滚珠丝杠副选型内部资料.doc

滚珠丝杠选型培训教材
一. 培训内容
1. 根据用户的要求,结合样本选择合适的滚珠丝杠副参数
2. 滚珠丝杠副在机床上的装配
二.滚珠丝杠副的设计步骤和方法
滚珠丝杠副已经标准化，一般由设计人员参照《机械设计手册》等相关资料确定.因此它的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。
1.选型的主要参数
公称直径,导程,循环方式,预紧方式,各段轴径的长度,行程精度,螺母安装尺寸,润滑密封方式，预拉伸，校核。
2.各参数的确定:
1)　确定滚珠丝杠规格
滚珠丝杠副设计时一般根据不同的使用条件和要求来确定滚珠丝杠副的尺寸规格。
当滚珠丝杠副在较高转速下运转时,常见的失效形式是钢球或螺纹滚道接触疲劳点蚀.通常用额定动载荷表示螺旋传动的抗点蚀能力,所以我们根据额定动载荷来确定来滚珠丝杠副的尺寸规格。额定动载荷是指一批相同规格的滚珠丝杠经过运转一百万次后, 90%的丝杠副(螺纹表面或滚珠) 不产生疲劳剥伤(点蚀) 时的轴向载荷。在实际运用中额定动载荷值可按下式计算

式中: fh 为寿命系数, 按滚珠丝杠预期寿命选取;
fd为载荷性质系数, 按工作载荷性质选取;
fH 为动载荷硬度影响系数, 按滚珠及滚道表面硬度选取;
fn 为转速系数, 按丝杠平均转速nd 选取;
Pd 为平均轴向载荷。
不同工况下, 平均轴向载荷及平均转速计算方法有多种, 对加工中心而言, 可认为属通用型设备, 针对的是不同的用户和不同的工况, 其工作条件及所占工作时间并无一定规律, 平均轴向载荷及平均转速可按下面公式计算为
Pd = (2Pmax + Pm in ) /3 ( 3)
nd = (nmax + nm in ) /2 ( 4)
式中: Pmax最大轴向载荷; nmax为最高转速; Pmin为最小轴向载荷; nmin为最小转速。
最小轴向载荷为工作台和工件作用下的导轨摩擦力, 最大轴向载荷的计算即为机器承受最大负荷时滚珠丝杠副的传动力, 它为切削力在滚珠丝杠轴向的分力与导轨摩擦力之和(此时导轨摩擦力是由工作台、工件、夹具三者总的重量以及切削力在垂直导轨方向的分量共同引起。)
在计算出额定载荷后, 可按额定动载荷从样本中选取滚珠丝杠的公称直径和型号。选择额定动载荷比计算出的额定载荷稍大的规格。
当滚珠丝杠副在低速下(n＜10r/min)运转时,常见的失效形式是钢球或螺纹滚道产生较大的塑性变形.通常用额定静载荷衡量螺旋传动的抗塑性变形能力,所以我们根据额定静载荷来确定来滚珠丝杠副的尺寸规格。额定静载荷是指滚珠或螺纹滚道型面接触点上的塑性变形量之和为滚珠止境的万分之一时所能承受的轴向工作载荷。它与载荷的大小，载荷的冲击，振动，滚道硬度等都有关。可以参考相关的公式计算。
2)　丝杠导程的确定
丝杠导程的选择一般根据设计目标快速进给的最高速度为vmax、伺服电机的最高转速nmax及电机与丝杠的传动比i来确定, 基本丝杠导程应满足下式为:

