丝杠螺母机构的选择与计算
电机的选型计算步骤【详细版】
电机选型需要计算工作扭矩、启动扭矩、负载转动惯量，其中工作扭矩和启动扭矩最为重要。
1工作扭矩Tb计算：首先核算负载重量W，对于一般线形导轨摩擦系数μ=0.01，计算得到工作力Fb。
水平行走：Fb=μW垂直升降：Fb=W1.1齿轮齿条机构一般齿轮齿条机构整体构造为电机+减速机+齿轮齿条，电机工作扭矩Tb的计算公式为：其中D为齿轮直径。
1.2丝杠螺母机构一般丝杠螺母机构整体构造为电机+丝杠螺母，电机工作扭矩Tb的计算公式为：其中BP为丝杠导程；η为丝杠机械效率（一般取0.9~0.95，参考下式计算）。
其中α为丝杠导程角；μ’为丝杠摩擦系数（一般取0.003~0.01，参考下式计算）。
其中β丝杠摩擦角（一般取0.17°~0.57°）。
2启动扭矩T计算：启动扭矩T为惯性扭矩Ta和工作扭矩Tb之和。
其中工作扭矩Tb通过上一部分求得，惯性扭矩T a由惯性力Fa大小决定：其中a为启动加速度（一般取0.1g~g，依设备要求而定，参考下式计算）。
其中v为负载工作速度；t为启动加速时间。
Ta计算方法与Tb计算方法相同。
3 负载转动惯量J计算：系统转动惯量J总等于电机转动惯量JM、齿轮转动惯量JG、丝杠转动惯量JS和负载转动惯量J之和。
其中电机转动惯量JM、齿轮转动惯量JG和丝杠转动惯量JS数值较小，可根据具体情况忽略不计，如需计算请参考HIWIN丝杠选型样本。
下面详述负载转动惯量J的计算过程。
将负载重量换算到电机输出轴上转动惯量，常见传动机构与公式如下：J：电机输出轴转动惯量（kg·m2）W：可动部分总重量（kg）BP：丝杠螺距（mm）GL：减速比（≥1，无单位）J：电机输出轴转动惯量（kg·m2）W：可动部分总重量（kg）D：小齿轮直径（mm）链轮直径（mm）GL：减速比（≥1，无单位）J：电机输出轴转动惯量（kg·m2）J1：转盘的转动惯量（kg·m2）W：转盘上物体的重量（kg）L：物体与旋转轴的距离（mm）GL：减速比（≥1，无单位）4 电机选型总结电机选型中需引入安全系数，一般应用场合选取安全系数S=2。
滚珠丝杠螺母副的选型与计算
金属切削机床的技术规格每一类机床，为了能够加工不同尺寸的工件，所以不可能所有的机床都做成一种规格，这是不是实际也是不符合经济效益的。
国家根据了机床的生产和使用的情况，规定了每一种通用机床的主参数和第二主参数系列。
卧式车床的主参数包括：在床身上工件的最大回转直径有250、320、400、500、630、800、1000、1250mm八种规格；主参数相同的卧式车床一般又有几种不同的第二的主参数——最大工件长度。
例如，CA6140型卧式车床在床身上最大回转直径为400mm，而最大工件长度有750、1000、1500、2000mm四种。
机床的基本运动机床进行加工的实质其实就是让刀具与工件之间进行相对的运动。
虽然各种类型机床的具体用途和加工的方法不尽相同，但是它们工作的基本原理都是一样的，那就是通过刀具和工件之间的相对运动，使得毛坯上的多余金属被切除，并形成一定的形状、尺寸和质量的表面，从而获得所需要的机械零件。
因此加工需要什么运动和机床需要如何实现这些运动，就是我们首先要讨论的问题。
机床的运动分析，就是研究在金属切削机床上的各种运动及其相互联系。
机床运动分析的一般过程包括：根据在机床上加工的各种表面和使用的刀具类型，分析出得到这些表面的方法和所需要的运动，再去分析为了实现这些运动，机床应该具备的传动联系，实现这些传动联系的机构以及机床运动的调整方法。
这个顺序可以总结为“表面-运动-传动-机构-调整”。
尽管机床的品种有很多，结构也不尽相同，但归根结底也不过是几种基本运动类型的组合与转化而已。
机床运动的分析目的在于，可以利用非常简便的方法迅速地认识一台陌生的机床、掌握机床的运动规律、分析或者比较各种机床的传动系统，从而能够合理地去使用机床和正确设计机床的传动系统。
机床的传动系统传动链传动链是指由运动源、传动装置和执行件按一定的规律所组成的传动系统。
机床加工过程中所需的各种运动都是通过相应的传动链来实现的。
运动源运动源是给执行件提供动力和运动的装置。
(仅供参考)滚珠丝杠选型计算常用公式--
（9）减速运动时电机所需的扭矩计算公式：
