前言

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）

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

图2

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：