题目一：CK6136数控机床进给传动系统设计-滚珠丝杠副的设计X 轴滚珠丝杠副的参数计算 由设计所给的条件： 工作台的重量35Kg工作台的最大行程h = 230mm工作台导轨的摩擦系数：动摩擦系数林μ＝0 . 1 静摩擦系数从，μ= 0 . 2 快速进给速度Vmax = 10m/min定位精度20μm ／300mm 全行程25μm 重复定位精度10μm 其它状况见表3 -13-1 各种切削状况下的性能参数1.1 确定滚珠丝杠副的导程由传动关系，工作台最高移动速度x ma V 电机最高转速m ax n 传动比i 等确定P hP h >m axxn i V ma 其中x ma V =10m/min,m ax n =3000r/min,选择传动比是考虑到同步轮包角不能过小，并且传动系统的整体尺寸不能过大，故取传动比为0.8，所以P h =10*1000/（3000*0.8）=4.17min/r导程已经标准化，取偏大一点的标准值，即取P h=5mm/r。

1.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算1.2.1 最小载荷F min机器空载时滚珠丝杠副的传动力，如工作台重量引起的摩擦力。

机器空载时滚珠丝杠副的传动力，主要由于工作台及其上的电机的重量引起的摩擦力。

F min=fw=0.2*35*9.8=68.6N1.2.2 最大载荷F max选择机器承受最大负荷时滚珠丝杠副的传动链。

机床切削时，切削力滚珠丝杠轴向的分力与导轨摩擦力之和即为F max（这时导轨摩擦力是由工作台、文件、夹具三者总的重量以及切削力在垂直导轨方向的分量共同引起）。

表3-2 车床常用切削状况及参数1.2.3 滚珠丝杠副的当量转速nm及当量载荷Fm滚珠丝杠副在n1，n2，n3，……nn各种转速下，各转速工作时间占总时间的百分比分别为t1%，t2%，t3%……tn%，所受荷载分别是F1，F2，F3……Fn。

N m = n 11001t + n 21002t +……n n 100nt各种切削方式下，丝杠转速n i =310⨯Ph Vi其中 n i ：丝杠转速 r/min V i ：进给速度 m/min 。

查上表得V 1=0.6 V 2=0.8 V 3=1， V 4=15 带入上式n 1=120, n 2=160，n 3=200，n 4=3000各种切削方式下，丝杠轴向载荷 F i = Pz i +μ（W+ Px i ）w=9.8*35F i ：丝杠轴向载荷 N P xi ：纵向切削力 N P zi ：垂向切削力 N 查表得P x1=2000N P x2=1000N P x3=500N P x4=0NP z1=1200N P z2=500N P z3=200N P z4=0N W =343N 带入得F 1=1668.8N F 2=768.8N F 3=368.8N F 4=68.6N当量转速N m =120*10010+160*10030+200*10050+3000*10010=460r/min当量载荷3100mn 4t4n 34100m n 3t 3n 33100m n 2t 2n 32100m n 1t 1n 31m F F F F F +++= =711N1.3 确定预期额定动载荷按滚珠丝杠副的预期工作时间（小时）计算： C am =)(100603N f f f F L n ca wm h m ⋅=62.0*1*1002.1*711*20000*230*603=8959.7N有预加负荷的滚珠丝杠副还需按最大轴向负荷Fmax 计算；C am =f e F max =4.5*1668.8=7509.6N选用中预载。

式中;f e ——预加负荷系数（见表3-7）以上二种结果比较后取其最大值即为滚珠丝杠副的C am =7668.1N1.4 确定允许的最小螺纹底径d2m估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量δm一般情况下，影响死区间隙的主要因素按影响程度自大到小排列顺序是： a. 滚珠丝杠本身的拉压刚度K s ； b. 支撑轴承的轴向刚度K b ；c. 滚珠丝杠副中滚珠与滚道德接触刚度K c ；d. 折合到滚珠丝杠副上的伺服系统的刚度K R ；e. 联轴节的刚度K t ；f. 滚珠丝杠副的扭转刚度K k ；g. 螺母座、轴承座的刚度K h 。

其中前三项是最主要的，而K s 又占总量的（1/3~1/2）。

所以一般情况下可按下式精心进行计算：cb s K K K K 1111++= 机械装置中移动部件处在不同位置时系统的刚度K 是不同的，刚度最小处用K min 表示。

当滚珠丝杠副轴向有工作载荷作用时，传动系统中便产生弹性变形δ，且δ=F/K 。

从而影响了系统的传动精度，而K min 处系统受影响最大。

机床或机械装置的伺服系统精度大多在空载下检验。

空载时作用在滚珠丝杠副上的最大轴向工作载荷是静摩擦力F 0。

移动部件在K min 处起动和返回时，由于方向变化将产生误差2 F 0/K min （又称摩擦死区误差）。

它是影响重复定位精度的最主要因素。

一般占重复定位精度的（1/2~1/3）。

所以规定滚珠丝杠副允许的最大轴向变形：δm ）（41~31≤. 重复定位精度 ）（5/1~4/1m ≤δ 定位精度影响定位精度最主要的因素是滚珠丝杠副的精度，其次是滚珠丝杠本身的拉压弹性变形（因这种弹性变形随滚珠丝螺母在丝杠上的位置变化而变化）。

