滚珠丝杠驱动
(完整word版)丝杆功率、扭矩计算
1）、例如：滚珠丝杆导程为10mm，外径为32mm，通过螺母转动提升重物300kg，每秒提升70mm。
m*g*v=n*w 由于实际操作过程中不要求精确计算，所以可依功率恒定来算题中已知信息可得：每秒提升70mm意味着，每秒丝杆转7*2π弧度即W=14π rad/s结果：n=mgv/w=300*10*70*0.001/14π=4.8nm则电机需要选择9.6NM以上的，估计步进电机都行省钱！（功率=转矩*角速度）2)、怎样计算滚珠丝杠驱动扭矩及电机功率(1) 速运行，非精确计算可以套用以下公式：Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1）式中Ta：驱动扭矩kgf.mm；Fa：轴向负载N（Fa=F+μmg，F：丝杠的轴向切削力N，μ：导向件的综合摩擦系数，m：移动物体重量(工作台+工件)kg，g:9.8 ）；I：丝杠导程mm；n1：进给丝杠的正效率。
1. 2(2) 假设工况：水平使用，伺服电机直接驱动，2005滚珠丝杠传动，25滚珠直线导轨承重和导向，理想安装，垂直均匀负载1000kg，求电机功率：Fa=F+μmg，设切削力不考虑，设综合摩擦系数μ=0.1，得Fa=0.1*1000*9.8=980N；Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1），设n1=0.94，得Ta=980*5/5.9032≈830N.mm=0.83N.M根据这个得数，可以选择电机功率。
以台湾产某品牌伺服为例，（200W 查样本得知，额定扭矩大于0.83N.M的伺服电机是400W。
是0.64N.M，小了。
400W额定1.27N.M，是所需理论扭矩的1.5倍，满足要求）当然咯，端部安装部分和滚珠丝杠螺母预压以及润滑不良会对系统产生静态扭矩，也称初始扭矩，实际选择是需要考虑的。
另外，导向件的摩擦系数不能单计理论值，比如采用滚珠导轨，多套装配后的总摩擦系数一定大于样本参数。
而且，该结果仅考虑驱动这个静止的负载，如果是机床工作台等设备，还要考虑各向切削力的影响。
滚珠丝杠的扭矩和功率
•滚珠丝杠的直径，螺距，转速步骤/方法1.速运行，非精确计算可以套用以下公式：Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1）式中Ta：驱动扭矩kgf.mm；Fa：轴向负载N（Fa=F+μmg， F：丝杠的轴向切削力N，μ：导向件的综合摩擦系数，m：移动物体重量(工作台+工件)kg，g:9.8 ）；I：丝杠导程mm；n1：进给丝杠的正效率。
2.假设工况：水平使用，伺服电机直接驱动，2005滚珠丝杠传动，25滚珠直线导轨承重和导向，理想安装，垂直均匀负载1000kg，求电机功率：Fa=F+μm g，设切削力不考虑，设综合摩擦系数μ=0.1，得Fa=0.1*1000*9.8=980N；Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1），设n1=0.94，得Ta=980*5/5.9032≈830N.mm=0.83N.M根据这个得数，可以选择电机功率。
以台湾产某品牌伺服为例，查样本得知，额定扭矩大于0.83N.M的伺服电机是400W。
（200W是0.64N.M，小了。
400W额定1.27N.M，是所需理论扭矩的1.5倍，满足要求）当然咯，端部安装部分和滚珠丝杠螺母预压以及润滑不良会对系统产生静态扭矩，也称初始扭矩，实际选择是需要考虑的。
另外，导向件的摩擦系数不能单计理论值，比如采用滚珠导轨，多套装配后的总摩擦系数一定大于样本参数。
而且，该结果仅考虑驱动这个静止的负载，如果是机床工作台等设备，还要考虑各向切削力的影响。
若考虑加速情况，较为详细的计算可以参考以下公式（个人整理修正的，希望业内朋友指点）：水平使用滚珠丝杠驱动扭矩及电机功率计算：实际驱动扭矩：T=(T1+T2)*eT：实际驱动扭矩；T1：等速时的扭矩；T2：加速时的扭矩；e：裕量系数。
等速时的驱动扭矩：T1=（Fa*I）/（2*3.14*n1）T1：等速驱动扭矩kgf.mm；Fa：轴向负载N【Fa=F+μmg， F：丝杠的轴向切削力N，μ：导向件综合摩擦系数，m：移动物体重量(工作台+工件)kg，g:9.8 】；I：丝杠导程mm；n1：进给丝杠的正效率。
