【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，滾珠絲杠副既是傳動(dòng) 元件，也是直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的元件。 圖 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理圖 組成：主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道（回珠器）、螺母座等組成。 工作原理：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動(dòng)，并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始 的循環(huán)運(yùn)動(dòng)?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。 9 特點(diǎn)：①傳動(dòng)效率高：機(jī)械效率可高達(dá) 92%~98%。 ②摩擦力小：主要是用滾珠的滾動(dòng)代替了普通絲桿螺母副的滑動(dòng)。 ③軸向間隙可消除：也是由于滾珠的作用，提高了系統(tǒng)的剛性。經(jīng)預(yù)緊后可消除間隙。 ④使用壽命長(zhǎng)、制造成本高：主要采用優(yōu)質(zhì)合金材料，表面經(jīng)熱處理后獲得高的硬度。 （ 1）最大工作荷載計(jì)算 滾珠絲杠的工作載荷 mF （ N）是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。它包 括滾珠絲杠的走到抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。 由于原普通 CA6140車(chē)床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，則用公式 21計(jì)算 工作載荷的大小。 ()mvF K FL f F G?? ? ? （ 31） ①車(chē)削抗力分析 車(chē)削外圓時(shí)的切削抗力有 xF ﹑ yF ﹑ zF ，主 切削力 zF 與主切削速度方向一致 垂直向下，是計(jì)算機(jī)床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)。切深抗力 yF 與縱向進(jìn)給垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進(jìn)給抗力 xF 與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它。 圖 切削時(shí)總切削力的分解 10 縱切外圓時(shí)，車(chē)床的主切削力 zF 可以用下式計(jì)算： z z zzzxF yF nFz F p FF C a f V K? （ 32） =5360(N) 根據(jù)公式： ::z x yF F F =1:: （ 33） 得 xF =1340(N) yF =2144(N) 因?yàn)檐?chē)刀裝夾在拖板上的刀架內(nèi)，車(chē)刀受到的車(chē)削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，車(chē)削作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給托板的載荷 1F ﹑ vF 和 cF 與車(chē)刀所受到的車(chē)削抗力有對(duì)應(yīng)關(guān)系。 因此，作用在進(jìn)給托板上的載荷可以按下式求出： 托板上的進(jìn)給方向載荷 1F = xF =1340(N) 托板上的垂直方向載荷 vF = zF =5360(N) 托板上的橫向載荷 cF = yF =2144(N) 因此，最 大工作載荷 ()mvF K FL f F G?? ? ? = 1340+ (5360+90 ) =(N) 對(duì)于三角形導(dǎo)軌 K=, f? =～ ,選 f? =(因?yàn)槭琴N塑導(dǎo)軌 )， G是 縱向﹑橫向溜板箱和刀架的 重量，選縱向﹑橫向溜板箱的重量為 75kg,刀架重量為15kg. ②最大動(dòng)載荷 C的計(jì)算 滾 珠 絲 杠 應(yīng) 根 據(jù) 額 定 動(dòng) 載 荷 Ca 選 用 ， 可 用 式 34 計(jì) 算 ： 3 mmC Lf F? （ 34） L 為工作壽命，單位為 10r， L=60nt／ 10。n 為絲杠轉(zhuǎn)速（ r／ min） ,n=1000v／ L0。v 為 最大切削力條件下的 進(jìn)給速度（ m／ min） ,可取最高進(jìn)給速度的 1/2～ 1/3。L0為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得 L0=12mm。 mf 為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)有沖擊振動(dòng)，所以取 mf =. V縱向 = 1400r/min=2226mm/min 11 n縱向 =v縱向 1/2/L0=2226 1/2/12=∴ L=60nt/106=60 15000/106= 則 3 mmC Lf F? = =11740（ N） 初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷 Ca不得小于最大載荷 C。因此有 Ca＞ C=11740N 另外例如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另一種失效形式 滾珠接觸面上的塑性變形。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷 oaC 是否充分地超過(guò)了滾珠絲杠的工作載荷 Fm,一般使 oa mCF =2～ 3. 初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因?yàn)閮?nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝?？紤]到簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。 因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為型 FL2021330/410型，主要參數(shù)為 wD =, 0L =8mm, md =63mm, ? =2o19 ’，圈數(shù)列數(shù) 1 ③縱向 滾 珠 絲 杠 的 校 核 1）傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 ? ta n ta n 2 1 9ta n ( ) ta n ( 2 1 9 1 0 )o o?? ? ?? ? ??? ???92% （ 35） 2）剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定 位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠和螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。 