丝杠的选型及计算

1、丝杠的选型及计算3.1丝杠的介绍3.1.1丝杠螺母机构基本传动形式丝杠螺母机构乂称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变为直线运动或将 直线运动变为旋转运动，有以传递能量为主的（如螺旋压力机），也有以传递运 动为主的（如工作台的进给丝杠）。丝杠螺母机构有滑动摩擦和滚动摩擦之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加 工方便，制造成本低，具有自锁功能。但其摩擦阻力大，传动效率低（30%40%。 滚动丝杠螺母机构虽然结构复杂制造成本高。 但其最大优点是摩擦阻力小，传动 效率高（92%98% ,因此选用滚动丝杠螺母机构。根据工作台运动情况，应选择丝杠传动螺母移动的形式，该传动形式需要限 制螺母的转动，故需导向装

2、置。其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好，适用于工作 行程较大的场合。3.1.2滚珠丝杠副的组成及特点滚珠丝杠副是一种新型螺旋传动机构，其具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有 中间传动元件一滚珠。滚珠丝杠螺母机构由丝杠，螺母，滚珠，和反向器等四部 分组成。当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出， 在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。滚珠丝杠副与滑动丝杠副相比，除上述优点外，还具有轴向刚度高，运动平 稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长等优点。但由于不能自锁，具有传动的 可逆性，在用做升降传动机构时，需要采取制动等措施。3.1.3

3、滚珠丝杠的结构形式按照用途和制造工艺的不同，滚珠丝杠副的结构形式很多。一般，根据钢球的 循环形式，消除轴向间隙和调整预紧的方法以及螺纹滚道法向截面形状的不同 ， 将其区分成不同的结构形式进行研究。1）钢球循环方式按钢球返回时是否脱离丝杠表面可分为内循环和外循环两大类，见表3-11。若钢球在循环过程中，始终与丝杠表面保持接触，称内循环；否则，称外循环。通常，把在同一螺母上所具有的循环回路的数目，称为钢球的列数，常用的有24列。而把每一循环回路中钢球所经过的螺纹滚道圈数 （导程数）称为工作圈表3-1钢球的循环方式类别形式特点内循环优点：返回通道短，一个循环 只有一圈钢球，流畅性好，摩 擦损失小，效

4、率局,径向尺寸 小,刚性好缺点:返向器钢球返回通道的 曲面加工复杂外循环端盖式优点：结构紧凑,工艺性好 缺点：循环回路长,流畅性差, 钢球通过短槽时易卡住螺旋槽式优点：结构简单，制造方便，承载能力人缺点：钢球流畅性较差，挡珠 器较易磨损插官式优点:结构简单，工艺性好，钢 球的流畅性好，应用较广 缺点：凸出式的插管凸出于螺 母外部，径向尺寸较大2）消除轴向间隙的调整预紧方式滚珠丝杠副中的间隙对传动精度影响较大。 当精度要求不高时，可采用单螺 母,并对丝杠和螺母进行选配，或进行预紧以减小配合间隙。当精度要求较高时， 常采用双螺母，通过调整两个螺母间的轴向位置，以消除轴向间隙，并进行预紧, 提高传动

5、的定位精度、重复定位精度及轴向刚度。预紧力一般约取最大轴向载荷的1/3。表3-2为几种常用的消除间隙和调整预紧的方式。表3-2消除间隙和调整预紧的方式类型特点垫片式结构简单，装拆方便，刚度高，但不易实现精确调整，螺纹滚道有磨损时，不能随时消 除间隙和预紧。适用于重载传动和一般精度要求的场合圆螺 母式结构紧凑，工作可靠，调整方便。但容易松动，不够准确。一般用于刚度要求不高及 需要随时调整预紧力的场合齿差式调整精度较高，要求 S较小时，所需齿数较多，结构尺寸较大，且齿圈的模数m较小，联接刚度较差，适用于高精度传动场合3）螺纹滚道法向截型螺纹滚道法向截型（或称滚道型面），是指通过滚珠中心的螺旋线的法

