機械設計之絲杆計算與選型

(注:本文采用了某品牌絲桿的選型手冊來輔助說明,樣本的編制非常專業,本人也結合了自己在設計過程中的一些經驗來介紹,沒有提某品牌的名字是不想大家誤會這是某品牌產品的宣傳軟文,我們在這裡只討論設計的思路和方法,如果牽涉到知識侵權,請通知本人刪除)

在機械設計中,特別是機械設備的設計過程中,絲桿作為最普遍和最有效的傳動方式被廣泛的使用,但是對於很多剛進入機械設計領域的新人來說,如何選擇一根適合自己設計的設備的絲桿,是件很為難的事情,也可以說是毫無頭緒的事情,下面我將結合一個絲桿選型的樣本來給大家介紹一下,到底如何選擇一根絲桿。

首先,我們需要知道,絲桿的作用,那就是傳遞電機扭矩,將電機的扭矩轉化為某個方向的推力,並實現某個方向的進給動作。我們一定要學會一下這些計算知識(本來我是想自己寫的,但是發現那些公式的輸入太麻煩,而且也太費力了,編寫公式真的不是我的強項,所以我就只能用某品牌的選型樣本的截圖來代替了,當然他們的這個計算要比我做得更專業和詳細,是很具有參考價值的)。

機械設計之絲桿計算與選型

以上是計算推力和驅動電機扭矩的公式,這些公式是一個機械設計工程師必須要記住的,當然我也不是很記得住,但是我在需要用的時候,我永遠知道去哪裡找,並很快的找到,因為從小到大我都討厭記公式,所以一直以來數學都不好,但是我也不糾結,夠用就行了,但是我還是推薦大家儘量記住這些公式,因為當別人向你諮詢的時候,你討個手機出來按幾個鍵就搞定了別人的選型問題,是件很牛逼的事情。

下面就舉個例子來說明,到底如何計算,這個也是有樣本截圖的,現代科技真是方便(哈哈),當然你也別認為做一篇這樣的文章很容易,我還是花了蠻多時間來找資料和選擇資料的。

機械設計之絲桿計算與選型

看到了嗎?就是上面這樣計算,是不是很簡單,但是有個問題 上面是沒有說的,如果你設計的是加工類型的機床的話,除了要考慮推動質量外,還要考慮刀具切削說產生的阻尼,把推動質量和刀具切削阻尼加起來算就可以了,這樣就可以對電機選型了,用你技術出來的扭矩去選擇相應的電機型號。這個電機選型還是有講究的,比如你算出來的電機扭矩需要20N.M,你是不能對應的去選擇一個扭矩只有20N.M的電機的,因為我們都必須要有扭矩設計餘量,而且這個餘量要足夠大,通常我們要達到2倍以上,最理想的是3倍(我以前的師傅特地傳授給我的經驗值),也就是說你必須選擇扭矩為60N.M 的電機,這個扭矩指的是額定扭矩(這一段就是你們所謂的精華,是那些老師傅不會傳授給你們的,為什麼你選的電機老師不夠用,秘訣就在這裡)。

下面介紹絲桿的選型步驟,到底如何去選擇一根絲桿,那些參數要先選擇,那些參數可以放在後面,當然還是會有專業的截圖呈現給大家。

機械設計之絲桿計算與選型

看起來是不是很複雜,不用擔心,有的參數和變量並不需要你真的都去核算 ,只要把幾個關鍵的參數選擇好了,其它的基本上也就沒有什麼問題了,這個樣本是從理論上來指導大家的,實際操作的時候,還是要充分考慮效率的(以上這段話是根據實際經驗說的)。下面這張圖片,可以讓大家瞭解一下絲桿的一些使用條件和參數。

機械設計之絲桿計算與選型

在設計的時候,你們尤其要注意的幾個參數是:運送方向,運送質量(負重+切削力),工作臺導向方法,行程長度,操作速度,加速度,定位精度,反覆定位精度,最小進給量等。這些參數都是需要你認真去確定的。當然以下每個 參數都是有用的,我提的那幾個只是更要注意而已。下面介紹的是絲桿的精度選擇,首先我們應該知道絲桿到底有多少種精度,最高精度能做到多少,要有一個最基本的概念,否則你如何去選擇呢?

