滾珠絲杠和螺紋絲杠的區(qū)別

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1、滾珠絲杠和螺紋絲杠的區(qū)別： 1、從作用上，兩者相同。2、從效果上，滾珠絲杠用于精密傳動，效率高，傳動靈活，精度保持性好；滑動絲杠精度差，效率低，發(fā)熱大（長時間用時需冷卻），壽命短。3、從應(yīng)用上，滾珠絲杠多用于數(shù)控機(jī)床、定位工作臺等需要精密定位傳動的場合，多配合伺服馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)使用；滑動絲杠一般僅用于傳遞力、無較高定位要求且不長時間連續(xù)使用的場合。 滾珠絲杠副的選型和計算涉及剛度、定位精度、壓桿穩(wěn)定性等多項(xiàng)指標(biāo)。滾珠絲杠設(shè)計計算是一個較復(fù)雜的過程，具體計算可以參照南京傳動技術(shù)研究所網(wǎng)站查詢，里面有個“滾珠絲杠副選型計算”模塊，可以根據(jù)輸入的初始條件計算選型典型規(guī)格，并校核包

2、括滾珠絲杠精度，壓桿穩(wěn)定性，Dn值、精度等所有校驗(yàn)指標(biāo)。（南京傳動技術(shù)研究所網(wǎng)站： 滾珠絲杠用于精密機(jī)床，如加工中心。滑動絲桿用于傳遞力，如虎鉗。 選型：滾珠絲杠的選型要注重的主要參數(shù)如下: 1---公稱直徑。即絲杠的外徑，常見規(guī)格有8、12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120，不過請留意，這些規(guī)格中，各廠家一般只備12~50的貨，也就是說，其他直徑大部分都是期貨（見單生產(chǎn)，貨期大約在30~60天之間，日系產(chǎn)品大約是2~2.5個月，歐美產(chǎn)品大約是3~4個月）。公稱直徑和負(fù)載基本成正比，直徑越大的負(fù)載越大，詳細(xì)數(shù)值可以查閱廠家產(chǎn)品樣本。這里只說

3、明兩個概念：動額定負(fù)荷與靜額定負(fù)荷，前者指運(yùn)動狀態(tài)下的額定軸向負(fù)載，后者是指靜止?fàn)顟B(tài)下的額定軸向負(fù)載。設(shè)計時參考前者即可。需要注意的是，額定負(fù)荷并非最大負(fù)荷，實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷的比值越小，絲杠的理論壽命越高。推薦：直徑盡量選16~63。 2---導(dǎo)程。也稱螺距，即螺桿每旋轉(zhuǎn)一周螺母直線運(yùn)動的距離，常見導(dǎo)程有1、2、4、6、8、10、16、20、25、32、40，中小導(dǎo)程現(xiàn)貨產(chǎn)品一般只有5、10，大導(dǎo)程一般有1616、2020、2525、3232、4040（4位數(shù)前兩位指直徑，后兩位指導(dǎo)程），其他規(guī)格多數(shù)廠家見單生產(chǎn)。導(dǎo)程與直線速度有關(guān)，在輸入轉(zhuǎn)速一定的情況下，導(dǎo)程越大速度越快。推薦：導(dǎo)程盡量

4、選5和10。 3---長度。長度有兩個概念，一個是全長，另一個是螺紋長度。有些廠家只計算全長，但有些廠家需要提供螺紋長度。螺紋長度中也有兩個部分，一個是螺紋全長，一個是有效行程。前者是指螺紋部分的總長度，后者是指螺母直線移動的理論最大長度，螺紋長度=有效行程+螺母長度+設(shè)計裕量（假如需要安裝防護(hù)罩，還要考慮防護(hù)罩壓縮后的長度，一般按防護(hù)罩最大長度的1／8計算）。在設(shè)計繪圖時，絲杠的全長大致可以按照一下參數(shù)累加：絲杠全長=有效行程+螺母長度+設(shè)計余量+兩端支撐長度（軸承寬度+鎖緊螺母寬度+裕量）+動力輸入連接長度（如果使用聯(lián)軸器則大致是聯(lián)軸器長度的一般+裕量）。特別需要注意的是，如果你的長度超