步进电机驱动滚珠丝杠与直线导轨工作原理
步进电机驱动滚珠丝杠与直线导轨工作原理
步进电机驱动滚珠丝杠与直线导轨是一种常见的传动方式，它能够转换电脉冲信号为机械运动，保证了精准和高效的控制，被广泛应用于数控机床、自动化设备和3D打印等领域中。
步进电机是一种定位精度高、结构简单的电机，它根据电脉冲信号的频率和方向控制逐步转动的角度或步数。
滚珠丝杠是一种高效的力转换装置，由螺纹轴和螺母构成，通过滚珠在螺纹轴和螺母之间滚动实现转换。
直线导轨是一种线性移动装置，由导轨和导轨滑块组成，通过导轨滑块在导轨上滑移实现线性运动。
在步进电机驱动滚珠丝杠的传动系统中，步进电机通过直接驱动滚珠丝杠使其旋转，滚珠丝杠的旋转转换为直线移动，并通过直线导轨的导向实现工作台等工件的移动。
在具体实现中，步进电机控制器产生一系列电脉冲信号，驱动电机旋转一定的角度或步数，从而带动滚珠丝杠旋转。
滚珠在丝杠与螺母之间的滚动转换为丝杠的线性运动，并通过导轨的导向实现工件的精准移动。
该传动系统具有结构简单、可靠性高、定位精度高等优点，适用于高精度定位和拉伸等应用场合。
但需要注意的是，在使用过程中要根据具体情况选择适当的步进电机和滚珠丝杠，并加强维护保养，以免因摩擦和磨损导致误差和故障。
高速滚珠丝杠进给驱动系统机械模型的仿真研究
中 图分 类号 ： ３ ＴＨ １ ２
文献 标志 码 ： Ｂ
Ｗ Ｕ ｈ ｍｉｇ ．Ｗ ＡＮＧ ｕ ｋ ｉ Ｚ ｉ ｎ Ｊ ｎ ｕ
Ｔｈｅ Ｓ ｍ ｕｌ ｔｏ ｏ ｌＭ ａ ｈｉ ｒ ｆＨ ｉ ｈ Ｓ ｅ ｌ Ｓ ｒ ｗ ｉ ｉ ｙ ｔ ｍ ｉ ａ ｉ ｎ Ｍ ｄｅ ｃ ｎｅ ｙ ｏ ｇ ｐｅ ｄ Ｂａ ｌ ｃ ｅ Ｄｒｖ ｎｇ Ｓ ｓ ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｈｉ ｈ ｓ ｅ ｄ，Ｂ ｌ ｓ ｒ ｗ ，Ｄｒｖ ｎ ｙ ｔ ｍ ｙ ｗｏ ｄ ： ｇ ｐ ｅ ａｌ ｃｅ ｉｉ ｇ ｓ ｓ ｅ
伴 随着 数控 机 床 加 工 精 度 的 不 断 提 高 ， 定 位 其
精 度 已经成 为一 个非 常 重要并 急 需解 决 的 问题 。由
２ Ｔｅｈ ｏｏ ｙＤｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｅＨａｂｎ Ｅｌｅｒ ｍｏｏ ａ ｔＡＣ／ ＤＣ ｔ ｒＣｏ Ｍｏ ｏ ．，Ｌｔ Ｈａｂｎ １ ０ ４ ｄ， ｒ ｉ ５ ０ ０，Ｃｈｎ ） ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｈｉ ａｐ ｒ ｅ ｔ ｌｓ ｄ ｔ ｇ ｐ ｅ ｌ ｓ ｒ ｗ ｅ ｄｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｅ ｈａ ｃ ｌｍ ｏｄ １ Ｔｈｅｋｅ ｏ ａ ａ ｙ ｅ ｔ ｅ ｍ ｅ ｓｒｃ ： ｓ ｐ ｅ ｓａｂ ｉｈｅ ｈｅｈｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｂａｌ ｃ ｅ ｆｅ ｎ ｙ ｔ ｍ ｍ ｃ ｎｉａ ｅ． ｙｔ ｎ ｌｚ ｈ — ｃ ｎｉａ ｙｓ ｅ ｏ ｈ ｈ ｅ ｉ ｉ ｎｇ ｓ ｓ ｅ ｎｆｕ ｎｃ ｎｄ ｂｙ ｕｓｎｇ ｆ ｈａ ｃ ｌｓ ｔ ｍ ｆ ｔ ｅ ｗ ｏｌ ｓ ｄｒｖｉ ｙ ｔ ｍ ｉ ｌ ｅ ｅ ａ ｉ ｏ Ｍ ＡＴ ＩＡＢ ｃ ｐ ｅ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｎａｙｓｓ ａｎ ｒ — ｏｍ ｕｔ ｒ ｓｍ ｌ ｔｏ ａ ｌ ｉ ｄ ｅ
滚珠丝杠的选择及电机选型计算
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 。
电机与滚珠丝杆直连，传动比为1。
X 向最大运动速度25mm/s ，即1500mm/min 。
则丝杠导程为mm n i V P h 34.045001/1500/max max ≈⨯=⋅=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：N f g M F 2.108548.91500006.000=⨯+⨯⨯=+⋅⋅=μ式中：M ——工件及工作台质量，经计算M 约为1500kg 。
