某數(shù)控鉆床橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u11991某數(shù)控鉆床橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1267891.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)選型 195911.1.1確定滾珠絲杠精度等級(jí) 269121.1.2確定滾珠絲杠的軸向最大間隙 2139121.1.3初步估算絲杠軸長(zhǎng)度 3124581.1.4計(jì)算滾珠絲杠的導(dǎo)程 3235761.1.5選定滾珠絲杠直徑/導(dǎo)程 3195351.1.6初定絲杠型號(hào) 479561.1.7絲杠軸端尺寸設(shè)計(jì) 529981.1.8校核容許軸向載荷 5269881.1.9校核容許轉(zhuǎn)速 8118181.1.10校核額定靜載荷 10113251.1.11根據(jù)額定動(dòng)載荷校核絲杠使用壽命 10233711.2伺服電機(jī)計(jì)算選型 13265581.2.1旋轉(zhuǎn)速度 13300151.2.2電機(jī)分辨率 13299791.2.3電機(jī)扭矩 14311341.2.4扭矩的有效值 15103021.2.5電機(jī)型號(hào) 15201121.3軸承的選型設(shè)計(jì) 16207241.3.1確定軸承型號(hào) 1615181.3.2軸承的壽命計(jì)算 161.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)選型1.1.1確定滾珠絲杠精度等級(jí)表SEQ表\*ARABIC1滾珠絲杠精度等級(jí)參照表根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將250mm工作行程誤差±0.05mm換算為每300mm允許的誤差如下：根據(jù)表1可查得，要滿足±0.06mm/300mm的誤差精度，須選擇滾珠絲杠的精度等級(jí)為C7，查得滾珠絲杠導(dǎo)程誤差為±0.05mm/300mm，絲杠軋制加工。1.1.2確定滾珠絲杠的軸向最大間隙絲杠軸外徑最大軸向間隙6～120.0514～280.130～320.1436～450.17500.2表SEQ表\*ARABIC2軋制滾珠絲杠軸向間隙參照表已知設(shè)計(jì)條件為X-Y移動(dòng)工作臺(tái)最大軸向間隙為0.15mm，則設(shè)計(jì)選型絲杠軸向間隙參數(shù)須小于0.15mm，查軋制滾珠絲杠軸向間隙參照表可知，選取滾珠絲杠軸向間隙為0.14mm可滿足設(shè)計(jì)要求，同理，即滾珠絲杠軸徑為32mm以下。1.1.3初步估算絲杠軸長(zhǎng)度根據(jù)已知設(shè)計(jì)條件，X-Y移動(dòng)滑臺(tái)橫向最大行程為270mm，估算軸長(zhǎng)，假定滾珠絲杠螺母的長(zhǎng)度為100mm，絲杠軸端支承長(zhǎng)度為100mm，則可計(jì)算出絲杠軸長(zhǎng)度為：1.1.4計(jì)算滾珠絲杠的導(dǎo)程根據(jù)已知設(shè)計(jì)條件：驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，滾珠絲杠與電機(jī)采用聯(lián)軸器直聯(lián)，X-Y移動(dòng)工作臺(tái)的最高速度為0.2m/s，計(jì)算滾珠絲杠導(dǎo)程為：其中，——滾珠絲杠的導(dǎo)程，mm——最大進(jìn)給速度，m/s——電機(jī)至絲杠的減速比，當(dāng)電機(jī)與絲杠直聯(lián)時(shí)為1——電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min 1.1.5選定滾珠絲杠直徑/導(dǎo)程選擇要求1.按制造標(biāo)準(zhǔn)選取2.滿足設(shè)計(jì)需求（最大軸向間隙）3.按精度等級(jí)選取表SEQ表\*ARABIC3軋制滾珠絲杠外徑與導(dǎo)程標(biāo)準(zhǔn)組合表根據(jù)上述要求，查表3選得滾珠絲杠直徑/導(dǎo)程組合如下：絲杠直徑導(dǎo)程絲杠直徑導(dǎo)程1282525188153015102040201025502510306032101616152020201.1.6初定絲杠型號(hào)初步選擇絲杠直徑18mm/導(dǎo)程8mm與直徑15/導(dǎo)程10兩組絲杠。