机械设计之丝杆计算与选型

admin · 发表于 2022-7-6 15:06:25

（注：本文采用了某品牌丝杆的选型手册来辅助说明，样本的编制非常专业，本人也结合了自己在设计过程中的一些经验来介绍，没有提某品牌的名字是不想大家误会这是某品牌产品的宣传软文，我们在这里只讨论设计的思路和方法，如果牵涉到知识侵权，请通知本人删除）

在机械设计中，特别是机械设备的设计过程中，丝杆作为最普遍和最有效的传动方式被广泛的使用，但是对于很多刚进入机械设计领域的新人来说，如何选择一根适合自己设计的设备的丝杆，是件很为难的事情，也可以说是毫无头绪的事情，下面我将结合一个丝杆选型的样本来给大家介绍一下，到底如何选择一根丝杆。

首先，我们需要知道，丝杆的作用，那就是传递电机扭矩，将电机的扭矩转化为某个方向的推力，并实现某个方向的进给动作。我们一定要学会一下这些计算知识（本来我是想自己写的，但是发现那些公式的输入太麻烦，而且也太费力了，编写公式真的不是我的强项，所以我就只能用某品牌的选型样本的截图来代替了，当然他们的这个计算要比我做得更专业和详细，是很具有参考价值的）。

以上是计算推力和驱动电机扭矩的公式，这些公式是一个机械设计工程师必须要记住的，当然我也不是很记得住，但是我在需要用的时候，我永远知道去哪里找，并很快的找到，因为从小到大我都讨厌记公式，所以一直以来数学都不好，但是我也不纠结，够用就行了，但是我还是推荐大家尽量记住这些公式，因为当别人向你咨询的时候，你讨个手机出来按几个键就搞定了别人的选型问题，是件很牛逼的事情。

下面就举个例子来说明，到底如何计算，这个也是有样本截图的，现代科技真是方便（哈哈），当然你也别认为做一篇这样的文章很容易，我还是花了蛮多时间来找资料和选择资料的。

看到了吗？就是上面这样计算，是不是很简单，但是有个问题上面是没有说的，如果你设计的是加工类型的机床的话，除了要考虑推动质量外，还要考虑刀具切削说产生的阻尼，把推动质量和刀具切削阻尼加起来算就可以了，这样就可以对电机选型了，用你技术出来的扭矩去选择相应的电机型号。这个电机选型还是有讲究的，比如你算出来的电机扭矩需要20N.M，你是不能对应的去选择一个扭矩只有20N.M的电机的，因为我们都必须要有扭矩设计余量，而且这个余量要足够大，通常我们要达到2倍以上，最理想的是3倍（我以前的师傅特地传授给我的经验值），也就是说你必须选择扭矩为60N.M 的电机，这个扭矩指的是额定扭矩（这一段就是你们所谓的精华，是那些老师傅不会传授给你们的，为什么你选的电机老师不够用，秘诀就在这里）。

下面介绍丝杆的选型步骤，到底如何去选择一根丝杆，那些参数要先选择，那些参数可以放在后面，当然还是会有专业的截图呈现给大家。

看起来是不是很复杂，不用担心，有的参数和变量并不需要你真的都去核算，只要把几个关键的参数选择好了，其它的基本上也就没有什么问题了，这个样本是从理论上来指导大家的，实际操作的时候，还是要充分考虑效率的（以上这段话是根据实际经验说的）。下面这张图片，可以让大家了解一下丝杆的一些使用条件和参数。

在设计的时候，你们尤其要注意的几个参数是：运送方向，运送质量（负重+切削力），工作台导向方法，行程长度，操作速度，加速度，定位精度，反复定位精度，最小进给量等。这些参数都是需要你认真去确定的。当然以下每个参数都是有用的，我提的那几个只是更要注意而已。下面介绍的是丝杆的精度选择，首先我们应该知道丝杆到底有多少种精度，最高精度能做到多少，要有一个最基本的概念，否则你如何去选择呢？

