专题1　伺服进给传动系统设计

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1、专题1伺服进给传动系统设计李为民教授河北工业大学机械工程学院专题1伺服进给传动系统设计内容提要：本讲为伺服进给传动系统的应用总结先介绍伺服进给传动系统的组成，然后讲述伺服进给传动系统设计过程，包括丝杠、导轨及伺服电机选择、计算。专题1伺服进给传动系统设计主轴导轨滑块导轨圆导轨圆导轨滑块导轨支撑滑块直线轴承导轨支座滚珠丝杠支撑单元滚珠丝杠伺服电机联轴器联轴器滚珠丝杠固定单元专题1伺服进给传动系统设计目录F1.1滚珠丝杠初选丝杠直径丝杠强度的精确校核确定滚珠丝杠的安装方式验算极限转速和极限载荷静态安全系数丝杠寿命计算平均轴向负荷与平均转速支承轴承的寿命丝杠进给系统刚度计算F1.2伺服电机

2、滚珠丝杠效率稳态扭矩计算惯性扭矩计算最大扭矩、功率计算平均扭矩验算F1.3滚动导轨负荷计算等效载荷计算静态安全系数校核平均负荷计算寿命计算专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠F1.1.1初选丝杠直径初选丝杠轴直径有类比法和计算法两种。以下只讲计算法。q为考虑丝杠本身转动惯量的影响，估算负载转矩T应增加的百分数。q的取值原则：对于惯性负载通常取较大值(20%~30%)，对于常定负载通常取较小值(10%~15%)。(1)估算传动扭矩设稳态力为F(N)，总的工作质量为m(kg)，最大加速度为a(m/s2)，丝杠导程为l(mm)，则丝杠所承受的扭矩T(N·m)为专题1伺服进给传动系统设

3、计F1.1滚珠丝杠式中，[]为许用扭转剪应力(N/mm2)，对于滚珠丝杠常用材料中碳钢，其取值为25~45。计算出dmin后，根据轴的直径系列向上圆整(如果使用外购联轴器，也可以根据联轴器的系列圆整)，得出丝杠的最小直径d0。(2)按扭转强度估算轴径F1.1.1初选丝杠直径专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠设键的尺寸为：宽高长=bhl(mmmmmm)，则挤压应力p(MPa)验算公式如下：(3)验算键的挤压应力式中：T—扭矩(Nm)；d—轴径(mm)；k=h/2(mm)；[p]—许用挤压强度(MPa)。F1.1.1初选丝杠直径F1.1.2轴强度的精确校核专题1伺

4、服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠(1)疲劳强度安全系数校核式中，[S]为许用安全系数；T为扭矩(Nm)；Zp为抗扭截面模量(cm3)，为从标准试件的疲劳极限到零件疲劳极限的核算系数，其值为式中，d为轴径(cm)；b为键宽(cm)；t为轴上的键槽深度(cm)。式中，K—应力集中系数，KR—表面粗糙度系数，—绝对尺寸影响系数，—表面状态系数。各系数可从机械设计手册上查到。F1.1.2轴强度的精确校核专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠(2)静强度安全系数校核式中，Zp的意义同前；Tmax为最大扭矩(Nm)，[SS]为许用安全系数。F1.1.3确定滚珠丝杠的安装方式

5、专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠固定-自由支持-支持固定-支持固定-固定(计算压杆稳定性)(计算极限转速)LaLb成对角接触轴承深沟球轴承专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠F1.1.4验算丝杠极限转速和极限载荷(1)压杆稳定性验算式中，d1为丝杠底径；La为最大丝杠支承间距；fs=0.5~0.8(安全系数)；s为与安装方式有关的系数，其值为：0.25(固定-自由)、1(支持-支持)、2(固定-支持)、4(固定-固定)。专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠F1.1.4验算丝杠极限转速和极限载荷(2)拉压极限载荷验算式中，d1为丝杠底径。综合(1)、(2)两项，

6、有：专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠F1.1.4验算丝杠极限转速和极限载荷(3)临界转速验算式中，d1为丝杠底径；Lb为最大丝杠支承间距；fc=0.8(安全系数)，c为与安装方式有关的系数，其值为：4.3(固定-自由)、12.1(支持-支持)、18.9(固定-支持)、27.4(固定-固定)。专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠F1.1.4验算丝杠极限转速和极限载荷(4)验算DN值式中，dp为滚珠丝杠中径(mm)；np为由DN值限制的滚珠丝杠极限转速(r/min)。综合(3)、(4)两项，有：专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠F1.1.5螺母静态安全系数验算式

7、中，fs为静态安全系数，C0a为基本额定静负荷，Famax为允许的最大轴向负荷。综合F1.14(1)、(2)两项和本项，有：专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠F1.1.6寿命计算(1)名义寿命式中，fc为寿命可靠性系数，fa为精度影响系数，fw为负荷系数，Ca为基本额定动负荷，Fam为平均轴向负荷（计算方法见F1.1.7小节），Fa0螺母预紧负荷（其涵义见下页）。专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠F1.1.6寿命计算(1)名义寿命Fa0螺母