滚珠丝杠螺母副的设计.doc

目录
一 成绩评定表………………………………………………………………………
二 课程设计任务书………………………………………………………………
三 前言……………………………………………………………………………………
四 滚珠丝杠螺母副的设计……………………………………………………
五 轴承选择……………………………………………………………………………
六 电机选择……………………………………………………………………………
七 设计总结……………………………………………………………………………
八 参考文献……………………………………………………………………………

成 绩 评 定 表
学生姓名
姚军
班级学号
1101012430
专 业
机械设计制造及其自动化
课程设计题目
数控车床伺服进给系统
结构与控制设计（8）
评

语

组长签字：

成绩

日期

201 年 月 日

课程设计任务书
学 院
机械学院
专 业
机械设计制造及其自动化
学生姓名
姚军
班级学号
1101012430
课程设计题目
数控车床伺服进给系统结构与控制设计（8）
实践教学要求与任务:
1、设计内容
（1）运动设计：确定最佳传动比，计算选择滚珠丝杠螺母副、伺服电动机、导轨及丝杠的支承；
（2）结构设计：完成进给系统装配图设计（0#图1张）；
（3）验算：完成系统刚度计算，验算定位误差等；
（4）设计单片机控制交流电机变频调速的原理图（多速开关）；
（5）按照加速-匀速1-减速-匀速2-减速停的速度曲线，设计单片机控制程序；
（6）撰写设计计算说明书。
2、主要技术参数：
X轴：进给行程 400 mm；进给速度 1-6000mm/min，快移速度 10m/min,；最大进给力：5500 N；定位精度:0.012mm/300mm, 定位精度:0.006mm，横向滑板上刀架重量： 80 Kg。
工作计划与进度安排:（共2周）
（1）集中讲授设计内容、步骤及要求，下发设计题目及任务书，理解题目要求，查阅资料，确定结构设计方案（第16周的周一～周二）
（2）指导学生进行设计计算及确定设计方案、装配图结构设计（第16周的周三～周五）
（3）结构部分说明书撰写及答辩验收（第16周的周六～第17周的周一上午）
（4）控制方案确定及原理图设计、控制程序设计（第17周的周一下午～周四）
（5）控制部分说明书撰写及答辩验收（第17周的周四～周五）
指导教师：

201 年 月 日
专业负责人：

201 年 月 日
学院教学副院长：

201 年 月 日
前言
课程设计是在学完机床课后，进行一次学习设计的综合性练习。通过设计，运用所学过的基础课，技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固加深和扩大所学知识的目的。通过设计，分析比较机床主传动中某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计计算和编写技术文件。完成机床主传动设计，达到学习设计步骤和方法
的目的。通过机床课程设计，获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力。并未进行一般机械的设计创造一定的条件。

滚珠丝杠螺母副的设计
1.确定滚珠丝杠副的导程

因电机与丝杠直联，i=1
由表1查得 Vmax=11m/min n max= 1200r/min
代入得， Ph=10mm
查表，取Ph=10mm
2.确定当量转速与当量载荷
（1） 各种切削方式下，丝杠转速

 nmax=vmax/Ph=11000/10=1100r/min
nmin=vmin/ph=1/10=0.1r/min
（2）各种切削方式下，丝杠轴向载荷
Fmax=4600+0.01*860=4608.6N
Fmin=0.01*860=8.6N
（3）当量转速
nm=(nmax+nmin)/2=(1100+0.1)/2=500.1mm/min
（2）当量载荷
Fm=(Fmax+Fmin)/3=(2*4608.6+8.6)/3=3075.2N
3.预期额定动载荷
（1） 按预期工作时间估算

按表查得：轻微冲击取 fw=1.3 fa=1 可靠性90%取fc=1
已知：Lh=15000小时
代入得 Cam=30636
（2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载Fmax计算：

按表查得： 中预载取 Fe=4.5
代入得Cam=20736
取以上两种结果的最大值 Cam=30636
4.确定允许的最小螺纹底径
（1） 估算丝杠允许的最大轴向变形量
 ① ≤（1/3～1/4）重复定位精度
 ② ≤（1/4～1/5）定位精度
  : 最大轴向变形量   µm
已知：重复定位精度 6µm, 定位精度12µm
① =2 δm=3 ② =4
取两种结果的小值 =2µm
(2）估算最小螺纹底径
  丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式

  (1.1～1.2)行程+（10～14）

已知：行程为360mm,
代入得 L=516mm F0=8.6N d2m=1.49mm
5.确定滚珠丝杠副的规格代号
（1）选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式
（2） 由计算出的在样本中取相应规格的滚珠丝杠副
FFZD4010-5
Ph=10mm , Ca=46500>Cam=30636, d2=34.3mm>d2m=1.49mm
6. 确定滚珠丝杠副预紧力

其中Fmax=4068.6N Fp=1536.2N
7.行程补偿值与与拉伸力
（1） 行程补偿值

式中：
Lh=360 ln=193 =（2～4）ph=3*10=30mm
Lu=580mm

(2) 预拉伸力

代入得 Ft=5735N
8.确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格
（1） 轴承所承受的最大轴向载荷

