浅谈滚珠丝杠在机床设计中的选用

　　随着国内机床行业的快速发展，大家对丝杠的使用负载、速度、精度寿命要求越来越高，因此对于丝杠的设计者来说，丝杠的负荷问题、热变形问题、定位精度问题、使用寿命问题等都要有一个清楚的认识。

　　1、HDL50三坐标加工单元对丝杠负荷的具体要求

　　2007年10月，大连机床集团加工中心所自行研制开发HDL50三坐标加工单元，其对丝杠有着严格的技术要求，要求其快移速度v=54m/min，加速度为a=0.5g，动载荷,C=58200N，静载荷158000N，螺距P=20mm(由FANUC伺服电机a30/3000i决定)，行程ST=800mm，采用一端固定另一端支持的安装方式。其结构如图1:

　　1、旋紧螺母 2、法兰盘 3、轴承

　　4、承载重物 5、端盖 6、电机支座

　　7、轴承座 8、轴承压盖9、丝杠 10、丝杠螺母

　　11、法兰盘12、轴承13、联轴器 14、电机

　　图1

　　1.1轴向负荷的计算

　　1.1.1(水平往复运动)

　　图2

　　螺母及承载重物水平的往复运动，如图2，其轴向负荷分析如下：

　　向左等加速运动：Fa1=μ×mg+f+ma

　　向左等速运动：Fa2=μ×mg+f

　　向左等减速运动：Fa3=μ×mg+f-ma

　　向右等加速运动：Fa4=-μ×mg-f-ma

　　向右等速运动：Fa5=-μ×mg-f

　　向右等减速运动：Fa6=-μ×mg-f+ma

　　a=Vmax/T

　　Vmax：为最高速度

　　T：达到最高速度所用时间

　　m：总质量，指螺母带动的所有物重

　　μ：导轨摩擦系数

　　f：无负荷时的阻力

　　由此可得向左等加速运动或向右等加速运动时螺母的载荷最大，因此在设计轴向载荷时应该主要参考此数值。

　　Fa1=μ×mg+f+ma=0.01×2150×9.8+100+2150×0.5×9.8

　　=10845.7N

　　1.1.2(垂直往复运动)，如图3，其轴向负荷分析如下：

　　上升等加速运动：Fa1=μ×mg+f+m(a+g)

　　上升等速运动：Fa2=μ×mg+f+mg

　　上升等减速运动：Fa3=μ×mg+f+m(g-a)

　　下降等加速运动：Fa4=m(g-a)-μ×mg-f

　　下降等速运动：Fa5=mg-μ×mg-f

　　下降等减速运动：Fa6=m(g+a)- μ×mg-f

　　由此可得上升等加速运动时螺母的载荷最大，因此在设计轴向载荷时应该主要参考此数值。

　　Fa1=μ×mg+f+m(a+g)= 0.0l×328×9.8+100+328×1.5×9.8

　　=4953N

　　1.2　丝杠轴容许轴向负荷

　　因工作台、主轴箱、工件等自重，对丝杠本身产生的压缩负荷，所以必须验算对丝杠挫屈的安全性。如下公式分析：