式中： Tg 一减速运动状态下所需的扭矩，N*m； TL 一匀速运动状态下电机所需的扭矩，N*m； Ta 一加速运动状态下电机所需的扭矩，N*m。
或 式中： a 一加速度，m/s^2； Vmax 一最终速度，m/s； Vm 一末速度，m/s； V0 一初速度，m/s；
t 一运行时间，s。 四、直线运动的一些运动学公式：
式中： F 一运动物体所受的力，N； μ一摩擦系数； m 一运动物体的质量，kg； g 一重力加速度，m/s^2； a 一运动物体的加速度，m/s^2 五、滚珠丝杠的最大轴向允许载荷计算公式：
式中： JL 一折算到驱动电机上的总转动惯量，kg*m^2； Js 一丝杠的转动惯量，kg*m^2； JT 一工作台与工件的转动惯量，kg*m^2; i 一电机至丝杠的减速比。 (4)电机工作时的最高转速计算公式：
式中： nmax 一电机工作时的最高转速，r/min； Vmax 一最高运行速度，m/s； PB 一丝杠导程，mm。 （注：丝杠速度计算公式：v=n*PB） （5）旋转运动角加速度计算公式：
式中： Famax 一丝杠螺母允许的最大轴向载荷，N； Coa 一丝杠螺母额定静载荷，KN，查产品样册；
fs 一与安装方式有关的系数，查下表。
十、轴向平均载荷计算公式：
式中： Fm 一轴向平均载荷，N； Fi 一各运行阶段滚珠丝杠所受的轴向载荷，N； li 一各运行阶段所对应的行走距离，mm； l 一总运行距离（行程），mm。 十一、滚珠丝杠额定寿命计算公式: 1）用总转数表示的额定寿命：
滚珠丝杠计算
滚珠丝杠计算、选择初选丝杠材质：CrWMn 钢，HRC58~60，导程：l 0=5mm （1） 强度计算丝杠轴向力：)(,,max y x z y x W F f KF F ++=(N)其中：K =1.15，滚动导轨摩擦系数f =0.003~0005；在车床车削外圆时：F x =(0.1~0.6)F z ，F y =(0.15~0.7)F z ，可取F x =0.5F z ，F y =0.6F z 计算。
取f=0.004,400Z F =则:max max X F 0.50.5200010000.60.6200012001.1510000.004(2000671.58)1045.6861.1512000.004(2000655.2)1252.621Z Y Z X Y F NF F NF N F N ==⨯===⨯==⨯++==⨯++=寿命值：61060nTL =，其中丝杠转速0max l v n =(r/min) max 06150002000400/min 5604001500036010T hv n r l L ====⨯⨯== 最大动载荷：F f f L Q W H 3=式中：f W 为载荷系数，中等冲击时为1.2~1.5；f H 为硬度系数，HRC ≥58时为1.0。
查表得中等冲击时 1.2,1W H f f ==则:1.211045.6867079.581.211252.62110686.54X Y Q N Q N=⨯⨯==⨯⨯=根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为: CM 系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。
其基本参数如下:Q足够用.滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式其额定动载荷为14205N>y采用双螺母螺纹预紧形式.滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表（2） 传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为：)(ϕγγη+=tg tg式中：φ=10’，为摩擦角；γ为丝杠螺旋升角。
(完整版)TBI滚珠丝杠选型计算举例讲解
深圳tbi滚珠丝杠选型计算举例选取的滚珠丝杠转动系统为：磨制丝杠(右旋)轴承到螺母间距离(临界长度) ln= 1200mm固定端轴承到螺母间距离 Lk= 1200mm设计后丝杠总长 = 1600mm最大行程 = 1200mm工作台最高移动速度 Vman= 14（m/min）寿命定为 Lh= 24000工作小时。