絲杠的拉壓變形量 1? 1 mFlEA? ?? （ 36） =177。 2280/ 10π ()2 = 2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2? 12 采用有預(yù)緊的方式， 因此用公式 2? = 23mw yjFD F Z? （ 37） = 在這里 yjF =1/3 mF =1/3 =597N m wdZ D??? 63/= Z?? 1= 絲杠的總變形量 ? =1? + 2? =+= 查表知 E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為 ，故所選絲杠合格。 3）壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作負(fù)載過(guò)大，將使絲杠失 去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為 kF 2 2zk f EIF L? （ 38） 式中： E為絲杠材料彈性模量，對(duì)鋼 E= 104Mpa； I為截面慣性矩，對(duì)絲杠圓截面4 4()64ldI mm?? (ld 為絲杠的底徑 )； L為絲杠的最大工作長(zhǎng)度（ mm）； z f 為絲杠的支撐方式系數(shù)由表 。 表 方式 兩端端自由 一端固定一端自由 兩端固 定 兩端簡(jiǎn)支 zF 由 2 2zk f EIF L?? 且 zf =, E= 10? Mpa, 4 4()64ldI mm?? ,L=2800mm為絲杠的長(zhǎng)度 由于 I=519614mm 24 25196142 3 . 1 4 2 0 . 6 1 0 2800kF ? ? ? ? ? 13 =276276 276276 14 9 41875kN ? ? ?? 所以絲杠很穩(wěn)定。 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤(pán)將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來(lái)，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。 由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類(lèi)似，所用到的公式不再詳細(xì)說(shuō)明，只計(jì)算結(jié)果。 電機(jī)初步估算轉(zhuǎn)速為 1500r/min，進(jìn)給速度 maxV =2 /minm 。 根據(jù)公式： inVPh maxmax? ； 則： mminV 0200 0m a xm a x ???； 根據(jù)資料可查到滾珠絲杠的標(biāo)準(zhǔn)系列，初選 4hP mm? 。 已知條件如下： 工作臺(tái)重量： 300WN? ； 脈沖當(dāng)量： /mm step? ? ； 步距角： /a step?? ； 進(jìn)給速度： max 2 / minVm? ； 滾珠絲杠基本導(dǎo)程： 0 4L mm? ； 滾珠絲杠行程： 650S mm? ； (1) 削力計(jì)算 橫向進(jìn)給量為縱向的 11~23，取 12 ，則切削力約為縱向的 12 ： 14 1 1 9 0 9 .4 4 9 5 4 .7 22ZFN? ? ?； 在切斷工件時(shí)： 0 .5 0 .5 9 5 4 .7 2 4 7 7 .3 6yZF F N? ? ? ?； (1) 強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌： ()yZP KF f F W?? ? ?； 取 K=， f? =； 則： ? ?1 .4 4 7 7 .3 6 0 .2 9 5 4 .7 2 3 0 0 9 1 9 .2 4 8PN? ? ? ? ? ?； 壽命值： 66010iii nTL ? ； 由以上條件，可以確定步 進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠齒輪傳動(dòng)比： 0 ?? ???pLi ??； 由于電機(jī)軸與滾珠絲杠之間是降速傳動(dòng) 則： m a x 13 1 5 0 0 9 0 0 / m in5n V ri? ? ? ?電 max 。 由資料可知，當(dāng)量轉(zhuǎn)速 mV 在 max minVV與 之間變化時(shí)： max min2m VVV ?? ； 取 minV 為 1/minr 時(shí)， / minmVr? ；取 450 / minmVr? ； 因此： 15 6660 6 0 4 5 0 1 5 0 0 0 4051 0 1 0iii nTL ??? ? ?； 根據(jù)資料可知，最大動(dòng)負(fù)載為： 33 4 0 5 9 1 9 .2 4 8 1 1 .2 8 1 6 1 .4 2i W HQ L P f f N? ? ? ? ? ?。 根據(jù)最大負(fù)載 Q 值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào) ,外循環(huán)插管埋入式雙螺母預(yù)緊式的滾珠絲杠，型號(hào)為 2021— — 3左，其中額定動(dòng)載荷為 14200N，所以強(qiáng)度夠用。 (2) 效率計(jì)算 經(jīng)計(jì)算螺旋升角 230? ??? ，摩擦角 10? ?? ； 則： 2 3 0 0 . 9 2 6( ) ( 2 3 0 1 0 )tg tgtg tg?? ?? ??? ? ???? ? ?。 (3) 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P引起的導(dǎo)程的變化量： 601 629 1 9 . 2 4 8 0 . 4 4 2 . 7 1 1 02 0 . 6 1 0 3 . 1 4 ( 2 . 8 9 6 4 )PLL c mEF ???? ? ? ? ? ? ?? ? ?； 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量 2L 很小，即： 1LL? ?? 。所以，導(dǎo)程變形總誤差為： 6100 2 .7 1 1 0 6 .7 8 /0 .4 mm??? ? ? ? ?； 查表 可知 3級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（ 1m）為 15 /mm? ，故剛度足夠。 (4) 穩(wěn)定性 由于選用的滾珠絲杠的直徑與絲杠直徑相同，而支承方式由原來(lái)的一端固定，一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算。 有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動(dòng)比： 0 0 .7 5 4 5 1 .6 73 6 0 3 6 0 0 .0 0 5 3pLi ? ? ?? ? ? ??； 故?。? 1 18Z? ， 2 30Z? ， 2m? ， 20b mm? ， 20a??， 1 36d mm? ， 16 2 60d mm? ， 1 40ad mm? ， 2 64ad mm? ， 4