2340N折算到电机轴的切削负载扭矩（等速时驱动扭矩）T: T=+Tp+Tf=+0.38+1.5=5.4Nm .电机工作的最大扭矩Tmax:Tmax=T+Tmax=5.4+22=27.4 Nm 传动系统刚度计算: .支撑轴承的组合刚度Kbo: 3列组合轴承Kbo=1520N/m Kb= Kbo=1520N/m .滚珠丝杠副抗压强度: 最小抗压强度Ksmin=6.6102=6.6X102=1025N/m最大抗压强度Ksmax=6.6102=6.6X=1660N/m L1:两支撑间的跨距 L0：详见滚珠丝杠样本表-2，两端固定形式 接触强度Kc由样本查得: Kc=k= 1004X=735N/m K:刚度值，详见滚珠丝杠样本 Fp:滚珠丝杠副预紧力 Ca: 基本额定动负荷Ca, 详见滚珠丝杠样本 .刚度验算及精度选择: =+=+=0.0028 Kmin=357N/m =+=+=0.0025 Kmax=400N/m 计算摩擦力F0: F0= f+(250+500+360+13)g=20+0.015X1123X9.8=185N 验算传动系统刚度Kmin1: Kmin1=25N/m Kmin=357N/mKmin1 传动系统刚度引起的定位精度误差k: k= F0=185X(0.0028-0.0025)=0.06m 精度确定: V300P=0.85X定位精度-k=0.8X40-0.06=31.94m 考虑到实际情况与计算的差别因而取V300P=29m验算临界压缩载荷F最大载荷Fmax=2350N 3000 n/min Dn值验算： Dn=Dpwnmax=41.1X3000=124200 r/min 70000 r/minDpw: 滚珠丝杠副的节圆直径 基本轴向额定静载荷C0a: fsFmax=3X2360=7080NC0a=51KN fsFmax Fmax=2360Z向滚珠丝杠选择： 设选定滚珠丝杠选择副为FFZD-4008-3,公称直径40mm，导程8mm，丝杠外径38.6mm，钢珠直径5mm，底径34.9mm，循环数3，基本额定动负荷19.8KN，基本额定动静负荷51KN，刚度系数1004。确定当量载荷Fm最大载荷Fmax:Fmax=Fa+(Fv+Fh)+f=1312.85+0.015X(2145.6+1668.8)+20=1390NFa: 切削轴向分力Fv：切削垂直分力Fh：切削水平分力最小载荷Fmin:Fmin=2ma+f=2X(96+184+80+6+30)X0.6+20=495N当量载荷Fm:Fm=(2Fmax+Fmin)/3=(2X1370+495)/3=1092N预定基本额定动负荷Cam:Cam=13KNLs:预期形成250Kmfa:精度系数fc:可靠性系数fw:负荷系数 底径d2m:dm0.039=0.039=21mm因为靠虑到Z轴的安全性要求较高，所以取dm=34mm滚珠丝杠副的最大轴向变形m：m=(1/31/4)重复定位精度=1/4X0.02=5mm=(1/41/5)定位精度=1/5X0.04=8m取m=5m滚珠丝杠副的预紧力Fp:Fp=1/3 Fmax=0.33X1390=458N行程补偿值C和预拉伸力FtC=118tLu10-6=118X2X878X10-6=21mt:温度变化值2。C3。CLu: 滚珠丝杠副的有效行程。Ft=1.95td2m=1.95X2X342=4508N滚珠丝杠副的螺纹长度ls:Ls=Lu+2Le=600+163+2X20=803mmLu:行程加螺母长度Le:余程详见滚珠丝杠副样本丝杠全长L=1030mm 电机选择: .由NSK样本查得轴承总摩擦扭矩T2为0.72Nm,有伺服电机样本查得电机静摩擦扭矩Td为0.8Nm。滚珠丝杠副承受外加载荷F: F=f+ Fa+(Fv+Fh)=20+1312.85+0.015X(2145.6+1668.8)=1390N 外加载荷产生的摩擦力矩Tf: Tf=X10-3+T2+Td=X10-3+0.72+0.8=3.08Nm t: 滚珠丝杠副导程 ：未预紧的滚珠丝杠副效率 .加速扭矩Tamax:传动系统转动惯量J: J=Jm+Jx=0.0067+0.0062=0.0129Kgm2 Jm: 电机转动惯量Jx: X向转动惯量 Tamax=20Nm Ta:加速时间 n:伺服电机最高转速 .预紧力矩Tp: Tp=X=0.2Nm .切削负载扭矩T: Z轴进给力Fz: F=f+ Fa+(Fv+Fh)=20+1312.85+0.015X(2145.6+1668.8)=1390N折算到电机轴的切削负载扭矩（等速时驱动扭矩）T: T=+Tp+Tf=+0.2+3.08=4.8Nm .电机工作的最大扭矩Tmax:Tmax=T+Tmax=4.8+20=24.8 Nm 传动系统刚度计算: .支撑轴承的组合刚度Kbo: 3列组合轴承Kbo=1520N/m2列组合轴承Kbo2=1030N/m Kb=