以上这个丝杆精度选择，是丝杆选型种的必选项，也是决定了你做的设备的传动精度的关键所在，如果这个精度选择不合适，那你设计的产品估计成功的几率不大。这就叫先天不足。丝杆除了其丝杆本身的精度外，还有相应的安装部位的精度，也就是支撑轴承位置的精度，这个精度也是需要你的来设计和定义的，当然也可以参考丝杆制造厂家的标准来选取，但是这个在和厂家确认图纸的时候，是需要标准在丝杆图纸上，同时丝杆支撑端的尺寸也是设计者自行定义，例如轴承段的直径大小和长度等。

同时还提供了检测的方法，当然我们实际操作的时候，检测是没有必要的了，最多也就是丝杆购买回来后做个抽检，而且对于很多高精度的丝杆而言，你也许根本就没有检测的手段和工具，所以我们很多时候只能选择相信，相信制造厂家是有职业道德和市场操守的，当然选择一些牛逼的品牌会更有保障，我们始终要坚信，好的东西肯定是贵的，因为成本就在那里，当然也要有甄别能力，因为贵的东西不一定是好的，所以在这里给大家一个建议：无论你想购买什么东西（记住任何东西），一定要购买你能力范围内最好的那一款）。下面是介绍预压力的选择，这个东西在针对设备类型的时候是非常有用的，也是一个必须要充分考虑的参数。

丝杆预压控制的是丝杆和丝杆螺母之间的间隙，这个对丝杆的使用寿命和使用稳定性，使用精度都有一定的影响，当然价格上也是有浮动的，举个例子，如果你设计的是磨削类的设备，预压就要尽量选大一点，因为要抗振动，要足够的稳定性和刚性。

还有一个需要充分注意的地方，就是丝杆的随着直径的变化，其是有相应的制造长度的。如果太长的话，一个是丝杆会因为刚性不足而产生弯曲变形，还有精度上也存在加工不足的问题。具体的选型可以参考一下这个参数表（下面这个表格说推荐的只是他们公司能够达到的长度，因为这是业内最牛逼的丝杆生产厂家之一，所以如果你购买的是一些杂牌子，那请自动把最长长度缩短，不要生硬的套这个参数表）。

看到了吗？这里有两个表格，是有区分的，一个是精密滚珠丝杆，这种滚珠丝杆的轨道通常是研磨的，精度较高，而还有一种滚珠丝杆叫轧制滚珠丝杆，这种丝杆的轨道不是研磨的，所以精度较低，他们还有一个很的区别，那就是交货期非常的不同，为什么我要强调交货期呢？因为在企业工作，研发和生产一个产品是有周期的，而外购件的周期你通常要有一个最基本的了解，否则就可能出现，什么都做好了，就是在等一根丝杆的尴尬局面，轧制丝杆的货期一般在15天以内就可以了，而滚珠丝杆至少要30天以上，当然具体还是要看代理商是否有备货而言。下面介绍一个丝杆直接与导程的组合选项。

不同的丝杆直接对应不同的导程，导程的可选范围也是不一样的，所以在选型的时候一定要看清楚在选，不要搞个没有导程可选的丝杆来给别人去制造，那就是不专业的具体表现了，不要因为小细节而丢了大脸面，同时也要注意一下，轧制和精密级丝杆是有区别的，一定要有这个概念。

下面介绍的是丝杆螺母的选择，这个相对比较简单一下，具体可以参考一下的介绍。

其实结构什么的，说多了，对初学者也不是很现实，只要掌握一个要点就了，精度要求高的，螺母就选长一点，精度低的可以选短一点，这是一个基本原则，当然这里面不同的类型肯定是有区别的，你也可以和你说选择的品牌技术工程师一起来定到底要选择什么样的类型。最后放个大招给各位，这个是很多人都想要知道的资料，你们有福了。

对应你要设计的产品来选就行了，这样是不是很清晰了呢？不用再去低声下气的求那些老家伙了吧，呵呵，所谓师傅领进门，修行在个人，设计能力的强弱更自己平时的积累和关键点的悟性都有很大的关系，但是我们依然要相信，努力的人总是会得到更多的回报，也许你的成功就在下一个转角。