代入得FBmax=10343N
（2）轴承类型
两端固定的支承形式，选背对背60°角接触推力球轴承
（3） 轴承内径
 d 略小于d2=34.3mm FBP=1/3FBMAX
取 d=30mm
代入得 FBP=1536N
（4）轴承预紧力
预加负荷5600N≥=5478N
（5）按样本选轴承型号规格
  当d=30mm  预加负荷为：≥FBP
 所以选760206TNI轴承
 d=30mm D=100mm B=23mm
9.滚珠丝杠副工作图设计
(1) 丝杠螺纹长度Ls：
Ls=Lu+2Le  由表查得余程Le=40
（2）两固定支承距离L1
按样本查出螺母安装联接尺寸
丝杠全长L
（3）行程起点离固定支承距离L0
由工作图得
Ls=660mm
L1=795mm
L=965mm
L0=35mm
10 . 电机选择
总的转动惯量
J总=0.00202Kg*m2
总得力矩
TM=3.06N*M
根据转动惯量和力矩选择电机
选择型号为120MB
11 . 传动系统刚度
（1）丝杠抗压刚度
   1）丝杠最小抗压刚度
Ksmin=
6.6

×10
Ksmin ：最小抗压刚度 N/m
d2  ：丝杠底径
L1   ：固定支承距离
Ksmin=976 N/m
2）丝杠最大抗压刚度
Ksmax=6.6

 ×10
Ksmax ：最大抗压刚度  N/m
Ksmax=5801N/m
(2) 支承轴承组合刚度
1)一对预紧轴承的组合刚度
KBO=2×2.34
KBO：一对预紧轴承的组合刚度  N/m
dQ  ：滚珠直径mm
Z   ：滚珠数
Famax ：最大轴向工作载荷 N
    ：轴承接触角
由样本查出760206TN1轴承是Famax预加载荷的3倍
dQ=7.144 ,   Z=17  ,  =60
Kamax=2900*3=8700 N/m
KBO=1076 N/m
2）支承轴承组合刚度
由两端固定支承
Kb=2KBO
Kb=2152N/m
Kb   ：支承轴承组合刚度N/m
3）滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度
KC= KC(
KC ：滚珠和滚道的接触刚度N/m
KC ：查样本上的刚度 N/m
FP  ：滚珠丝杠副预紧力 N
Ca  ：额定动载荷 N
由样本查得：KC=1585 N/m；Ca=46500N；
FP=1536.2N
得KC=1088N/m
12.  刚度验算及精度选择
（1）

=

=
1.9*10-3
N/m

=
1.14*10-3
 N/m

F0
=

已知W1=800N ， =0.005 , F0=4N
F0   ：  静摩擦力 N
 ：静摩擦系数
W1  ：正压力N
（2）验算传动系统刚度
Kmin

Kmin ：传动系统刚度 N
已知反向差值或重复定位精度为6
Kmin=2.29<488
（3）传动系统刚度变化引起的定位误差

=3.1*10-3m
（4）确定精度 
 V300p  ：任意300mm内的行程变动量对半闭环系统言，
  V300p≤0.8×定位精度-
丝杠精度取为2级
V300p=8m＜9.6m
(5) 确定滚珠丝杠副的规格代号
已确定的型号：FFZD
公称直径：40  导程：10
螺纹长度：660
丝杠全长：965
P类2级精度
FFZD4010-5-P3  /965x660
13.  验算临界压缩载荷  
Fc ： N
丝杠所受最大轴向载荷Fmax小于丝杠预拉伸力F不用验算。
14 . 验算临界转速
nc=f×10
nc  :   临界转速 r/min
f  ：与支承形式有关的系数
 ：丝杠底径 mm
：临界转速计算长度 mm
由表得f=21.9
由样本得d2=34.3
由工作图及表14得：Lc2= L1- L0
13000＞nmax=1200
15. 验算：
Dn=Dpw nmax
D pw ：  滚珠丝杠副的节圆直径 mm
nmax :  滚珠丝杠副最高转速 r/min
Dpw≈44.3mm
nmax=1200r/min
49732.8>70000
16.  滚珠丝杠副形位公差的标注 
表1：
支承方式
简 图
K2
　λ
f
一端固定
一端自由

0.25
1.875
3.4
一端固定
一端游动

2
3.927
15.1
二端支承

1
3.142
9.7
二端固定

4
4.730
21.9

δm=3

设计总结
在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练。
通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高。通过这次设计 ，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

参考文献
1.陈铁鸣主编．机械设计．第4版．哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,2006
2.王连明,宋宝玉主编．机械设计课程设计．第2版.哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,2005
3. 王知行，刘廷荣主编．.机械原理．.北京：高等教育出版社，2005
4.宋宝玉主编．机械设计手册（第二版）．北京：机械工业出版社，2004
5.陈铁鸣主编．新编机械设计课程设计图册．北京：高等教育出版社，2006 6.张志军.课程设计手册.沈阳理工大学出版，2009