滚珠丝杆怎么选型?用额定寿命 L10、临界转速 Nc、屈曲载荷 Pc 三个公式初筛,附端支撑系数表与SFB02010 算例,覆盖轴径、行程、转速与负荷匹配。
丝杆不是越大越好:寿命要够、转速不能撞临界、长细比不能失稳。下面三个公式够做 90% 的初筛,最终按实际工况复核即可。
额定寿命指 90%% 的滚珠丝杆在给定轴向负荷下能达到的回转数(或小时数)。
Ca:丝杆副基本动额定负荷(见型号页 / 型录);Fm:等效轴向负荷;n:转速 (rpm)。单位口径:本站与在线选型工具统一用 kgf(1 kgf = 9.80665 N);Ca 与 Fm 必须同单位,混用会差 9.8 倍。
Fw 轴向工作负荷;Fr 径向负荷(通常取 ≤0.1Fa,否则 Fm 显著上升);Fp 预压等效负荷;X、Y 为负荷系数。纯轴向传动且无明显径向力时,Fm ≈ Fw + Fp。往复/变载工况:去程与回程负载不同时,Fm 取三平方根时间加权平均 Fm = (ΣFi³·ti / Σti)^(1/3);寿命小时还应改用含停顿时间的等效转速 Nm = Σ(Ni·ti)/Σti(加减速段取平均转速的一半)。直接用在线寿命计算器可自动完成这两项。
细长丝杆高速旋转会共振,工作转速应 ≤ 0.8 × Nc。
d1:螺纹底径(最小轴径),不是公称外径——误用公称外径会把 Nc 高估约 20%(偏危险);Lc:两支撑点间距 (mm);f:端支撑系数(下表)。无底径数据时可近似 d1 ≈ 0.82 × 公称外径(轧制级)。
| 支撑方式 | 系数 f | 说明 |
|---|---|---|
| 两端固定 Fixed–Fixed | 21.9 | 刚性最高,Nc 最大 |
| 一端固定一端支撑 Fixed–Supported | 15.1 | 常用结构 |
| 两端支撑 Supported–Supported | 9.7 | 中刚性 |
| 一端固定一端自由 Fixed–Free | 3.4 | 悬臂,Nc 最低 |
受压长丝杆会失稳屈曲,最大轴向压缩负荷须小于 Pc。
Le 有效长度 = 端支撑系数 μ × 支撑间距 Lc:两端固定 μ=0.5,一端固定一端支撑 μ=0.7,两端支撑 μ=1.0,一端固定一端自由 μ=2.0。这里的 d1 同样是螺纹底径;I 与 d1⁴ 成正比,误用公称外径会把 Pc 高估约 1 倍。
条件:公称外径 20 mm、底径 d1 ≈ 16.5 mm、导程 10 mm、精度 C7;支撑间距 Lc=1000 mm,两端固定(μ=0.5,f=21.9);轴向工作负荷 Fa=120 kgf(≈1177 N),转速 n=1500 rpm;型录基本动额定负荷 Ca=1516 kgf(≈14.87 kN)、静额定负荷 Coa=3833 kgf。
| 项目 | 计算 | 结果 |
|---|---|---|
| 额定寿命 L10 | (1516/120)³×10⁶ | 2.016×10⁹ rev(2016 百万转) |
| 寿命小时 Lh | 2.016×10⁹/(60×1500) | ≈ 22400 h ✓ 达工业 20000 h 门槛 |
| 临界转速 Nc(底径) | 21.9×16.5/1000²×10⁷ | ≈ 3613 rpm;允许工作 0.8Nc = 2891 > 1500 ✓ |
| 若误用公称外径 20 | 21.9×20/1000²×10⁷ | 4380 rpm(高估 21%,判断偏危险) |
| 屈曲载荷 Pc(底径) | π²×2.06e5×(π×16.5⁴/64)/(0.5×1000)² | ≈ 29.6 kN ≫ 1.18 kN ✓ |
| 静安全系数 fs | Coa/Fa = 3833/120 | 31.9(一般要求 ≥ 2~3)✓ |
| d·n 值 | 钢珠中心径 20.5 × 1500 | 30750 < 50000(轧制级上限)✓ |
示例为说明算法。往复变载工况请按三平方根平均负荷 Fm 与含停顿的等效转速 Nm 复核,可直接用在线寿命计算器自动完成;实际选型请以具体型号型录的 Ca、刚性、Nc 表为准。
下表按本页主题挑选的站内型号,点击进入可查看完整尺寸、额定负荷与型录出处。
SFU01204-4 SFV01205-2.8 SFB01205-2.8 SFA1205-2.8 SFU01604-4 SFV01210-2.7 SFB01210-2.8 SFA1210-2.8 SFU02004-4 SFV01510-2.7