滚珠丝杠选型和电机选型计算

1.滚珠丝杠及电机选型计算
1.1 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
max max 24000/ 5.390.994500
h P V i n =⋅=≈⨯ 实际取mm P h 10=，可满足速度要求。

1.2 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：
000.0065009.84549.4F M g f N μ=⋅⋅+=⨯⨯+⨯=
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：
max min 60/6024/10144h n n v P rpm ≈=⋅=⨯=
max min 049.4F F F N ≈≈=
滚珠丝杠副的当量载荷：
max min 0249.43
m F F F F N +=≈= 滚珠丝杠副的当量转速：
max min 1443
m n n n rpm +=
= 1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 1.3.1按滚珠丝杠副的预期工作时间计算：
49.41253.0310010011
m w am a c F f C N f f ⨯===⨯⨯ 式中： m n ——当量转速，max min 1443
m n n n rpm +== h L ——预期工作时间，测试机床选择15000小时
w f ——负荷系数，平稳无冲击选择w f =1
a f ——精度系数，2级精度选择a f =1
c f ——可靠性系数，一般选择c f =1
1.3.2 按滚珠丝杠副的预期运行距离计算：
49.416784.0411
m w am a c F f C N f f ⨯===⨯ 式中：
s L ——预期运行距离，一般选择32410s L m =⨯
1.3.3 按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算：
max 6.749.4303.98am C f F N ε==⨯=
式中：
e f ——预加负荷系数，轻预载时，选择e f =6.7
max F ——丝杠副最大载荷
1.4 估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量δm
()•≤4/1~31m δ重复定位精度
X 向运动的重复定位精度要求为0.03mm ，则
1
0.030.00754
m mm δ≤⨯=
1.5 估计算滚珠丝杠副的螺纹底X 1.5.1 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：
(1.1 1.2)(1014) 1.2100014101340h L l P mm ≈⋅+⋅=⨯+⨯=
1.5.2 按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底X ：
m
o m L F d δ1000039.02≥ 式中：
F 0——导轨静摩擦力，F 0=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
2 3.69m d mm ≥= 1.6 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 。

1.7 确定滚珠丝杠副规格代号
按照丝杠Ph 、d2m 、Cam 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Xd=61mm ，螺母外径90mm ，珠径6.35mm ，额定动载荷Ca =48740N ＞C am ，额定静载荷Cao=156912N 。

1.8 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.m 2
X 向运动工件及工作台质量估计最大值约1500Kg 。

1.8.1 外部负荷的转动惯量：
丝杆部分的转动惯量：
22210151996565.0031.0633.312
121m kg r m J ⋅=⨯⨯=⋅= 外部负荷的负荷转动惯量： 2221 090.01899920201.015000151996565.0)2(m kg P m J J h L ⋅=⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯+=⋅+=ππ 则有：
45.1500123
.0 090.01899920==M L J J 加在电机上的转动惯量：
2 090.0202292000123.0 090.01899920m kg J J J M L ⋅=+=+=
1.8.2 外部负荷产生的摩擦扭矩：
3349.41010100.0884220.9
h p F P T N m πηπ--⋅⨯=
⨯=⨯=⋅⋅⨯ 式中： h P ——滚珠丝杆副的导程
η——未预紧的滚珠丝杆副的效率（2级精度η=0.9）
F ——外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中含切削力为0
1.8.3 预紧力产生的摩擦扭矩：
22
3322149.4/310110100.06222p h D F P T N m ηηπηπη
--⋅-⨯-=⨯⨯=⨯⨯=⋅ 式中：
p F ——滚珠丝杆副间的预紧力，max /349.4/316.47p F F N ===
1.8.4 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：1b T =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2n =144rpm ，最
大加速度为a=40mm/s 2,则工作台速度从0升至25mm/s 所需时间：
1.1t s ==≈ 当电机转速从1n =0升至2n =144rpm 时，其负荷扭矩
()2122(1440)0.02020.17376060 1.1
j n n T J N m t ππ-⨯-=⋅=⨯=⋅⋅⨯ 1.8.6 电机总扭矩：
0.49837.15m p D j b T T T T T N m =+++=<⋅
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。