第4章 基础结构部件的设计 fH—硬度系数，按《机械设计师手册》 图29-30选取1； fT—温度系数，按《机械设计师手册》 图29-31选取1； fH=1 fT=1 fC—接触系数，按《机械设计师手册》 表29-29选取0.81； —工况系数，按《机械设计师手册》 表29-30选取1.5； 1(5000?1200)?0.75?1162.5N?1.1625KN 43fCfW=0.81 =1.5 fW X向导轨 ： F1?F2?F3?F4?3 ?fHfTfCC??1?1?0.81?17.5??L???50?.8km???50?26858?fF??1.5?1.1625??WC? (4-3) L?1038.3L Lh??2?Lan2?60Lan? (4-4) 式中： Lh——额定寿命（h）； L——额定寿命（km）； La ——行程长度 0.55km； n2——每分钟往复次数，取8次。 Lh?8.3?26858.8?50665.5h0.55?8 约6年 La?0.55km Lh则：约6年 Y向导轨： ?fHfTfCC??1?1?0.81?17.5??L???50?.8km???50?26858?fF?1.5?1.1625???WC? 33 X、Y、Z 都选择 HJG-D25AA 型导轨 L?1038.3L8.3?26858.8Lh????55732h2?Lan2?60Lan?0.4?10 约6.45年 Z向导轨承受的载荷小于X方向， 故选HJG-D25AA型导轨足够。 4．滚动导轨预加载荷 分析具体情况选中预加载荷885/1035 17
第5章 进给传动系统的设计 动体沿着反向器不断循环，从而实现周而复始的滚动运动。即从滚动摩擦代替了滑动摩擦。
5.2.3 滚珠丝杠副的优点
滚珠丝杠副与普通丝杠副相比较有如下几个方面的优点：
1、传动效率高 滚珠丝杠副的机械效率可达90%以上，比普通梯形丝杠副的高2~4倍，其驱动转矩较普通丝副可减少2/3~3/4。
2、灵敏度高，传动平稳 由于滚珠丝杠副是滚动摩擦，动、静摩擦系数相差极小。因此无论是在静止时还是在低速、高速传动时摩擦转矩几乎不变。
3、磨损小，寿命长 滚珠丝杠副的主要零件采用优质合金钢制成，其滚道表面淬火硬度达到60~62HRC，并有较低的表面粗糙度，再者由于滚动摩擦的磨损很小，因而具有良好的耐磨性，可以高速运行。
4、可消除轴向间隙，提高轴向精度 在滚珠丝杠副中可以用预加载荷的方式，使反向时无空行程，还可以用预拉伸丝杠的办法提高丝杠的系统刚度和减少丝杠的热伸长，以提高其轴向刚度。
5.3滚珠丝杠副的设计计算
工作台行程XYZ:600×400×400 mm, 工作台重量为1000N，工件及卡具重量4000N，工作台导轨的动摩擦因数??0.1，静摩擦因数?0?0.2，快速进给速度
vmax?15m/min，全程定位精度8?m，重复定位精度6?m，要求寿命20000h（两班制十年），可靠度97%，各工况情况如下表5
表5 各工况明细表
切削方式
纵向切削力
垂直切削力Pzi(N) 1200 500 200 0
进给速度
工作时间
百分比% 10 30 50 10
丝杠轴向载荷F(N) 2720 1650 1120 600
丝杠转速
Pxi(N)
强力切削 一般切削 精密切削 快速进给
2000 1000 500 0
mmin
0.6 0.8 1 15
rmin
60 80 100 1500
18
第5章 进给传动系统的设计 计算与说明 主要参照《机械设计手册》第五版第三卷 1．初步确定丝杠导程（mm） 由于伺服电机与丝杠直接联接，由表12-1-40中式（1）， 且vmax?15m/min，nmax?1500r/min 主要结果 ph?vmax?103mm?10mmPh?10mm nmax (5-1) n1?60n2?80 Fi(N)2．确定当量转速与当量载荷F 1）由表12-1-40式（1）可得ni(rmin) vni?i?103Ph v?1v4?15由v1?0.6，v2?0.8 ，3，可得： n1?60n2?80n3?100n4?1500 n3?100 n4?1500 2）各种切削方式下，丝杠轴向载荷F?Px?f'(Pz?W)?Fr (5-2) f'——导轨摩擦系数； F1?2720N F2?1650N W——移动部件重量； Fr——密封阻力（很小可忽略）； 取f'=0.1 Px1?2000，Px2?1000，Px3?500，Px4?0 Pz1?1200，Pz2?500，Pz3?200，Pz4?0 W?4000?1000?5000N 代入公式(4)得： F1?2720，F2?1650，F3?1120，F4?600 F3?1120N F4?600N 3）当量转速nm(r/min) 19
第5章 进给传动系统的设计 由表12-1-40式（4） nm?n1t1?n2t2?n3t3?n4t4t1?t2?t3?t4 (5-3) 由t1?10，t2?30，t3?50，t4?10 n1?60，n2?80，n3?100，n4?1500 代入公式(5)得：nm?230r/min 4）当量载荷Fm(N) 由表12-1-40式（2） Fm?3nm?230r/min ?Finiti3 (5-4) ?ntii将已知数带入公式(6)得：Fm?1129N 3．预期额定动载荷Cam(N) 1）按预期工作时间估算， 由表12-1-40式（5） Fm?1129N C'am?360nmLhfwFmfw100fafc (5-5) ——精度系数，fc——载荷系数，Lhfa——可靠性系数 ：预期工作寿命（h） fw查表12-1-43：查表12-1-41：查表12-1-42：取1.3， 取1， 取0.44 1129?1.3?21718N 100?1?0.44fw?1.3 fa?1 fafcfc?0.44 C'am?21718N 所以C'am?360?230?200002）拟采用预紧滚珠丝杠副 C''am?feFmax 查表12-1-44： fe取4.5， 20
fe?4.5
第5章 进给传动系统的设计 C''am?4.5?2720?12240N ///C?Cam?Cam 且am取较大值 /C?C?21718N amam 故预期值C''am?12240N Cam取较大值 Cam?21718N 取?m?2?m L?800mm 4．确定允许的最小螺纹底径 1）估算丝杠允许的最大轴向变形量?m(?m) 由表12-1-40式（8）， 11?m?(~)重复定位精度34 由表12-1-40式（9）， 11?m?(~)定位精度45 重复定位精度取6?m，定位精度取8?m 11??m?(~)?6?（2~1.5）?m34 11?m?(~)?8?（2~1.6）?m45 ?取?m?2?m （2）估算最小螺纹底径d2m(mm) 丝杠要求预拉伸，取两端固定支撑方式。 由表12-1-40式（10） d2m?aF0L?m (5-6) F0式中：L—两个固定支撑间距，—导轨静摩擦力 a—支撑方式系数，两端固定取0.039 L?(1.1~1.2)行程?（10~14）Ph F0??0W （?0—导轨静摩擦系数；W—移动部件重） X向行程：550mm 则：L?(1.1~1.2)?550?(10~14)?10?(705~800) 取L?800mm； 21
小型立式加工中心机械结构设计大学论文