查閱資料得出其基本參數(shù)如下：絲杠軸外徑導(dǎo)程公稱(chēng)型號(hào)鋼球中心直徑溝槽谷徑基本額定載荷額定靜載荷額定動(dòng)載荷188BTK1808.3.619.311.43113.11510BLK1501-5.615.7512.525.29.81.1.7絲杠軸端尺寸設(shè)計(jì)1.固定端2.支承端1.1.8校核容許軸向載荷1.最大軸向載荷的計(jì)算導(dǎo)向面的阻力f=15N工作臺(tái)質(zhì)量m1=20kg工件質(zhì)量m2=60kg縱向移動(dòng)滑臺(tái)質(zhì)量（估值）m3=30kg導(dǎo)向面上的摩擦系數(shù)μ=0.01最大速度Vmax=0.1m/s重力加速度g=9.807m/s2加速時(shí)間t1=0.15s計(jì)算加速度a其中，——最大速度——加速時(shí)間計(jì)算絲杠的最大軸向載荷去路加速時(shí)去路等速時(shí)去路減速時(shí)返程加速時(shí)返程等速時(shí)返程減速時(shí)作用在絲杠上的最大軸向載荷其中，——導(dǎo)向面上的摩擦系數(shù)——工作臺(tái)質(zhì)量，kg——工件質(zhì)量，kg——重力加速度，m/s2f——導(dǎo)向面阻力，Na——加速度，m/s校核絲杠軸的挫曲載荷其中，——與安裝方法相關(guān)的系數(shù)——絲杠軸溝槽谷徑——安裝距離，：與安裝方法相關(guān)的系數(shù)固定——自由η1=0.025η2=1.3固定——支承η1=2η2=10固定——固定η1=4η2=20外徑18/mm導(dǎo)程8mm，絲杠軸滿足條件外徑15mm/導(dǎo)程10mm，絲杠軸滿足條件校核絲杠軸容許拉伸壓縮載荷外徑18/mm導(dǎo)程8mm，絲杠軸滿足條件外徑15mm/導(dǎo)程10mm，絲杠軸滿足條件1.1.9校核容許轉(zhuǎn)速1.最高轉(zhuǎn)速其中，——最大進(jìn)給速度——絲杠導(dǎo)程外徑18/mm導(dǎo)程8mm外徑15mm/導(dǎo)程10mm2.由絲杠軸的危險(xiǎn)速度所決定的容許轉(zhuǎn)速其中，——與安裝方法相關(guān)的系數(shù)——絲杠軸溝槽谷徑——安裝距離,：與安裝方法相關(guān)的系數(shù)固定——自由λ1=1.875λ2=3.4固定——支承λ1=3.927λ2=15.1固定——固定λ1=1.73λ2=21.9外徑18/mm導(dǎo)程8mm，絲杠軸滿足條件外徑15mm/導(dǎo)程10mm，絲杠軸滿足條件3.由DN值所決定的容許轉(zhuǎn)速其中,D——鋼球中心直徑外徑18/mm導(dǎo)程8mm，絲杠軸滿足條件外徑15mm/導(dǎo)程10mm，絲杠軸滿足條件1.1.10校核額定靜載荷其中，——容許軸向負(fù)荷——基本額定靜載荷——靜態(tài)安全系數(shù)外徑18/mm導(dǎo)程8mm與最大軸向載荷148N相比，，所以絲杠滿足條件外徑15mm/導(dǎo)程10mm與最大軸向載荷148N相比，，所以絲杠滿足條件使用機(jī)械負(fù)荷條件fs的下限一般工業(yè)機(jī)械無(wú)振動(dòng)或沖擊時(shí)1～1.3有振動(dòng)或沖擊時(shí)2～3工具機(jī)無(wú)振動(dòng)或沖擊時(shí)1～1.5有振動(dòng)或沖擊時(shí)2.5～7表SEQ表\*ARABIC4靜態(tài)安裝系數(shù)（fs）1.1.11根據(jù)額定動(dòng)載荷校核絲杠使用壽命1.計(jì)算運(yùn)行距離最大速度Vmax加速時(shí)間t1減速時(shí)間t2加速時(shí)的運(yùn)行距離等速時(shí)的運(yùn)行距離減速時(shí)的運(yùn)行距離根據(jù)以上計(jì)算，軸向負(fù)載和運(yùn)動(dòng)距離關(guān)系如下：動(dòng)作軸向負(fù)載FaN（N）運(yùn)行距離lN1.去路加速時(shí)1027.52.去路等速時(shí)252553.去路減速時(shí)-517.51.返程加速時(shí)-1027.55.返程等速時(shí)-252556.返程減速時(shí)517.52.計(jì)算平均載荷正向軸向平均載荷因?yàn)樨?fù)荷方向不同，按，來(lái)計(jì)算軸向平均載荷負(fù)向軸向平均載荷因?yàn)樨?fù)荷方向不同，按，來(lái)計(jì)算軸向平均載荷因?yàn)椋暂S向平均載荷為3.