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：15010/2560/60min max =⨯=⋅=≈h P v n n rpmN F F F 2.1080min max =≈≈滚珠丝杠副的当量载荷：32minmax F F F m +=≈0F =108.2N滚珠丝杠副的当量转速：1502minmax =+=n n n m rpm1.3 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：N f f f F L n C c a w m h m am 06.5551110012.10815000150601006033=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=式中：m n ——当量转速，15010/2560/60=⨯=⋅=h m P v n rpmh 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wf =1a f ——精度系数，2级精度选择a f =1c f ——可靠性系数，一般选择c f =11.3.2 按滚珠丝杠副的预期运行距离计算：N f f f F P L C c a w m h s am 9993.146841112.108101010253333=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=- 式中：s L ——预期运行距离，一般选择mL s 31025⨯=1.3.3 按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算：N F f C e am 94.7292.1087.6max =⨯==式中：e f ——预加负荷系数，轻预载时，选择e f =6.7max 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 m()∙≤4/1~31m δ重复定位精度X 向运动的重复定位精度要求为0.005mm ，则00125.01.041=⨯≤m δmm1.5 估计算滚珠丝杠副的螺纹底X1.5.1 根据X 向运动行程为1200mm ，可计算出两个固定支承的最大距离：mm P l L h 1580101412002.1)14~10()2.1~1.1(=⨯+⨯=⋅+⋅≈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 ：mo m LF d δ1000039.02≥式中：F 0——导轨静摩擦力，F 0=108.2NL ——滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离，L=1580mm则有mm d m 42.1400125.0100015802.108039.02=⨯⨯⨯≥1.6 导程精度的选择根据X 向运动的定位精度要求达到0.005mm/1000mm ，则任意300mm 。
滚珠丝杆导轨电机连接方法
滚珠丝杠导轨电机连接方法通常涉及到将电机与滚珠丝杠导轨系统正确地组装和连接在一起，以确保精确和高效的运动控制。
以下是一般的连接步骤：
1. 准备工作：
在开始之前，确保滚珠丝杠导轨系统干净，没有灰尘和杂质。
准备好所需的工具，如扳手、螺丝刀等。
2. 安装滚珠丝杠：
将滚珠丝杠安装到导轨上，通常需要使用螺丝将丝杠固定到导轨的螺纹孔中。
确保滚珠丝杠的安装位置和方向正确。
3. 安装电机：
将电机底座与滚珠丝杠的支架或导轨的特定位置对齐。
使用螺丝将电机底座固定到导轨或支架上。
4. 连接驱动器：
如果电机与驱动器是分离的，需要将电机与驱动器通过电缆或集线器连接起来。
确保连接符合制造商的规范和标准。
5. 调试和校准：
在电机与滚珠丝杠系统连接后，进行初步的调试和校准。
使用控制系统或调试软件来设置和优化电机参数，确保运动精度和稳定性。
6. 安全检查：
在操作前，进行安全检查，确保所有连接都牢固且正确。
检查电机和滚珠丝杠导轨系统是否有任何损坏或磨损。
7. 测试运行：
启动电机，测试滚珠丝杠导轨系统的运动是否平稳和准确。
检查是否有任何异常噪音、振动或限制运动的情况。
滚珠丝杠参数驱动模型及仿真
滚珠丝杠参数驱动模型及仿真滚珠丝杠是一种常用的转动运动与直线运动之间的转换装置。
它由滚珠、螺杆和螺母三部分组成。
