滾珠絲杠的計(jì)算

發(fā)布時(shí)間：

2021-04-26 16:42

　　隨著機(jī)床及自動(dòng)化行業(yè)的高速發(fā)展，滾珠絲杠的使用變得越來(lái)越廣泛。許多機(jī)械工程師在對(duì)自己的設(shè)備所需要的滾珠絲杠選型時(shí)，面對(duì)絲杠資料上給的復(fù)雜的計(jì)算公式和繁雜選型步驟，感覺(jué)無(wú)從下手，不知道那些是需要重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵點(diǎn)。為了使?jié)L珠絲杠的選型步驟更為清晰簡(jiǎn)便，更既具備可操作性，我司結(jié)合多年來(lái)絲杠的選型經(jīng)驗(yàn)，對(duì)絲杠的選型做了一些歸納、簡(jiǎn)化，讓絲杠的選型選型更為簡(jiǎn)單明了。順便對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)的選型也做說(shuō)明。
　　一、確認(rèn)使用條件：
　　1、被移動(dòng)負(fù)載的質(zhì)量：M(KG)
　　2、絲杠的安裝方向：水平、垂直、傾斜；
　　3、沉重導(dǎo)軌的形式：線軌、平面導(dǎo)軌、
　　4、絲杠的行程：L(mm)
　　5、負(fù)載移動(dòng)的速度：v(m/s)
　　6、負(fù)載需要的加速度：a(m/s^2)
　　7、絲杠的精度：C3到C7級(jí)
　　8、絲杠使用的環(huán)境：特殊環(huán)境需求的考慮。
　　二、簡(jiǎn)化計(jì)算選型：
　　舉例，使用條件如下：
　　1、被移動(dòng)負(fù)載重量：M=50kg;
　　2、安裝方向：垂直安裝;
　　3、導(dǎo)軌形式：線性滑軌
　　4、速度：v=0.2m/s
　　5、加速時(shí)間：t=0.1s
　　6、行程：1000mm；
　　7、精度：0.1mm
　　三、計(jì)算過(guò)程：
　　1、計(jì)算加速度：a=v/t=0.2/0.1=2m/s^2(v：速度；t：加速時(shí)間)
　　2、計(jì)算絲杠的大軸向力：F=Mgμ+Ma+Mg(水平運(yùn)動(dòng)，去除Mg選型，M負(fù)載重量；g重力加速度9.8；μ：摩擦系數(shù)，平面導(dǎo)軌取值0.1，線軌取值：0.05；a加速度)F=50*9.8*0.05+50*2+50*9.8=614.5N
　　3、計(jì)算出絲杠的軸向負(fù)載以后，選型會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)分支，一種情況是客戶不知道設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命年限，以及每一年中絲杠的使用平率，不做精確的絲杠壽命校核。那么我們推薦一種簡(jiǎn)單可行的方法，就是查詢絲杠資料中的動(dòng)負(fù)荷值C。結(jié)合第7項(xiàng)精度0.1mm的要求，我們推薦常備FSI螺帽形式的絲杠，尺寸參數(shù)表如下：
　　根據(jù)絲杠的軸向推力：F=614.5N=62.7kgf；我們推薦將F乘以4~8之間的一個(gè)系數(shù)，對(duì)于使用平率低，可靠度要求不高的情況，我們推薦4倍系數(shù)，對(duì)于可靠度要求較高，我們推薦8倍的系數(shù)。
　　根據(jù)舉例：F*8=62.7*8=501.6kgf；查詢絲杠的表格，SFI01604-4的絲杠，其動(dòng)負(fù)荷是973kgf；大于501.6kgf，所以SFI01604-4的絲杠可以滿足要求；該型號(hào)表示，絲杠的公稱直徑為16mm；絲杠導(dǎo)程為4mm；
　　4、對(duì)于絲杠壽命有明確要求的選型，舉例如下：根據(jù)此前的舉例，絲杠用20s做一次往返運(yùn)動(dòng)，停留10s在進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。每天工作16小時(shí)，每年工作300天，設(shè)計(jì)壽命10年。則計(jì)算絲杠的轉(zhuǎn)數(shù)壽命為：L=1000/5*2*2*60*16*300*10(1000是行程，5是導(dǎo)程，2是往返，2是每分鐘2次，60是每小時(shí)60分鐘，16是天工作16小時(shí)，300是每年工作300天，10是設(shè)計(jì)壽命10年。)
　　1、L=2304000000轉(zhuǎn)，這是一個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)壽命，含義是，絲杠在這個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)，能夠保證運(yùn)行精度。
　　2、L/10^6=2304
　　3、13.2倍4、C/F=13.2，C=13.2*62.7=828kgf絲杠的動(dòng)負(fù)荷大于
　　828kgf就可以滿足要求。所以，還是選擇SFI01604-4的滾珠絲杠滿足要求。
　　四、校核臨界轉(zhuǎn)速：
　　根據(jù)上面的計(jì)算，直徑16，導(dǎo)程5mm的絲杠能夠滿足我們的負(fù)載要求，但是絲杠使用中噪音是經(jīng)常出現(xiàn)的一個(gè)故障，為了改善絲杠的噪音狀況，我們要求校核絲杠的臨界轉(zhuǎn)速。此前的案例，絲杠的行程為1000，則估算絲杠兩端的支撐軸承的間距1200mm，1200為估計(jì)值，實(shí)際值可以以機(jī)械設(shè)計(jì)的安裝位置為準(zhǔn)。
　　臨界轉(zhuǎn)速：NC NC=2,71*10^8*Mf*dr/Lt
　　絲杠根徑：dr約定于絲杠的工程直徑減去絲杠的鋼珠直徑，單位：mm
　　安裝系數(shù)：Mf Mf=1（固定+固定）Mf=0.689（固定+支撐）
　　Mf=0.157（固定+自由）
　　軸承間距：Lt單位：mm
　　原式=2.71*10^8*1*12.8/1200^2=2409rpm。
　　使用轉(zhuǎn)速N=NC*0.8=2409*0.8=1927
　　根據(jù)負(fù)載移動(dòng)速度：200mm/s的要求，四缸轉(zhuǎn)速：200/5*60=2400rpm，所以，
　　SFI01604-4的絲杠不能滿足要求。
　　五、調(diào)整辦法：
　　1、增加絲杠的直徑dr使其達(dá)到速度要求為止；
　　2、增加絲杠導(dǎo)程，采用10mm導(dǎo)程的絲杠，則絲杠的使用轉(zhuǎn)速為：200/10*60=1200rpm可以滿足要求。
　　六、特殊需求
　　舉例是常規(guī)絲杠的簡(jiǎn)化選型過(guò)程，有的情況下，一些特殊的要求會(huì)改變絲桿的選型步驟，例如：絲桿需要表面特殊耐腐蝕處理，絲桿需要垂直提升時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械自鎖，絲桿需要非常高的進(jìn)給速度等等，這是后需要特殊情況具體分析。