滚珠丝杠螺母副的设计

一 成绩评定表……………………………………………………………………… 二 课程设计任务书……………………………………………………………… 三 前言…………………………………………………………………………………… 四 滚珠丝杠螺母副的设计…………………………………………………… 五 轴承选择…………………………………………………………………………… 六 电机选择…………………………………………………………………………… 七 设计总结…………………………………………………………………………… 八 参考文献……………………………………………………………………………

成 绩 评 定 表

学生姓名 专 业 姚军 班级学号 1101012430 机械设计制课程设计题目 造及其自动化 数控车床伺服进给系统 结构与控制设计（8） 评 语 组长签字： 成绩 日期 201 年 月 日

课程设计任务书

学 院 学生姓名 课程设计题目 机械学院 姚军 专 业 机械设计制造及其自动化 班级学号 1101012430 数控车床伺服进给系统结构与控制设计（8） 实践教学要求与任务: 1、设计内容 （1）运动设计：确定最佳传动比，计算选择滚珠丝杠螺母副、伺服电动机、导轨及丝杠的支承； （2）结构设计：完成进给系统装配图设计（0#图1张）； （3）验算：完成系统刚度计算，验算定位误差等； （4）设计单片机控制交流电机变频调速的原理图（多速开关）； （5）按照加速-匀速1-减速-匀速2-减速停的速度曲线，设计单片机控制程序； （6）撰写设计计算说明书。 2、主要技术参数： X轴：进给行程 400 mm；进给速度 1-6000mm/min，快移速度 10m/min,；最大进给力：5500 N；定位精度:0.012mm/300mm, 定位精度:0.006mm，横向滑板上刀架重量： 80 Kg。 工作计划与进度安排:（共2周） （1）集中讲授设计内容、步骤及要求，下发设计题目及任务书，理解题目要求，查阅资料，确定结构设计方案（第16周的周一～周二） （2）指导学生进行设计计算及确定设计方案、装配图结构设计（第16周的周三～周五） （3）结构部分说明书撰写及答辩验收（第16周的周六～第17周的周一上午） （4）控制方案确定及原理图设计、控制程序设计（第17周的周一下午～周四） （5）控制部分说明书撰写及答辩验收（第17周的周四～周五） 指导教师： 201 年 月 日 专业负责人： 201 年 月 日 学院教学副院长： 201 年 月 日 前言

课程设计是在学完机床课后，进行一次学习设计的综合性练习。通过设计，运用所学过的基础课，技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固加深和扩大所学知识的目的。通过设计，分析比较机床主传动中某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计计算和编写技术文件。完成机床主传动设计，达到学习设计步骤和方法

的目的。通过机床课程设计，获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力。并未进行一般机械的设计创造一定的条件。