5、長（大于3米）或長徑比很大（大于70），最好事先咨詢廠家銷售人員可否生產(chǎn)，總體的情況是，海內(nèi)廠家常規(guī)品最大長度3米，非凡品16米，國外廠家常規(guī)品6米，特殊品22米。當(dāng)然不是說國內(nèi)廠家就不能生產(chǎn)更長的，只是定制品的價格比較離譜。推薦：長度盡量選6米以下，超過的用齒輪齒條更劃算了。 4---螺母形式。各廠家的產(chǎn)品樣本上都會有很多種螺母形式，一般型號中的前幾個字母即表示螺母形式。按法蘭形式分大約有圓法蘭、單切邊法蘭、雙切邊法蘭和無法蘭幾種。按螺母長度分有單螺母和雙螺母（注意，單螺母和雙螺母沒有負(fù)載和剛性差異，這一點(diǎn)不要服從廠家銷售人員的演說，單螺母和雙螺母的主要差異是后者可以調(diào)整預(yù)壓而前者不能，另

6、外后者的價格和長度大致均是前者的2倍）。在安裝尺寸和性能答應(yīng)的情況下，設(shè)計者在選用時應(yīng)盡量選擇常規(guī)形式，以避免維護(hù)時備件的貨期問題。推薦：頻繁動作、高精度維持場合選雙螺母，其他場合選雙且邊單螺母。推薦：螺母形式盡量選內(nèi)循環(huán)雙切邊法蘭單螺母。 5---精度。滾珠絲杠按GB分類有P類和T類，即傳動類和定位類，精度等級有1、2、3、4.....幾種，國外產(chǎn)品一般不分傳動還是定位，一律以C0~C10或具體數(shù)值表示，一般來說，通用機(jī)械或普通數(shù)控機(jī)械選C7（任意300行程內(nèi)定位誤差±0.05）或以下，高精度數(shù)控機(jī)械選C5（±0.018）以上C3（±0.008）以下，光學(xué)或檢測機(jī)械選C3以上。特別需要注意

7、的是，精度和價格關(guān)聯(lián)性很大，并且，精度的概念是組合和維持，也就是說，螺桿的導(dǎo)程誤差不能說明整套絲杠的誤差，出廠精度合格不能說明額定使用壽命內(nèi)都維持這個精度。這是個可靠性的問題，與生產(chǎn)商的生產(chǎn) 選型計算舉例 選取的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動系統(tǒng)為： 磨制絲杠(右旋) 軸承到螺母間距離(臨界長度) ln = 1200mm 固定端軸承到螺母間距離 Lk = 1200mm 設(shè)計后絲杠總長 = 1600mm 最大行程 = 1200mm 工作臺最高移動速度 Vman = 14（m/min） 壽命定為 Lh = 24000工作小時。 μ= 0.1 （摩擦系數(shù)） 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 nmax

8、= 1800 （r/min） 定位精度： ??最大行程內(nèi)行程誤差 = 0.035mm ??300mm行程內(nèi)行程誤差 = 0.02mm ??失位量 = 0.045mm 支承方式為(固定—支承) W = 1241kg+800kg （工作臺重量+工件重量） g=9.8m/sec2(重力加速度) I=1 (電機(jī)至絲杠的傳動比) Fw=μ×W ×g = 0.1×2041×9.8 ≈ 2000 N(摩擦阻力) 運(yùn)轉(zhuǎn)方式 軸向載荷 Fa=F+Fw （N） 進(jìn)給速度 (mm/min) 工作時間比例 無切削 F1=2000 V1=14000 q1=15 輕切削

