滚珠丝杠及电机选型计算

1、确定滚珠丝杠副的导程 

 

根据电机额定转速和X向滑板最大速度，计算丝杠导程。

X向运动的驱动电机选择松下MDMA152P1V，电机最高转速为4500rpm。电机与滚珠丝杆通过联轴器连接，传动比为0.99。X向最大运动速度24m/min，即24000mm/min。

则丝杠导程为 

实际取P_h=10mm，可满足速度要求。 

 

2 、滚珠丝杠副的载荷及转速计算 

 

滚动导轨承重时的滑动摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为0.006。则导轨静摩擦力： 

式中： 

M —工件及工作台质量， M为500kg。 

f  — 导轨滑块密封阻力，按4个滑块，每个滑块密封阻力5N。

 

由于该设备主要用于检测，丝杠工作时不受切削力，检测运动接近匀速，其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有： 

滚珠丝杠副的当量载荷：  

滚珠丝杠副的当量转速： 

 

3 、滚珠丝杠副预期额定动载荷

 

3.1、按滚珠丝杠副的预期工作时间计算： 

式中： 

n_m — 当量转速，

L_h — 预期工作时间，测试机床选择15000小时 

f _W — 负荷系数，平稳无冲击选择 f_W =1 

f_a — 精度系数，2级精度选择 f _a =1

 f_c — 可靠性系数，一般选择 f_c =1 

 

3.2 按滚珠丝杠副的预期运行距离计算： 

 式中： 

L_s — 预期运行距离，一般选择L_s = 24X10³ m

 

3.3 、按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算： 

式中： 

f_e — 预加负荷系数，轻预载时，选择f_e = 6.7

f_max — 丝杠副最大载荷 

 

4 、估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量d_m 

*重复定位精度 

X向运动的重复定位精度要求为0.03mm，则 

 

5 、估计算滚珠丝杠副的螺纹底X  

 

5.1 、根据X向运动行程为1000mm，可计算出两个固定支承的最大距离： 

L» (1.1~1.2) ´l + (10~14) ´P_h= 1.2´1000+14´10 =1340mm

 

5.2 按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底X： 

式中： 

F₀ — 导轨静摩擦力，F₀=49.4N 

L — 滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离，L = 1340mm  则有 

6 、导程精度的选择 

 

根据X向运动的定位精度要求达到0.08mm/1000mm，则任意300mm。长度的导程精度为0.024mm。 

 

7 、确定滚珠丝杠副规格代号

 

按照丝杠P_h、d_2m、C_am选择SFS6310滚珠丝杆，精度等级2级。丝杆基本导程P_h=10mm，丝杠外X _d=61mm，螺母外径90mm，珠径6.35mm，额定动载荷C_a =48740N ＞C_am，额定静载荷C_ao=156912N。 

 

8 、电机选择 

 

条件：选择伺服电机驱动，伺服电机选取松下MINAS A4系列MDMA152P1*型中惯量电机，其功率：1.5KW；额定转矩：7.15 N.m；电机惯量JM：0.00123 Kg.m² 

 

X向运动工件及工作台质量估计最大值约1500Kg。

 

8.1 外部负荷的转动惯量：丝杆部分的转动惯量： 

 

 外部负荷的负荷转动惯量： 

则有：

 

加在电机上的转动惯量： 

 

8.2 、外部负荷产生的摩擦扭矩： 

  

P_h — 滚珠丝杆副的导程 

h — 未预紧的滚珠丝杆副的效率（2级精度h=0.9）

 F — 外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中含切削力为0 

 

8.3 、预紧力产生的摩擦扭矩： 

式中：

F_p — 滚珠丝杆副间的预紧力，F_p = F _max/3 = 49.4/31 = 6.47N

 

8.4 、支承轴承产生的摩擦扭矩： 

 

选择深沟球轴承，轴承代号：6207，查轴承样本可得摩擦力矩：T_b1=0.23N.m。

 

1.8.5 加速度产生的负荷扭矩： 

根据设计要求可知：X向工作台运动速度为v=24m/min，对应电机转速n₂=144rpm，最大加速度为a=40mm/s²,则工作台速度从0升至25mm/s所需时间： 

 当电机转速从n₁=0升至n₂=144rpm时，其负荷扭矩 

8.6、电机总扭矩： 

所选择电机额定扭矩为7.15N.m，大于计算电机总扭矩3倍以上。所选择电机扭矩符合要求。 

1. -End-

来源：非标设备开发编辑整理