滚珠丝杠通过滚珠在螺杆和螺母之间滚动来实现转动运动与直线运动之间的转换。
滚珠丝杠广泛应用于机床、机械手、印刷机、纺织机械等领域。
滚珠丝杠的参数对其驱动性能有着重要的影响。
主要参数包括螺纹螺距、滚珠直径、滚道半径、滚道角度等。
其中螺纹螺距是指螺纹每转一周时螺杆前进的距离，它决定了丝杠的传动速度。
滚珠直径决定了丝杠的承载能力，滚道半径和滚道角度决定了丝杠的摩擦特性。
滚珠丝杠的驱动模型可以分为力学模型和动力学模型两种。
力学模型主要考虑丝杠的几何结构和力学性质，动力学模型则考虑力学模型的基础上加入动力学效应。
力学模型的基本原理是利用切向力和法向力之间的关系推导滚珠丝杠的运动学和动力学方程。
对于滚珠丝杠的运动学方程，根据滚珠在螺纹沟槽中的运动轨迹，可以利用滚珠直径和滚道半径等参数计算出滚珠丝杠的位移、速度和加速度。
对于滚珠丝杠的动力学方程，需要考虑滚珠与滚道之间的滑动摩擦力和滚珠间的接触力等因素。
通过对滚珠丝杠的模型进行求解，可以得到滚珠丝杠的运动状态和力学性能。
仿真是研究滚珠丝杠性能的重要工具。
通过建立滚珠丝杠的仿真模型，可以模拟滚珠丝杠在各种工况下的运动和力学行为。
仿真可以用来分析滚珠丝杠的稳定性、刚度和响应时间等性能指标，为优化滚珠丝杠设计和控制提供参考。
滚珠丝杠的仿真可以采用多种方法，包括有限元分析、多体动力学模拟和系统动力学建模等。
有限元分析是一种基于数值计算的方法，可以对滚珠丝杠的结构和力学性能进行详细的分析。
多体动力学模拟是一种基于物理模型的方法，可以模拟滚珠丝杠系统的运动和力学行为。
系统动力学建模是一种基于系统理论的方法，可以对滚珠丝杠系统的动态行为进行建模和分析。
在滚珠丝杠的仿真分析中，需要考虑多个因素的影响，包括滚珠丝杠的结构参数、负载条件、工作速度和摩擦系数等。
通过对这些因素进行参数分析和优化，可以得到滚珠丝杠的最佳设计和控制策略。
滚珠丝杠负载计算
一、滚珠丝杠特点1、所需扭矩小滚珠丝杠是滚珠丝杠与螺母间的螺纹沟槽做滚动运动，因此摩擦力小，驱动扭矩仅为滑动丝杠的1/3以下。
如图所示图1：正效率（旋转→直线）图2：反效率（直线→旋转）1、1、1导程角的计算法……………………………………（1 ）β：导程角（度）d p：滚珠中心直径（mm）ρh：进给丝杠的导程（mm）2扭矩计算（1）水平推力转换为驱动扭矩T：驱动扭矩Fa：导向面的摩擦阻力Fa=μ×mgμ：导向面的摩擦系数g：重力加速度（9.8m/s2）m：运送物的质量（kg ）ρh：进给丝杠的导程（mm ）η：进给丝杠的正效率（图1）（2）施加扭矩时产生的推力Fa：产生的推力（N ）T：驱动扭矩（N mm ）ρh：进给丝杠的导程（mm ）η：进给丝杠的正效率（图1）T：驱动扭矩（N mm ）Fa：产生的推力（N ）ρh：进给丝杠的导程（mm ）η：进给丝杠的正效率（图2）3驱动扭矩的计算实例用有效直径是：32mm，导程：10mm（导程角：5O41’的丝杠，运送质量为500Kg的物体，其所需的扭矩如下（1）滚珠丝杠驱动（导轨0.003，丝杠μ=0.003，效率η=0.96）导向面的摩擦阻力Fa=0.003×500×9.8=14.7N驱动扭矩（2）滑动丝杠驱动（导轨0.003，丝杠μ=0.2，效率η=0.32）导向面的摩擦阻力Fa=0.003×500×9.8=14.7N驱动扭矩4 能微量进给滚珠丝杠由于滚动运动，起动扭矩极小，不产生如滑动运动中晚出现的蠕动现象，所以能进行正确的微量进给。
图4是让滚珠丝杠每1行进给0.1μm时的移动量。
（导向面使用的是LM导轨）图4 进给0.1μm的移动量数据5 无游隙高刚性因对滚珠丝杠施加预压，使轴向间隙为0以下，从而获得高刚性。
在图5中，如往（+）方向上施加轴向负荷，工作台（+）侧位移。
反之，往（—）方向上施加轴向负荷，工作台向（—）侧位移。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微机控制技术
直线运动导轨的作用是用来支撑和引 导运动部件，按给定的方向做往复直 线运动。
球保持器消除了钢球之间的摩擦，大 幅度的提高了扭矩特性。因此减少了 扭矩变动，具有优异的滑动特性。
微机控制技术
二
滚珠丝杠驱动方式
滚珠丝杠
丝杠与导轨一起使用带动工作台运动
导轨
微机控制技术
二
滚珠丝杠驱动方式
滚珠丝杠内部结构
微机控制技术
四
国内外发展概况与趋势