9、F2=4000 V2=1000 q2=25 普通切削 F3=7000 V3=600 q3=50 重切削 F4=11000 V4=120 q4=10 Fa --- 軸向載荷 （N） F --- 切削阻力 （N） Fw --- 摩擦阻力 （N） 從已知條件得絲杠編號： ????此設(shè)計絲杠副對剛度及失位都有所要求，所以螺母選形為：FDG（法蘭式雙螺磨制絲杠） ????從定位精度得出精度精度不得小于P5級絲杠 ????FDG_-_X_R-_-P5-1600X____ 計算選定編號 ??? 導(dǎo)程 = 14000/18000≈7.7mm ??在此為了安全性考慮：

10、Pho =10(mm) 運(yùn)轉(zhuǎn)方式 進(jìn)給速度 (mm/min) 進(jìn)給轉(zhuǎn)速 (r/min) 無切削 V1=14000 n1=1400 輕切削 V2=1000 n2=100 普通切削 V3=600 n2=60 重切削 V4=120 n2=12 ??? 平均轉(zhuǎn)速 ??? 平均載荷 ??? 時間壽命與回轉(zhuǎn)壽命 =24000×266×60 =383040000轉(zhuǎn)次 ????額定動載荷 ????以普通運(yùn)動時確定fw取 1.4 得：額定動載荷 Ca≥39673N 以Ca值從FDG系列表及（絲杠直徑和導(dǎo)程、絲杠長度表） 中查出適合的

11、類型為： 公稱直徑： d0=40mm 絲杠底徑： d0=33.9mm 導(dǎo)程：Pho=10mm 循環(huán)圈數(shù)：4.5 額定動載荷為：48244N。 絲杠編號： FDG 40 × 10R - P5 - 4.5 - 1600 × ____ ????預(yù)緊載荷 Fao = Fmax/3=11000/3 ≈ 3666 N ????絲杠螺紋長度 Lu=L1-2Le L1=Lu+2Le =1200+2×40=1280mm 絲杠螺紋長度不得小于1280mm加上螺母總長一半84mm(從系列表中查出螺母總長168mm)。 得絲杠螺紋長度 ≥ 1364m。 在此取絲杠螺紋長度 L1=1400mm

12、則軸承之間的距離Ls=1400mm 絲杠編號： FDG - 10R - P5 - 4.5 - 1600 × 1400 絲杠公稱直徑 公稱直徑由允許工作轉(zhuǎn)速與工作容許軸向載荷來推算得出。 臨界轉(zhuǎn)速及允許工作轉(zhuǎn)速： nkper≤0.8×nk nk ≥ nkper/0.8 以安裝形式確定fnk 取18.9。 可知絲杠螺母底徑大于? 13.7 ????當(dāng)Pho=10(mm)、最高轉(zhuǎn)速達(dá)到1400（r/min） 時，系列表中適合的公稱直徑d0≥32mm 。 ????上述由額定動載荷Ca 求得的公稱直徑 d0=40mm>32 ，滿足條件，否則公稱直徑還應(yīng)加大。 絲杠編號： FDG

13、40 × 10R – P5 - 4.5 - 1600 × 1400 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)剛度 ????初始條件：失位量 = 0.045mm。 ????滾珠絲杠系統(tǒng)之間各元部件（絲杠、螺母、支承軸承），在此設(shè)為：0.04mm。 此時滾珠絲杠系統(tǒng)各元部件單邊彈性變形量為：0.02mm。 此時為無切削運(yùn)動時的軸向載荷2000N。 ????絲杠剛度 ????當(dāng)Ls1=Lk，Rs 為最小，一般情況下計算最小剛度值。 δ = Fa/Rs =2000/176≈11.4μm ????螺母剛度 ????在此預(yù)緊載荷為額定動載荷的10%，螺母剛度從表中查出 R=2128N/μm ????