μ= 0.1 （摩擦系数）电机最高转速 nmax= 1800 （r/min）定位精度：最大行程内行程误差 = 0.035mm300mm行程内行程误差 = 0.02mm失位量 = 0.045mm支承方式为(固定—支承)W = 1241kg+800kg （工作台重量+工件重量）g=9.8m/sec2(重力加速度)I=1 (电机至丝杠的传动比)Fw=μ×W ×g = 0.1×2041×9.8 ≈ 2000 N(摩擦阻力)运转方式轴向载荷F a=F+F w（N）进给速度(mm/min)工作时间比例无切削F1=2000V1=14000q1=15轻切削F2=4000V2=1000q2=25普通切削F3=7000V3=600q3=50重切削F4=11000V4=120q4=10F a --- 轴向载荷（N） F --- 切削阻力（N） Fw--- 摩擦阻力（N）从已知条件得丝杠编号：此设计丝杠副对刚度及失位都有所要求，所以螺母选形为：FDG（法兰式双螺磨制丝杠）从定位精度得出精度精度不得小于P5级丝杠FDG_-_X_R-_-P5-1600X____计算选定编号导程= 14000/18000≈7.7mm在此为了安全性考虑：P =10(mm)运转方式进给速度(mm/min)进给转速(r/min)无切削V1=14000n1=1400轻切削V2=1000n2=100普通切削V3=600n2=60重切削V4=120n2=12平均转速平均载荷时间寿命与回转寿命=24000×266×60=383040000转次额定动载荷以普通运动时确定fw取 1.4得：额定动载荷 Ca≥39673N以Ca值从FDG系列表及（丝杠直径和导程、丝杠长度表）中查出适合的类型为：公称直径： d0=40mm 丝杠底径： d=33.9mm 导程：Pho=10mm 循环圈数：4.5额定动载荷为：48244N。
梯形丝杠螺母设计计算公式
梯形丝杠螺母设计计算公式梯形丝杠螺母是一种常用于工业机械设备中的传动元件，它的设计和计算对于整个机械系统的性能和稳定性至关重要。
在本文中，我们将探讨梯形丝杠螺母的设计计算公式，以及如何应用这些公式来进行设计和计算。
首先，让我们来了解一下梯形丝杠螺母的结构和工作原理。
梯形丝杠螺母由螺纹槽和螺纹杆组成，当螺纹杆旋转时，螺纹槽会沿着螺纹杆移动，从而实现力的传递和运动控制。
梯形丝杠螺母通常用于需要高精度和高负载的机械传动系统中，比如数控机床、升降机构等。
接下来，我们将介绍一些与梯形丝杠螺母设计计算相关的重要参数和公式。
1. 螺距（P），螺距是指螺纹杆上单位长度内螺纹的螺旋数，通常用毫米或英寸表示。
螺距的大小决定了螺纹杆每转一圈时螺纹槽的移动距离，是梯形丝杠螺母设计中的重要参数之一。
2. 导程（L），导程是指螺纹杆上单位长度内螺纹槽的移动距离，通常与螺距相等。
导程的大小直接影响了梯形丝杠螺母的速度和效率。
3. 螺纹角（α），螺纹角是指螺纹槽截面上螺旋线与轴线的夹角，通常为30°或45°。
螺纹角的大小对于螺纹杆和螺母之间的摩擦和传动效率有重要影响。
4. 力的计算：梯形丝杠螺母的设计计算中，最重要的是力的计算。
根据牛顿第二定律，力（F）等于质量（m）乘以加速度（a），即F=ma。
在梯形丝杠螺母中，力的大小和方向由螺纹杆上的转矩和螺母的阻力决定，可以通过以下公式计算：F = T / r。
其中，F为力的大小，T为转矩，r为螺纹杆半径。
这个公式表明了力和转矩之间的关系，是梯形丝杠螺母设计计算中的重要参考。
5. 功率的计算，在梯形丝杠螺母设计中，功率的计算也是非常重要的。
功率（P）等于力（F）乘以速度（v），即P=Fv。
根据这个公式，可以计算出梯形丝杠螺母传动系统的功率需求，从而选择合适的电机和传动装置。
除了上述参数和公式外，梯形丝杠螺母的设计还需要考虑到材料的选择、螺纹杆和螺母的精度、润滑和密封等因素。
丝杠螺母机构的选择与计算
丝杠螺母机构的选择与计算1.选择丝杠螺母材料和型号选择丝杠螺母的首要条件是满足工程设计要求的静态和动态负载。
丝杠螺杆的材料可以选择常用的碳钢、合金钢或不锈钢等。
螺母的材料可以选择高强度黄铜、铸铁或钢材等。
应根据具体应用要求选择适合的材料。