以及滚珠丝杠副摩擦力矩的变化......等。

一般估算是）（5/1~4/1m ≤δ定位精度。

以上两种方法算出的小值取为δm （单位m μ）。

查表得重复定位精度10m μ，定位精度25m μ可以求得δm =3 δm =5 取两种结果较小值δm =3 估算最小螺纹底径滚珠丝杠副安装方式为一端固定，一端游动时30m 28.9*302.0*302078.010102d *=⨯≥EL F m πδ=6式中E ——杨氏弹性模量2.1×105N/mm 2；δm ——估算滚珠丝杠副最大允许轴向变形量（μm ）； F 0——导轨静摩擦力（N ）。

F 0=μ0W （μ0为静摩擦系数）； L ——滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离（mm ）。

L ≈行程+安全行程+余程+螺母长度的一半+支承长度的一半 =行程+（2~4）P h +4P h +(4~6)P h +(1/20~1/10)行程 ≈（1.05~1.1）行程+（10~14）P h L=1.1*220+12*5=302mm1.5 确定滚珠丝杠副规格代号根据传动方式及使用情况，按照样本可以确定滚珠螺母型式。

按照已估算出的P h 、C am 在样本中查出丝杠底径d 2，额定动载荷C a 应注意到d 2≥d 2m ，C a ≥C am 但不宜过大，否则会使滚珠丝杠副的转动惯量偏大，结构尺寸也偏大。

接着再确定公称直径。

循环周数，滚珠螺母的规格代号及有关的安装连接尺寸。

综上所述，查表（3-8）和表（3-9）后选用FFZL2005-3型内循环螺纹预紧螺母式滚珠丝杠副。

表3-8 滚珠丝杠副的主要参数1.6 确定滚珠丝杠副预紧力当选择预紧螺母形式的滚珠丝杠副时需定预紧力F p。

F p=13F max=31*1668.8=556.3N1.7 确定滚珠丝杠副支承所用的轴承规格型号a.计算轴承所受的最大轴向载荷F Bmax ,F Bmax = F max =1668.8Nb.按滚珠丝杠副支承的要求选择轴承的型号。

由于滚珠丝杠副承受的载荷既有轴向的， 又有径向的，因而选用角接触球轴承。

c.确定轴承内径：为便于丝杠加工，轴承内径最好不大于滚珠丝杠的大径。

在选用内循环滚珠丝杠副是必须有一端轴承内径略小于丝杠底径d 2。

其次轴承样本上规定的预紧力应大于轴承承受最大载荷FBmax 的1/3。

差轴承手册，固定端取轴承内径为17mm ，选用70003AC 型轴承。

游动端取轴内径17mm ，采用60003深沟球轴承。

1.8 轴承的简化计算由于轴系中一端对称安装同型号的角接触轴承，轴系处于三支点静不动状态，可简化为：将同一支点成对安装的轴承视为一个整体，并认为支反力作用点位于两轴承中点处，这一轴承组所受的载荷F n 等于轴向外载，径向基本额定静载荷C or2及径向基本额定动载荷C r2可按下式计算：C or2=2C or ， C r2=1.625C r式中C or ——单个轴承的径向基本额定静载荷； C r ——单个轴承的径向基本额定动载荷。

查手册7003AC 的C or =8.9KN C r =13.1KN 带入得 C or 2=19.8KN C r 2=21.3KN 查表e=0.68e F F>ra查表 X=0.67，Y=1.14P=XF r + YF a =0.67*894+1.14*608.5=734N31h 610n 60t f p f r ）（L PC = 查表 f p =1.5，f t =1，Lh=20000 带入得 C r =7.2KN<C r 2=21.3KN1.9 滚珠丝杠副工作图设计滚珠丝杠副的螺纹长度L u+2L e=230+83+2*20=353mm1.9.1 滚珠丝杠副的螺纹长度L e查余程表3-8，L e=20mm，L u=行程+螺母长度=230+83=313mm滚珠丝杠副的螺纹长度L s= L u+2 L e=353mm1.9.2 固定支承与游动支承距离L1=383mm1.9.3 丝杠全长L =5301.9.4 行程起点离固定支承距离Lo 25mm滚珠丝杠副工作图见附图一：X向滚珠丝杠副。

滚珠丝杠副螺母不应该承受径向载荷及颠覆力矩，应使作用在螺母上的轴向通过丝杠轴心。

可以用螺母的外圆柱面及法兰凸缘的内侧做安装基准，同时要求螺母座孔与丝杠轴承孔同心。

螺母座孔端面与螺母座孔轴线垂直。

当所受载荷冲击力不大时，可仅用螺母法兰凸缘的内侧面作安装基准面，这时就保证螺母座面与导轨垂直，装配时应找螺母外圆与丝杠支承轴承孔同心。

设计螺母座，轴承座及紧固螺钉时要注意保证足够的刚性。

在承载方向设计加强筋。

滚珠丝杠副螺母不应该承受径向载荷及颠覆力矩，应使作用在螺母上的轴向力通过丝杠轴心。

可以用螺母的外圆柱面及法兰凸缘的内侧做安装基准，同时要求螺母座孔与丝杠轴承同心。

螺母座孔端面与螺母孔轴线垂直。

当所受载荷冲击力不大时，可仅用螺母法兰凸缘的内侧面作安装基准面，这时就保证螺母座面与导轨垂直，装配时应找螺母外圆与丝杠支承轴承孔同心。

设计螺母座，轴承座及紧固及紧固螺钉时要注意保证足够的刚性。

在承载方向设计加强筋。

由工作图确定滚珠丝杠的长度尺寸。