14、從表中查出額定動載荷Ca=48244N,在此ε取0.1． δnu=Fa/Rnu =2000/1554 ≈1.3μm ????支承剛度 ????支承軸承剛度RaL可從軸承生產(chǎn)廠產(chǎn)品樣本中的查出。 在此RaL=1020N/μm RaL=Fa/δaLδaL=Fa/RaL = 2000/1020 ≈ 2μm ????軸向總剛度 1/Rtot = 1/Rs + 1/Rnu + 1/RaL =1/176 + 1/1554 + 1/1020 ≈1/138 Rtot≈137 N/μm ????????總彈性變形量(單邊) δtot = δs + δnu + δaL =11.4+

15、1.3+2 =14.7μm ≤ 20μm，合格。 ????從絲杠軸向總剛度的問題上來講，絲杠的剛度有時比螺母的剛度重要，最佳提升剛性的方法是提高絲杠的剛度，而不是在螺母上施加太重的預(yù)緊載荷(預(yù)緊載荷最高為額定動載荷的10%)，如果將絲杠的安裝方式改為（固定-固定）式，軸向總剛度的最小剛度Rtot≈305N/μm 、總彈性變形量(單邊)δs=6.7μm 。 電機(jī)的選定 ????驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 ????Fa為無切削軸向載荷2000N。 ????Fa為輕切削軸向載荷4000N。 ????Fa為普通切削軸向載荷7000N。 ????Fa為重切削軸向載荷11000N。 ??

16、??由預(yù)加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 ????在此 Kp 取 0.18 ????在精確設(shè)計中要考慮各方面的轉(zhuǎn)矩(如：加速度時之負(fù)載轉(zhuǎn)矩及馬達(dá)所負(fù)荷的總慣性矩等)。 I = 1 （電機(jī)至絲杠的傳動比） ????平均速度時最大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 Mt1=Mta+Mte=19.5+1.4≈21Nm 在此馬達(dá)轉(zhuǎn)速最高設(shè)計為1500r/min ????電機(jī)的選定時，一般來說以平均速度時的 Mt1 在電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的30%以內(nèi)情況下使用。 檢校 ????絲杠理論容許軸向載荷 ????以安裝形式確定fFk 取20.4 Fk=fFk × d24/Lk2 ×104 =20.4×33.92/1200×1

17、04 ≈187097 N ????絲杠工作容許軸向載荷 Fkzul = Fk/2 =187097/2≈93549N 最大軸向載荷小于絲杠工作容許軸向載荷，合格。 ????臨界轉(zhuǎn)速 ????以安裝形式確定取18.9 nk=fnk× d2/Ln2 ×107 =18.9×33.9/12002×107≈4449 r/min ????允許工作轉(zhuǎn)速 nkper ≤ 0.8 × nk =0.8 × 4449 ≈ 3559 r/min 最大運(yùn)動轉(zhuǎn)速小于允許工作轉(zhuǎn)速，合格。 勻速運(yùn)行，非精確計算可以套用以下公式：Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1）

18、式中 Ta：驅(qū)動扭矩kgf.mm； Fa：軸向負(fù)載N（Fa=F+μmg， F：絲杠的軸向切削力N，μ：導(dǎo)向件的綜合摩擦系數(shù)，m：移動物體重量(工作臺+工件)kg，g:9.8 ）； I：絲杠導(dǎo)程mm； n1：進(jìn)給絲杠的正效率。 計算舉例： 假設(shè)工況：水平使用，伺服電機(jī)直接驅(qū)動，2005滾珠絲杠傳動，25滾珠直線導(dǎo)軌承重和導(dǎo)向，理想安裝，垂直均勻負(fù)載1000kg，求電機(jī)功率： Fa=F+μmg，設(shè)切削力不考慮，設(shè)綜合摩擦系數(shù)μ=0.1，得Fa=0.1*1000*9.8=980N； Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1），設(shè)n1=0.94，得Ta=980*5/5.9032

19、≈830N.mm=0.83N.M 根據(jù)這個得數(shù)，可以選擇電機(jī)功率。以臺灣產(chǎn)某品牌伺服為例，查樣本得知，額定扭矩大于0.83N.M的伺服電機(jī)是400W。（200W是0.64N.M，小了。400W額定1.27N.M，是所需理論扭矩的1.5倍，滿足要求） 當(dāng)然咯，端部安裝部分和滾珠絲杠螺母預(yù)壓以及潤滑不良會對系統(tǒng)產(chǎn)生靜態(tài)扭矩，也稱初始扭矩，實(shí)際選擇是需要考慮的。另外，導(dǎo)向件的摩擦系數(shù)不能單計理論值，比如采用滾珠導(dǎo)軌，多套裝配后的總摩擦系數(shù)一定大于樣本參數(shù)。而且，該結(jié)果僅考慮驅(qū)動這個靜止的負(fù)載，如果是機(jī)床工作臺等設(shè)備，還要考慮各向切削力的影響。 若考慮加速情況，較為詳細(xì)的計算可以參考以下公式（個

