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TBI滚珠丝杆选型常用的计算公式

2020-10-26 浏览量 3670

TBI滚珠丝杆选型计算步骤与直线轴承、直线导轨类似,滚珠丝杆作为一种标准的精密传动部件,工程上都从制造商那里直接订购而来,订购时同样也是用一组代号来表示,必要时再附加图纸。为了使滚珠丝杆的选型步骤更为清晰简便,更既具备可操作性,必须熟悉滚TBI珠丝杆常用的计算及选型方法。

一、确认使用条件:
1、被移动负载的质量:M(KG)
2、滚珠丝杆的安装方向:水平、垂直、倾斜;
3、沉重导轨的形式:线轨、平面导轨、
4、丝杆的行程:L(mm)
5、负载移动的速度:v(m/s)
6、负载需要的加速度:a(m/s^2)
7、丝杆的精度:C3到C7级
8、丝杆使用的环境:特殊环境需求的考虑。

二、简化计算选型:
举例,使用条件如下:
1、被移动负载重量:M=50kg;
2、安装方向:垂直安装;
3、导轨形式:线性滑轨
4、速度:v=0.2m/s
5、加速时间:t=0.1s
6、行程:1000mm;
7、精度:0.1mm

三、计算过程:
1、计算加速度:a=v/t=0.2/0.1=2m/s^2(v:速度;t:加速时间)
2、计算丝杆的zui大轴向力:F=Mgμ+Ma+Mg(水平运动,去除Mg选型,M负载重量;g重力加速度9.8;μ:摩擦系数,平面导轨取值0.1,线轨取值:0.05;a加速度)F=50*9.8*0.05+50*2+50*9.8=614.5N
3、计算出丝杆的轴向负载以后,选型会出现两个分支,一种情况是客户不知道设备的设计寿命年限,以及每一年中丝杆的使用平率,不做精确的丝杆寿命校核。那么我们推荐一种简单可行的方法,就是查询丝杆资料中的动负荷值C。结合第7项精度0.1mm的要求,我们推荐常备FSI螺帽形式的丝杆,尺寸参数表如下:
尺寸参数表
根据滚珠丝杆的轴向推力:F=614.5N=62.7kgf;我们推荐将F乘以4~8之间的一个系数,对于使用平率低,可靠度要求不高的情况,我们推荐4倍系数,对于可靠度要求较高,我们推荐8倍的系数。
根据举例:F*8=62.7*8=501.6kgf;查询丝杆的表格,SFI01604-4的丝杆,其动负荷是973kgf;大于501.6kgf,所以SFI01604-4的丝杆可以满足要求;该型号表示,丝杆的公称直径为16mm;丝杆导程为4mm;
4、对于TBI滚珠丝杆寿命有明确要求的选型,举例如下:根据此前的举例,丝杆用20s做一次往返运动,停留10s在进行下一个循环。每天工作16小时,每年工作300天,设计寿命10年。则计算丝杆的转数寿命为:L=1000/5*2*2*60*16*300*10(1000是行程,5是导程,2是往返,2是每分钟2次,60是每小时60分钟,16是天工作16小时,300是每年工作300天,10是设计寿命10年。)
1、L=2304000000转,这是一个转数寿命,含义是,丝杆在这个转数范围内,能够保证运行精度。
2、L/10^6=2304
3、13.2倍4、C/F=13.2,C=13.2*62.7=828kgf丝杆的动负荷大于
828kgf就可以满足要求。所以,还是选择SFI01604-4的滚珠丝杆满足要求。

四、校核临界转速:
根据上面的计算,直径16,导程5mm的丝杆能够满足我们的负载要求,但是丝杆使用中噪音是经常出现的一个故障,为了改善丝杆的噪音状况,我们要求校核丝杆的临界转速。此前的案例,丝杆的行程为1000,则估算丝杆两端的支撑轴承的间距1200mm,1200为估计值,实际值可以以机械设计的安装位置为准。
临界转速:NCNC=2,71*10^8*Mf*dr/Lt
丝杆根径:dr约定于丝杆的工程直径减去丝杆的钢珠直径,单位:mm
安装系数:MfMf=1(固定+固定)Mf=0.689(固定+支撑)
Mf=0.157(固定+自由)
轴承间距:Lt单位:mm
原式=2.71*10^8*1*12.8/1200^2=2409rpm。
使用转速N=NC*0.8=2409*0.8=1927
根据负载移动速度:200mm/s的要求,四缸转速:200/5*60=2400rpm,所以,
SFI01604-4的丝杆不能满足要求。

五、调整办法:
一、增加丝杆的直径dr使其达到速度要求为止;
二、增加丝杆导程,采用10mm导程的丝杆,则丝杆的使用转速为:200/10*60=1200rpm可以满足要求。
六、特殊需求

举例是常规TBI滚珠丝杆的简化选型过程,有的情况下,一些特殊的要求会改变TBI滚珠丝杆的选型步骤,例如:丝杆需要表面特殊耐腐蚀处理,TBI滚珠丝杆需要垂直提升时实现机械自锁,TBI滚珠丝杆需要非常高的进给速度等等,这是后需要特殊情况具体分析。