計(jì)算額定壽命其中，——額定動(dòng)載荷——載荷系數(shù)——平均載荷L——額定壽命（rev）外徑18/mm導(dǎo)程8mm外徑15mm/導(dǎo)程10mm負(fù)荷系數(shù)振動(dòng)、沖擊速度（V）f微小微速時(shí)0.25＜V1～1.2小低速時(shí)0.25＜V≤1m/s1.2～1.5中中速時(shí)1＜V≤2m/s1.5～2大高速時(shí)V＞2m/s2～3.51.計(jì)算每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)其中，——每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)——每分鐘往返次數(shù)——行程——導(dǎo)程外徑18/mm導(dǎo)程8mm外徑15mm/導(dǎo)程10mm5.根據(jù)額定壽命計(jì)算工作壽命時(shí)間其中，——額定壽命——每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)外徑18/mm導(dǎo)程8mm外徑15mm/導(dǎo)程10mm設(shè)計(jì)要求實(shí)際工作壽命大于期望工作壽命3000h，綜上計(jì)算，BTK1808.3.6、BLK1501-5.6兩種型號(hào)滾珠絲杠均符合設(shè)計(jì)要求，從設(shè)計(jì)成本方面考慮，選擇型號(hào)為BLK1501-5.6滾珠絲杠。1.2伺服電機(jī)計(jì)算選型1.2.1旋轉(zhuǎn)速度最高使用轉(zhuǎn)速：馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速：1.2.2電機(jī)分辨率根據(jù)移動(dòng)滑臺(tái)最小進(jìn)給量，滾珠絲杠的導(dǎo)程、電機(jī)減速比計(jì)算伺服電機(jī)需求分辨率B其中，——角度測(cè)試儀和驅(qū)動(dòng)器所需要的分辨率（p/rev）——滾珠絲杠的導(dǎo)程——減速比——脈沖當(dāng)量選取分辨率為500以上的伺服電機(jī)可滿足設(shè)計(jì)要求1.2.3電機(jī)扭矩1.由外部負(fù)荷引起的摩擦扭矩其中，——軸向載荷——滾珠絲杠的導(dǎo)程——機(jī)械傳動(dòng)效率（0.9～0.95）——減速比2.加速時(shí)所需的扭矩慣性力矩：每單位長(zhǎng)度的絲杠軸慣性扭矩為則絲杠全長(zhǎng)470mm的慣性力矩為其中，——慣性力矩——運(yùn)送質(zhì)量——滾珠絲杠的導(dǎo)程——減速比——絲杠軸的慣性力矩角加速度：其中，——角加速度——電機(jī)工作最高轉(zhuǎn)速——加速時(shí)間綜上，所需扭矩如下：加速時(shí)等速時(shí)減速時(shí)因此伺服電機(jī)的瞬時(shí)最大扭矩必須在以上3.由滾珠絲杠予壓引起的扭矩對(duì)滾珠絲杠沒(méi)有施加予壓1.2.4扭矩的有效值其中，——扭矩的有效值——變動(dòng)扭矩——承受扭矩的時(shí)間t——循環(huán)時(shí)間（）因此，伺服馬達(dá)的額定扭矩必須在57N·mm以上1.2.5電機(jī)型號(hào)型號(hào)：60ST-M00630額定功率額定轉(zhuǎn)速額定扭矩額定線電壓額定線電流峰值力矩重量0.2kw3000r/min0.6N·m220V1.2A1.91N·m1.16kg1.3軸承的選型設(shè)計(jì)1.3.1確定軸承型號(hào)軸承類(lèi)型型號(hào)內(nèi)徑（mm）外徑（mm）寬度（mm）Cr（KN）Cor（KN）脂潤(rùn)滑轉(zhuǎn)速（min-1）有潤(rùn)滑轉(zhuǎn)速（min-1）重量（kg）角接觸球軸承7002C153296.63.735000470000.0351.3.2軸承的壽命計(jì)算表SEQ表\*ARABIC5軸承的徑向和軸向動(dòng)載荷系數(shù)X和Y1.當(dāng)量動(dòng)載荷其中，——當(dāng)量動(dòng)載荷——沖擊載荷系數(shù)——徑向動(dòng)載荷系數(shù)——軸向動(dòng)載荷系數(shù)——徑向載荷——軸向載荷根據(jù)線性插值法求出對(duì)應(yīng)的e的值為，對(duì)應(yīng)的X、Y