20、人整理修正的，希望業(yè)內(nèi)朋友指點(diǎn)）： 水平使用滾珠絲杠驅(qū)動扭矩及電機(jī)功率計算： 實(shí)際驅(qū)動扭矩：T=(T1+T2)*e T：實(shí)際驅(qū)動扭矩； T1：等速時的扭矩； T2：加速時的扭矩； e：裕量系數(shù)。 等速時的驅(qū)動扭矩：T1=（Fa*I）/（2*3.14*n1） T1：等速驅(qū)動扭矩kgf.mm； Fa：軸向負(fù)載N【Fa=F+μmg， F：絲杠的軸向切削力N，μ：導(dǎo)向件綜合摩擦系數(shù)，m：移動物體重量(工作臺+工件)kg，g:9.8 】； I：絲杠導(dǎo)程mm； n1：進(jìn)給絲杠的正效率。 加速時的驅(qū)動扭矩：T2=T1+J*W T2:加速時的驅(qū)動扭矩kgf.m; T1:等速

21、時的驅(qū)動扭矩kgf.m; J:對電機(jī)施加的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m2【J=Jm+Jg1+(N1/N2)2*［Jg2+Js+m(1/2*3.14)2］】 W:電機(jī)的角加速度rad/s2; Jm:電機(jī)的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m2; Jg1:齒輪1的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m2; Jg2:齒輪2的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m2; Js:絲杠的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m2 （電機(jī)直接驅(qū)動可忽略Jg1 、Jg2） 若采用普通感應(yīng)電機(jī)，功率根據(jù)以下公式計算： P=TN/9549 P：功率；T：扭矩；N：轉(zhuǎn)速 ??????? 修正說明：原“計算舉例”中綜合摩擦系數(shù)設(shè)定為0.01，導(dǎo)致計算結(jié)果不合理（最開始扭矩結(jié)果應(yīng)是0.083

22、N.M，算成0.83是我單位換算錯誤），現(xiàn)將其修改為相對較合理的0.1。修改原因是滾珠導(dǎo)軌內(nèi)滾動體的理論摩擦系數(shù)大約是0.003~0.005，組裝后因?yàn)樵黾恿硕瞬糠缐m件和預(yù)壓的原因，摩擦系數(shù)大約為0.01~0.05，而多套多滑塊同時使用因安裝方面的影響，整體摩擦系數(shù)可能在0.1~0.2之間，這里選0.1應(yīng)該比較合理。應(yīng)注意，計算結(jié)果沒有考慮沖擊、震動以及其他非常因素的影響，而且螺旋升角對推力的影響反應(yīng)似乎不夠合理，因此這個結(jié)果只供參考。同時，在此感謝“溫暖海洋”和“茄子”網(wǎng)友提出的指導(dǎo)性意見，特別是“溫暖海洋”網(wǎng)友指出了我計算過程中單位換算的錯誤，非常感謝！ 設(shè)計計算舉例 已知條件：機(jī)床工作臺如圖5 最大行程：1000mm 全行程上定位精度：δg=0.025mm 失動量：δs=0.01mm 工作臺最高速度Vmax=20m/min 壽命20000小時 （兩班工作制10年） 電機(jī)直聯(lián)絲杠，最高轉(zhuǎn)速nj=2000r/min 初步考慮用滑動導(dǎo)軌，摩擦系數(shù)μ=0.1 絲杠用 固定--固定的安裝方式 設(shè)計計算過程，按18、滾珠絲杠副的設(shè)計計算程序（簡稱18，下同）進(jìn)行