我国滚珠丝杠与国外有较大差距，首先在材料上，国外发 达国家采用滚珠丝杠专用钢材，而我国采用轴承钢，其次， 在工艺上也有较大差距。我国的滚珠丝杠即使在实验室的 条件下，速度也很难超过50m/min。由于伺服电机+滚珠 丝杠的模式不能适应机床高速、高载的要求，国外转而采 用直线电机。直线电机有很多优点。首先，直线电机以一 个部件实现直线移动，取消了电机到工作台的中间环节实 现了工作台进给的零传动。由于无中间环节，系统精度高， 全程定位精度和重复精度都可达到1um甚至更小。我国在 此方面刚刚起步，需要更多的努力。
三
滚珠丝杠如何保证精度
双丝母垫片方式 在2个丝母之间加上调整垫片来施加予压的方式。
三
滚珠丝杠如何保证精度
通过改变单个丝母中间沟道的螺距来实现予压的方式。
三
滚珠丝杠如何保证精度
在单个丝母的接近中间的地方对丝母加工一个类似弹簧的构 造，对丝母中间沟道的螺距进行改变来实现予压的方式。
微机控制技术
三
すべりねじのナット
ｽｷﾏ
すべりねじのシャフト
滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙 达到负值,进而得到较高的刚性 3、可以微进给 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极 小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实 现精确的微进给。 4、可以高速进给 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现 高速进给(运动)。 5、精度高 C0级的滚珠丝杠400m驱动装置，应用越来越广泛。采用丝杠两端固定 的安装方式，需要作预拉伸处理。目的是减小丝杠工作中因热膨胀、自 重引起的弹性变形。提高丝杠刚性，保证精度的稳定性。
为了消除热变形带来的导程精度误差，可在生产丝杠时人为的把导程做 小，然后通过预拉伸达到想要的导程，这样在受热时产生的热变形很大 一部分已经被之前的预拉伸抵消，从而达到提高定位精度的目的。
微机控制技术
微机控制技术
微机控制技术
三
滚珠丝杠如何保证精度
为了消除丝杠运行中产生热量对精度造成影响，有的产品在丝杠轴或丝 母中加入冷却设备，以减小温度变化对丝杠精度的影响。
微机控制技术
四
国内外发展概况与趋势
目前，国际上滚珠丝杠正沿着高速、高精、高载、复 合化、智能化的方向发展，高速机床现在的快移速度 要求达到60m/min。国际上，为了描述丝杠的高速性， 一般以dn值来比较，d为丝杠的公称直径，n为丝杠 的转速。现今最好的提高速度的方法是对滚珠丝杠副 进行改进。一般方法为同时加大滚珠丝杠副的导程与 提高转速，寻找两者的平衡结合点，同时由于速度提 高带来的缺点应寻找合适的材料来解决。日本在此做 的较好，其陶瓷材料的改进丝杠的dn值已经超过了1 50000.其他方法为将丝杠中心钻孔通入切削液来进行 丝杠的强制性冷却。
与螺栓螺母类似，丝杠轴转动，丝母 做直线运动带动工作台运动，不同的 是滚珠丝杠螺纹（沟道）内有钢球。
当六角螺栓转动螺母不转时，螺 母相对于螺栓左右移动
微机控制技术
二
滚珠丝杠驱动方式
滚珠丝杠特点：
1、与滑动丝杠相比驱动力矩为1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多 滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。 2、无侧隙、刚性高
ボールねじ ナット
微机控制技术
三
滚珠丝杠如何保证精度
方法一：予压 予压就是采用比丝杠、丝母之间的间隙大的钢球或 改变中间导程从而使丝杠、丝母与钢球之间产生负向间 隙，使之产生内部应力。施加予压时，有消除轴向间隙 的作用，并且在受到外载荷时，起到相应的轴向弹性变 量变小（刚性增加）的效果。同时有效的减小了回程误 差。
赵甜甜 21204167
微机控制技术
内 容 提 要
一 数控机床的进给驱动方式
二
滚珠丝杠驱动方式
三
滚珠丝杠如何保证精度
四
国内外发展概况与趋势
微机控制技术
一
数控机床的驱动方式
机床的性能在很大程度上取决于进给传动方式的定性和定 量特征。机械驱动机构是数控机床进给系统中位置控制的 一个重要环节，对进给系统精度有直接的影响。 目前，进给驱动机构主要有： 1、齿轮齿条驱动 2、直线电动机驱动 3、滚珠丝杠驱动