滚珠丝杆的选型计算方法和详细步骤

滚珠丝杆的主要参数

说到滚珠丝杆的选型，需要先来说一下它的常用参数，然后才能从这些参数下手，确定它的型号。

1.公称直径

即丝杠的外径，常见规格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120，不过请注意，这些规格中，各厂家一般只备16~50的货，也就是说，其他直径大部分都是期货（见单生产，货期大约在30~60天，日系产品大约是2~2.5个月，欧美产品大约是3~4个月）。

公称直径和负载基本成正比，直径越大的负载越大，具体数值可以查阅厂家产品样本。这里只说明两个概念：动额定负荷与静额定负荷，前者指运动状态下的额定轴向负载，后者是指静止状态下的额定轴向负载。设计时参考前者即可。需要注意的是，额定负荷并非****负荷，实际负荷与额定负荷的比值越小，丝杠的理论寿命越高。推荐：直径尽量选16~63。

2.导程

导程指的是丝杆旋转一周，螺母直线运动的距离。常见的导程有（单位：mm）：2、4、5、6、8、10、16、20、25、32、40，跟导程有关系的参数是螺母运动速度和滚珠丝杆可提供的直线推力。

导程越大，相同转速情况下，直线运动速度越快，具体的计算关系为：v=ri。其中v——螺母的移动速度（单位：mm/s）；r——丝杆的旋转速度（单位：r/s）；i——导程（单位：mm）。

导程和丝杆推力的关系：F=（2πTn）/i。其中F——丝杆推力（单位：N）；T——电机提供的扭矩（单位N·m）；n——传动效率（滚珠丝杆的传动效率一般为85%~95%）；i——导程（这里的单位是m）。

3.长度

 长度有两个概念，一个是全长，另一个是螺纹长度。有些厂家只计算全长，但有些厂家需要提供螺纹长度。螺纹长度中也有两个部分，一个是螺纹全长，一个是有效行程。前者是指螺纹部分的总长度，后者是指螺母直线移动的理论****长度，螺纹长度=有效行程+螺母长度+设计裕量（如果需要安装防护罩，还要考虑防护罩压缩后的长度，一般按防护罩****长度的1／8计算）。

在设计绘图时，丝杠的全长大致可以按照一下参数累加：丝杠全长=有效行程+螺母长度+设计余量+两端支撑长度（轴承宽度+锁紧螺母宽度+裕量）+动力输入连接长度（如果使用联轴器则大致是联轴器长度的一半+裕量）。特别需要注意的是，如果你的长度超长（大于3米）或长径比很大（大于70），****事先咨询厂家销售人员可否生产，总体的情况是，国内厂家常规品****长度3米，特殊品16米，国外厂家常规品6米，特殊品22米。当然不是说国内厂家就不能生产更长的，只是定制品的价格比较离谱。推荐：长度尽量选6米以下，超过的用齿轮齿条更划算了。

4.螺母形式

各厂家的产品样本上都会有很多种螺母形式，一般型号中的前几个字母即表示螺母形式。按法兰形式分大约有圆法兰、单切边法兰、双切边法兰和无法兰几种。按螺母长度分有单螺母和双螺母（注意，单螺母和双螺母没有负载和刚性差异，这一点不要听从厂家销售人员的演说，单螺母和双螺母的主要差异是后者可以调整预压而前者不能，另外后者的价格和长度大致均是前者的2倍）。在安装尺寸和性能允许的情况下，设计者在选用时应尽量选择常规形式，以避免维护时备件的货期问题。推荐：频繁动作、高精度维持场合选双螺母，其他场合选双且边单螺母。推荐：螺母形式尽量选内循环双切边法兰单螺母。

5.精度

滚珠丝杆，按国内分类，精度等级有P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10，日本、韩国，还有中国台湾省采用JIS等级，即C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10；欧洲国家的标准采用的是IT0，IT1， IT2，IT3，IT4，IT5，IT7，IT10。

一般，像我们公司采购的都是台湾的滚珠丝杆，性价比比较高，再其次是日本的。

精度表示方法为：不论你的滚珠丝杆有多长，任取一段300mm，误差都在等级代表的精度之内，各等级代表的精度如下。

一般来说，普通机械采用C7，C10级，数控设备一般采用C5，C3级（C5较多，国内大部分数控机床都是C5级），航空制造设备，精密投影及三坐标测量设备等一般采用C3，C2精度。

另外，C7，C10级一般采用轧制方法制造，C5级及以上采用研磨方法制造。

综上所述，非标设计常用的滚珠丝杆精度等级为C7（）轧制方法制造或有些人称为转造），而对滚珠丝杆精度等级有更高的要求的，C5（研磨方法制造）也够用了。当然还是要说一句要具体问题具体分析。

6.预压等级

也叫预紧，关于预压，我们不用了解具体的预紧力和预紧方式，只需要按照厂家样本选择预压等级就可以了。预压等级越高，螺母与螺杆配合越紧；反之，等级越低越松。

遵循的原则是：大直径、双螺母、高精度、驱动力矩较大，当丝杆的应用出现以上的情况时，预压等级可以选高一点，反之选低一点。

选型

了解了以上丝杆主要的参数后，咱们就可以根据自己的要求进行选型了。

第一步：根据上面“滚珠丝杆的分类”中提到的各种丝杆的应用场景，确定适用自己工况的丝杆种类；同时也可以确定丝杆的精度等级（一般为C7）和预压等级；

第二步：根据负载的大小，确定滚珠丝杆的轴径；

第三步：根据负载需要的移动速度，确定导程；确定导程后，再根据推力和导程的关系式，确定驱动电机要提供的转矩。

具体如下：物体上下垂直运动，重量为60Kg，需要的移动速度为1m/s。

1）假如你选取了伺服电机为驱动，额定转速为3000r/min=50r/s，根据公式：v=ri，确定导程为20；

2）然后再计算负载的大小：假设伺服电机的加减速时间设置为0.3s，那么加速度为3.3m/s²，负载F=600+60*3.3=798N（摩擦力这里忽略）；

3）根据公式：F=（2πTn）/i，n取90%，计算得T≈2.82N·m，查询1kW伺服电机是额定扭矩为3.18N·m，符合要求。

以上，就基本确定了滚珠丝杆的型号，最后，再根据自己所需要使用到的行程，还有上面说到的丝杆安装方式，确定丝杆的长度就可以了。