機械設計之絲桿計算與選型

以上這個絲桿精度選擇,是絲桿選型種的必選項,也是決定了你做的設備的傳動精度的關鍵所在,如果這個精度選擇不合適,那你設計的產品估計成功的幾率不大。這就叫先天不足。絲桿除了其絲桿本身的精度外,還有相應的安裝部位的精度,也就是支撐軸承位置的精度,這個精度也是需要你的來設計和定義的,當然也可以參考絲桿製造廠家的標準來選取,但是這個在和廠家確認圖紙的時候,是需要標準在絲桿圖紙上,同時絲桿支撐端的尺寸也是設計者自行定義,例如軸承段的直徑大小和長度等。

機械設計之絲桿計算與選型

機械設計之絲桿計算與選型

機械設計之絲桿計算與選型

機械設計之絲桿計算與選型

機械設計之絲桿計算與選型

同時還提供了檢測的方法,當然我們實際操作的時候,檢測是沒有必要的了,最多也就是絲桿購買回來後做個抽檢,而且對於很多高精度的絲桿而言,你也許根本就沒有檢測的手段和工具,所以我們很多時候只能選擇相信,相信製造廠家是有職業道德和市場操守的,當然選擇一些牛逼的品牌會更有保障,我們始終要堅信,好的東西肯定是貴的,因為成本就在那裡,當然也要有甄別能力,因為貴的東西不一定是好的,所以在這裡給大家一個建議:無論你想購買什麼東西(記住任何東西),一定要購買你能力範圍內最好的那一款)。下面是介紹預壓力的選擇,這個東西在針對設備類型的時候是非常有用的,也是一個必須要充分考慮的參數。

機械設計之絲桿計算與選型

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絲桿預壓控制的是絲桿和絲桿螺母之間的間隙,這個對絲桿的使用壽命和使用穩定性,使用精度都有一定的影響,當然價格上也是有浮動的,舉個例子,如果你設計的是磨削類的設備,預壓就要儘量選大一點,因為要抗振動,要足夠的穩定性和剛性。

還有一個需要充分注意的地方,就是絲桿的隨著直徑的變化,其是有相應的製造長度的。如果太長的話,一個是絲桿會因為剛性不足而產生彎曲變形,還有精度上也存在加工不足的問題。具體的選型可以參考一下這個參數表(下面這個表格說推薦的只是他們公司能夠達到的長度,因為這是業內最牛逼的絲桿生產廠家之一,所以如果你購買的是一些雜牌子,那請自動把最長長度縮短,不要生硬的套這個參數表)。

機械設計之絲桿計算與選型

機械設計之絲桿計算與選型

看到了嗎?這裡有兩個表格,是有區分的,一個是精密滾珠絲桿,這種滾珠絲桿的軌道通常是研磨的,精度較高,而還有一種滾珠絲桿叫軋製滾珠絲桿,這種絲桿的軌道不是研磨的,所以精度較低,他們還有一個很的區別,那就是交貨期非常的不同,為什麼我要強調交貨期呢?因為在企業工作,研發和生產一個產品是有周期的,而外購件的週期你通常要有一個最基本的瞭解,否則就可能出現,什麼都做好了,就是在等一根絲桿的尷尬局面,軋製絲桿的貨期一般在15天以內就可以了,而滾珠絲桿至少要30天以上,當然具體還是要看代理商是否有備貨而言。下面介紹一個絲桿直接與導程的組合選項。

機械設計之絲桿計算與選型

機械設計之絲桿計算與選型

不同的絲桿直接對應不同的導程,導程的可選範圍也是不一樣的,所以在選型的時候一定要看清楚在選,不要搞個沒有導程可選的絲桿來給別人去製造,那就是不專業的具體表現了,不要因為小細節而丟了大臉面,同時也要注意一下,軋製和精密級絲桿是有區別的,一定要有這個概念。

下面介紹的是絲桿螺母的選擇,這個相對比較簡單一下,具體可以參考一下的介紹。

機械設計之絲桿計算與選型

機械設計之絲桿計算與選型

機械設計之絲桿計算與選型

其實結構什麼的,說多了,對初學者也不是很現實,只要掌握一個要點就了,精度要求高的,螺母就選長一點,精度低的可以選短一點,這是一個基本原則,當然這裡面不同的類型肯定是有區別的,你也可以和你說選擇的品牌技術工程師一起來定到底要選擇什麼樣的類型。最後放個大招給各位,這個是很多人都想要知道的資料,你們有福了。

機械設計之絲桿計算與選型

對應你要設計的產品來選就行了,這樣是不是很清晰了呢?不用再去低聲下氣的求那些老傢伙了吧,呵呵,所謂師傅領進門,修行在個人,設計能力的強弱更自己平時的積累和關鍵點的悟性都有很大的關係,但是我們依然要相信,努力的人總是會得到更多的回報,也許你的成功就在下一個轉角。


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