6、向平面与丝杠或螺母滚道型面的交线的形状3.2丝杠的选型初步选取丝杠数据见表3-3表3-3所选丝杠参数公称直径/mm导程/mm205滚珠丝杠的工作长度计算:L l工作台l行程l余量X方向丝杠的的工作长度计算：lx 30042020740mmY方向丝杠的工作长度：ly 35050020870mmX方向丝杠的工作载荷：Fx800NY方向丝杠的工作载何：Fy800N由丁两方向丝杠的公况为，每天开机六小时，每年300个工作日。工作八年 以上，依工作要求和工作条件，初选外循环插管式，预紧采用双螺母型，圆螺母 调隙，导珠管凸出式，3级精度，定位滚珠副，丝杠材料：CWMn钢；滚道硬 度为 5862HRC d0

7、 20mm,Ph 4mm, DW 2.381mm, j k 3.5 1, rs 0.55Dw，螺 纹右旋， 3 39' 型号为 CLT-2004-3.5-P3 , Ca 8850 N, Coa 24700W。丝杠的传动精度为0.04mmTh 8 6 300 14400h丝杠的转速：n2250r / min丝杠的工作载荷：F=800N3.3丝杠的校核寿命计算:CoeKhKKH Kl f 5810.4 8850满足寿命要求。式中F轴向载荷，取F= 800N;Kh -寿命系数，Kh(Lh/500)1/3 3.1072Lh工作寿命，取Lh =15000Kf载荷系数，取Kf =1.2KH 动载荷

8、硬度影响系数，取Kh=1.0Kl短行程系数，取Kl=1.0Kn转速系数，取Kn =0.5107静载荷条件计算：C0a KfK'h F 96024700满足条件螺母长度72mm, Ph 4mm,余程为10mmX方向螺纹长度L0 420 300 2 10 740mm取支撑跨矩h 760mm丝杠全长最大为780mmY方向螺纹长度：L=500+350+20=870mm取支撑跨矩：l1 890mm丝杠全长最大为910mmF-F支撑方式的丝杠不受压缩力作用，不校核压杆稳定性 丝杠弯曲振动临界转速：ncrLc29910f22 当 Lc查表f2 4.73d2 d0 1.2Dw 20 1.2 2.381

9、 17.14mm 0.01714m300780 740Lc42010600mm 0.6m222 0.01714 ncr 9910 4.732 10570.1r / min 250r / min0.62预拉深量：取温升3.5oc螺纹深长量:tu a t lu 2.55 10 6 3.5 0.74 6.6045um丝杠的全长深长量:tu2.55106 3.5 0.786.9615um取预拉伸量:4.5um预拉伸力:FtL04.510 62_-0.017142 2.140.74,110800301.01N N3所选丝杠预拉伸力满足要求。3.4丝杠设计中应注意的问题丝杠由丁其精度要求高，制造比较复杂，

10、所以在设计过程中应注意如下问题：1）受力合理为了保证定位精度，除考虑丝杠刚度外，还应在结构布置上尽可能使螺母和 丝杠同样受拉或受压，以使两者轴向变形方向一致，减少螺母与丝杠之间的导程 变形量之差。此外，滚珠螺旋传动应尽量避免承受径向载荷，以免使丝杠弯曲，若 丝杠上有齿轮等产生径向载荷的元件，则应使其尽可能靠近丝杠，螺母所受的倾 覆力矩，力求部件移动阻力的合力通过丝杠轴线。2）防止逆转滚珠螺旋传动反行程不能自锁，为了使螺旋传动受轴向力后 不发生逆转，应 设置防止逆转的装置： 采用本身不能逆传动的电液脉冲马达或步进电动机等驱动元件。 采用可自锁的蜗杆传动等作中间传动机构。 采用电磁或液压制动器，或选用本身带制动器的电动机。 采用能锁住某一方向传动的超越离合器。3）安全装置垂直安装的滚珠螺旋传动，容易发生螺母从丝杠螺纹滚道上脱出而造成事 故，因此，在设计时应考虑设置防止螺母脱出的安全装置， 如限位挡块或安全制 动器等。4）控制升温设计时应注意时滚珠丝杠传动远离热源，并采用油浴，气冷等方法减小温升， 以减少丝杠的热变形；或在安装时对丝杠进行预拉伸，以抵消运行时因发热后引 起的丝杠伸长。5）密封与润滑为防止尘埃和污物进入螺纹滚道,妨碍钢球运转的流畅性并且加速钢球