3)循环方式
根据滚珠循环反向过程中是否脱离丝杠表面，分为内循环和外循环。内循环螺母安装尺寸小，适用于中小导程，中低速的使用场合。外循环结构包括插管式，端块式，套筒-螺旋槽式等多种结构，我公司主要采用的是插管式，螺母安装尺寸大，应用场合广泛，特别是对于大导程丝杠副。
4) 预紧方式
根据重复定位精度要求，选择合适的预紧方式。只起传动作用的，可以采用间隙配合，有定位要求的，根据载荷的大小以及安装位置的限制，选择预紧方式。包括双螺母齿差式，双螺母螺纹式，双螺母垫片式，单螺母变位导程预紧，单螺母增大钢球预紧。
预紧力的大小根据最大轴向载荷的1/3计算，当最大载荷无法计算时，取额定动载荷的1/20-1/10。
5)各段轴径的长度
丝杠滚珠螺纹段长度= 有效行程 +余程（3-4个导程）
丝杠全长=丝杠滚珠螺纹段长度+两端轴径长度
6)行程精度
滚珠丝杠的精度直接影响数控机床的定位精度,在滚珠丝杠精度参数中, 其导程误差对机床定位精度影响最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意300mm行程变动量V300p应小于目标设定位的定位精度值的1 /3～1 /2, 在最后精度验算中确定。

7)螺母安装尺寸
根据安装外圆直径，法兰盘安装位置等选择。
8)润滑密封方式
（1）润滑
使用润滑剂可以提高滚珠丝杠的耐磨性和传动效率。润滑剂有液体和固体两种。液体润滑剂可用20号或30号机油、90～180号透平油或140号主轴油等。固体润滑剂可用高压润滑脂或锂基润滑脂。用液体润滑时，可从螺母壳体上的油孔注入螺母内的空间。固体润滑脂则要直接加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。
（2）防护
丝杠预紧后，轴向间隙减少。当硬质灰或切屑等污物落入螺纹滚道内，就会妨碍滚珠的运转，并加快磨损，因此必须有防护装置。常用的防护装置有：
a．密封圈 密封圈装在螺母的两端，用聚氯乙烯制成，其内孔与螺纹滚道向贴合。这类密封圈的防尘效果好，但有接触压力，会使摩擦力矩稍有增加。
b．防护罩
防护罩能防止尘土及硬性杂质等进入滚珠丝杠。防护罩的形式有锥形套管、伸缩套管、也有折叠式（手风琴式）的塑料或人造革防护罩。对防护罩材料的性能要求是：耐油、耐腐蚀、耐高温、耐用等。
9.预拉伸.主要用于精度要求高的丝杠副。丝杠副的实际工作温度高于精度测试温度，丝杠将伸长。计算出一定温度下的伸长量，在丝杠加工时设定行程补偿值。

10.校核，高速运转的需要验算临界转速和DN值。

最高转速〈0.8*临界转速
DN〈70000
三.滚珠丝杠副在机床上的安装方式
（1）支承方式
滚珠丝杠的支承方式对进给系统的传动精度影响很大。为了提高丝杠的轴向承载能力，采用高刚度的推力轴承支承，当轴向载荷很小时，也可用向心推力轴承。其支承方式有下列几种：

1）一端装推力轴承，另一端自由 如图a所示，此种支承方式的轴向刚度低，承载能力小，只适用于短丝杠。如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直进给轴等。
2）一端装推力轴承，另一端装向心轴承 如图b所示，此种方式可用于丝杠较长的情况。为了减少丝杠热变形的影响，热源应远离推力轴承一端。
3）两端装推力轴承 如图c所示，两个方向的推力轴承分别装在丝杠两端，若施加预紧力，可以提高丝杠轴向传动刚度，但此支承方式对丝杠的热变形敏感。
4）两端均装双向推力轴承 如图d所示，丝杠两端均采用双向推力轴承和向心轴承或向心推力球轴承，可以施加预紧力。这种方式可使丝杠的热变形转化为推力轴承的预紧力。此支承方式适用于刚度和位移精度要求高的场合，但是结构复杂。
（2）制动装置：由于滚珠丝杠的传动效率高，无自锁作用，须装有制动装置（常用的制动装置一般有超越离合器或电磁制动器等器件组成）。
（2）.注意事项
三点同心，密封，润滑