此外，还应选择合适的型号，包括丝距、导程、直径等。
2.计算丝杠螺母机构的承载能力2.1计算负载力首先需要计算工程设计中的负载力。
负载力是根据设计要求和工作条件确定的，可以是静态或动态负载，也可以是连续或间歇负载。
2.2计算丝杠螺杆的转矩丝杠螺杆的转矩是由负载力和传动效率等决定的。
转矩的计算方法可以根据丝杠螺杆的类型和传动方式来确定。
例如，对于滚珠丝杠螺杆，可以使用标准公式进行计算。
2.3计算螺母的承载能力螺母的承载能力是由其材料和型号等决定的。
可以通过查阅相关标准或手册来确定螺母的承载能力。
需要根据螺母的自锁性和摩擦系数等进行计算。
2.4比较转矩和螺母承载能力比较丝杠螺杆的转矩和螺母的承载能力，确保螺母能够承受负载力产生的转矩。
如果转矩小于螺母的承载能力，说明选择的丝杠螺母机构合理；如果转矩大于螺母的承载能力，则需要重新选择或改进丝杠螺母机构。
3.确定丝杠螺母机构的动态性能除了静态承载能力外，丝杠螺母机构的动态性能也是需要考虑的。
例如，丝杠螺母的最大轴向速度、最大加速度、最大工作圈速等。
根据具体应用要求和工作条件，选择合适的丝杠螺母机构。
4.其他考虑因素选择丝杠螺母机构时，还需要考虑其他因素，例如尺寸限制、安装方式、维护性和成本等。
根据具体应用需求，选择满足要求的丝杠螺母机构。
综上所述，选择和计算丝杠螺母机构需要考虑负载力、螺杆转矩、螺母承载能力、动态性能和其他因素等。
通过合理的计算和比较，选择满足工程设计要求的丝杠螺母机构，可确保系统的正常工作和使用寿命。
丝杠螺母设计计算
丝杠螺母设计计算丝杠螺母是一种常见的螺旋副传动元件，广泛应用于机械设备和工业生产线中。
其主要作用是将转动运动转化成线性运动。
1.丝杠参数计算：(1)螺纹间距：螺纹间距是指螺纹的螺距，即螺母每转一周，丝杠的前进距离。
螺纹间距的计算公式为：P=πd/n，其中P为螺纹间距，d为螺纹直径，n为螺纹数。
(2)理论前进距离：理论前进距离是指螺母每转一周，丝杠的前进距离，计算公式为：L=P×Z，其中L为理论前进距离，P为螺纹间距，Z为丝杠螺纹的螺纹数。
(3)丝杠传动效率：丝杠传动效率是指丝杠传动的能量损失情况，影响因素包括螺母材料、螺纹质量、润滑情况等。
2.选材计算：(1)强度计算：丝杠螺母的选材应根据实际使用情况的负载要求来确定。
根据载荷大小和工作环境要求，选择合适的强度等级材料。
(2)磨损计算：考虑到丝杠螺母在长时间使用中的磨损情况，需要根据材料的硬度和摩擦系数来估算螺纹副的磨损量。
3.密封设计计算：(1)密封件选型：根据丝杠螺母工作环境和介质要求，选择合适的密封件材料和结构形式。
(2)密封效果计算：在丝杠螺母设计中，需要考虑密封件的可靠性和密封效果。
通过计算密封件的接触压力和挤压量，来评估其密封性能。
4.轴承设计计算：螺纹副中，螺纹副运动较复杂，所以通常需要在螺母内部设置滚动轴承或滑动轴承，以减小摩擦和磨损。
在设计计算中，需要考虑轴承的负荷承受能力、摩擦系数、轴承寿命等因素。
5.补偿设计计算：(1)回程间隙：由于螺纹副传动中的摩擦力和弹性变形，会产生回程间隙。
需要通过计算和实验，确定回程间隙的大小。
(2)补偿控制：通过控制螺母位置和螺纹副的复位力，实现补偿控制作用，以延长螺纹副的使用寿命。
丝杠螺母设计计算的过程中需要综合考虑以上几个方面的因素，并根据实际应用需求来进行精确计算和设计。
只有在设计计算准确无误的前提下，才能确保丝杠螺母在实际使用中具有良好的工作性能和使用寿命。
此外，需要注意加工和安装过程中的工艺要求，以确保丝杠螺母的精度和质量。
- 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)。
丝杠螺母机构的选择与计算
5.2.1 确定滚珠丝杠副的导程 滚珠丝杠副的导程按下式计算：
(5-1)
式中 h P —滚珠丝杠副的导程，（mm ）；
Vmax —工作台最高移动速度，（min /m ）； max n —电机最高转速，（min /r ）； 由进给系统设计要求知： Vmax=2.5min /m
查阅《机械设计手册》[13]得：
步进电机110BF003的最高转速n max =500min /r 。
将数值代入上式(5-1)可得：P h ≥5mm 。