滚珠丝杠螺母副的设计

1.确定滚珠丝杠副的导程

因电机与丝杠直联，i=1

由表1查得 Vmax=11m/min n max= 1200r/min 代入得， Ph=10mm 查表，取Ph=10mm

2.确定当量转速与当量载荷 （1） 各种切削方式下，丝杠转速

nmax=vmax/Ph=11000/10=1100r/min

nmin=vmin/ph=1/10=0.1r/min

（2）各种切削方式下，丝杠轴向载荷

Fmax=4600+0.01*860=4608.6N

Fmin=0.01*860=8.6N

（3）当量转速

nm=(nmax+nmin)/2=(1100+0.1)/2=500.1mm/min

（2）当量载荷

Fm=(Fmax+Fmin)/3=(2*4608.6+8.6)/3=3075.2N

3.预期额定动载荷

（1） 按预期工作时间估算

按表查得：轻微冲击取 fw=1.3 fa=1 可靠性90%取fc=1

已知：Lh=15000小时

代入得 Cam=30636

（2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载Fmax计算：

按表查得： 中预载取 Fe=4.5

代入得Cam=20736

取以上两种结果的最大值 Cam=30636

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

① ≤（1/3～1/4）重复定位精度

② ≤（1/4～1/5）定位精度

: 最大轴向变形量 µm

已知：重复定位精度 6µm, 定位精度12µm

①

=2 δm=3 ②

=4

取两种结果的小值 =2µm

(2）估算最小螺纹底径

丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式

(1.1～1.2)行程+（10～14）

已知：行程为360mm,

代入得 L=516mm F0=8.6N d2m=1.49mm

5.确定滚珠丝杠副的规格代号

（1）选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式

（2） 由计算出的在样本中取相应规格的滚珠丝杠副

FFZD4010-5

Ph=10mm , Ca=46500>Cam=30636, d2=34.3mm>d2m=1.49mm

6. 确定滚珠丝杠副预紧力

其中Fmax=4068.6N Fp=1536.2N

7.行程补偿值与与拉伸力

（1） 行程补偿值

式中：

Lh=360 ln=193 =（2～4）ph=3*10=30mm

Lu=580mm

(2) 预拉伸力

代入得 Ft=5735N

8.确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格

（1） 轴承所承受的最大轴向载荷

代入得FBmax=10343N

（2）轴承类型

两端固定的支承形式，选背对背60°角接触推力球轴承

（3） 轴承内径

d 略小于d2=34.3mm FBP=1/3FBMAX

取 d=30mm

代入得 FBP=1536N

（4）轴承预紧力

预加负荷5600N≥=5478N

（5）按样本选轴承型号规格

当d=30mm 预加负荷为：≥FBP

所以选760206TNI轴承

d=30mm D=100mm B=23mm

9.滚珠丝杠副工作图设计

(1) 丝杠螺纹长度Ls：

Ls=Lu+2Le 由表查得余程Le=40

（2）两固定支承距离L1

按样本查出螺母安装联接尺寸

丝杠全长L

（3）行程起点离固定支承距离L0

由工作图得

Ls=660mm

L1=795mm

L=965mm

L0=35mm

10 . 电机选择

总的转动惯量

2

J总=0.00202Kg*m

总得力矩

TM=3.06N*M

根据转动惯量和力矩选择电机

选择型号为120MB

11 . 传动系统刚度

（1）丝杠抗压刚度

1）丝杠最小抗压刚度

Ksmin= 6.6

×10

Ksmin ：最小抗压刚度 N/m

d2 ：丝杠底径

L1 ：固定支承距离

Ksmin=976 N/m

2）丝杠最大抗压刚度

Ksmax=6.6

×10

Ksmax ：最大抗压刚度 N/m

Ksmax=5801N/m

(2) 支承轴承组合刚度

1)一对预紧轴承的组合刚度

KBO=2×2.34

KBO：一对预紧轴承的组合刚度 N/m

dQ ：滚珠直径mm

Z ：滚珠数

Famax ：最大轴向工作载荷 N

：轴承接触角

由样本查出760206TN1轴承是Famax预加载荷的3倍

dQ=7.144 , Z=17 , =60

Kamax=2900*3=8700 N/m

KBO=1076 N/m

2）支承轴承组合刚度

由两端固定支承

Kb=2KBO

Kb=2152N/m

Kb ：支承轴承组合刚度N/m

3）滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度

KC= KC(

KC ：滚珠和滚道的接触刚度N/m

KC ：查样本上的刚度 N/m

FP ：滚珠丝杠副预紧力 N

Ca ：额定动载荷 N

由样本查得：KC=1585 N/m；Ca=46500N；

FP=1536.2N

得KC=1088N/m

12. 刚度验算及精度选择

（1）

=

= 1.9*10 N/

-3

m

= 1.14*10 N/ F0 =

-3

m

已知W1=800N ， =0.005 , F0=4N

F0 ： 静摩擦力 N

：静摩擦系数

W1 ：正压力N

（2）验算传动系统刚度

Kmin

Kmin ：传动系统刚度 N

已知反向差值或重复定位精度为6

Kmin=2.29<488

（3）传动系统刚度变化引起的定位误差

=3.1*10

-3

m

（4）确定精度

V300p ：任意300mm内的行程变动量对半闭环系统言，

V300p≤0.8×定位精度-

丝杠精度取为2级

V300p=8m＜9.6m

(5) 确定滚珠丝杠副的规格代号

已确定的型号：FFZD

公称直径：40 导程：10

螺纹长度：660

丝杠全长：965

P类2级精度

FFZD4010-5-P3 /965x660

13. 验算临界压缩载荷

Fc ： N

丝杠所受最大轴向载荷Fmax小于丝杠预拉伸力F不用验算。

14 . 验算临界转速

nc=f×10

nc : 临界转速 r/min

f ：与支承形式有关的系数

：丝杠底径 mm

：临界转速计算长度 mm

由表得f=21.9

由样本得d2=34.3

由工作图及表14得：Lc2= L1- L0

13000＞nmax=1200

15. 验算：

Dn=Dpw nmax

D pw ： 滚珠丝杠副的节圆直径 mm

nmax : 滚珠丝杠副最高转速 r/min

Dpw≈44.3mm

nmax=1200r/min

49732.8>70000

16. 滚珠丝杠副形位公差的标注

表1： 支承方式 一端固定 0.25 一端自由 1.875 3.4 简 图 K2 λ f 一端固定 2 一端游动 3.927 15.1 二端支承 1 3.142 9.7 二端固定

4 4.730 21.9 δm=3

设计总结

在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计， 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练。

通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高。通过这次设计 ，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

在此感谢我们的老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

参考文献

1.陈铁鸣主编．机械设计．第4版．哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,2006

2.王连明,宋宝玉主编．机械设计课程设计．第2版.哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,2005 3. 王知行，刘廷荣主编．.机械原理．.北京：高等教育出版社，2005 4.宋宝玉主编．机械设计手册（第二版）．北京：机械工业出版社，2004

5.陈铁鸣主编．新编机械设计课程设计图册．北京：高等教育出版社，6.张志军.课程设计手册.沈阳理工大学出版，2009

2006