故取P h =S=6mm 。
5.2.2 强度计算
动载强度计算
1）对于燕尾型导轨的牵引力计算
F m =KF X +f(F z +2F Y +G) (5-2)
取 K=1.4 f=0.2
考虑工作台在移动过程中只受G 影响 故 F 1m =fG
(5-3)
=0.2×30×9.8 =58.8(N )
考虑工作台在加工时静止只受F X 影响 故 F 2m = KF X
(5-4)
=1.4×9.8×130
max
max
n V P h
=1783.6(N )
故F m = F 1m ＋ F 2m =58.8N ＋1783.6N =1842.4N 2）.计算最大动载荷 C 当转速
min 10r
n ≥时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲
劳点蚀，因此要进行动载强度计算，其计算动载荷)(N c C 应小于或等于滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，即
r eq H d c F F f f T C ≤=3' (5-5) 式中 d f —动载荷系数； H f —硬度影响系数； eq F —当量动载荷，N ；
r F —滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，N ； 'T —寿命，以r 610为一个单位。
(5-6) 式中 T —使用寿命，h ； N —循环次数；
eq n —滚珠丝杠的当量转速，min r 。
取 T=15000h
min 667.4166
1000
5.2max r s v n eq =⨯==
(5-7) 代入数据可得： 取2.1=d f 取f H =1.0
当工作载荷单调连续或周期性单调连续变化时，则
N T n T eq 661010
60'-==
N F F F F F m m eq 667.12083
8.586.178********min max =+⨯=+=+≈ (5-8)
式中 max F 、min F —最大和最小工作载荷，N 。
所以 计算可得：
查阅《机械设计手册》[7]选取CBM4006-5型滚珠丝杠副 （c a C KN C >=851.15），所以刚度满足要求。
3）静载强度计算
当转速min 10r n ≤时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式为滚珠接触面上产生较大塑性变形，影响正常工作。
为此进行静载强度计算，最大计算静载荷为：
N F f f F H d oc 32.21406.17830.12.1'max =⨯⨯== （5-9）
式中 H f '—硬度影响系数；
查《机械设计手册》[7]可得：CBM4006-5型滚珠丝杠副额定静载荷oc oa F N C >=47985，所以满足要求。
滚珠丝杠螺母的主要参数如表5-1所示：
表5-1
5.2005
.0360675.0360=⨯⨯==δθs i 5.2.3 螺
母选择
由于数
控
机床对滚珠丝杠副的刚度有较高要求，故选择螺母时要注重其刚度的保证。
推荐按高刚度要求选择预载的螺母型式。
其中插管式外循环的端法兰双螺母应用最为广泛。
它适用重载荷传动、高速驱动及精密定位系统。
并在大导程、小导程和多头螺纹中具有独特优点，且较为经济。
① 滚珠的工作圈数i 和列数j 。
根据所要求性能、工作寿命，推荐按表5-2选取。
表5-2
② 法兰形状。
按安装空间由标准形状选择，亦可根据需要制成特殊法兰形状。
(3) 导程精度选择
根据机床定位精度，确定滚珠丝杠副导程的精度等级。
一般情况下，推荐按下式估算：
E ≤(0.25～0.6)T D
式中：E ——累计代表导程偏差，μm; T D ——机床有效行程的定位精度，μm 。
5.3 动力计算
传动件转动惯量的计算 1）传动比的计算
2）初步分配传动比 按获得最小转动惯量的原则分配传动比
i=i 1i 2 i 2=
2
1i
得 i 1=1.52 i 2=1.64 3）初步估计齿轮
模数m=1.25 小齿轮Z 1=27
大齿轮 412752.1112=⨯==Z i Z 小齿轮303=Z
大齿轮493064.1324=⨯==Z i Z。