正壓力重載柱滾動(dòng)導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)

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技術(shù)背景人類機(jī)械工程的發(fā)展史，也是科技進(jìn)步的發(fā)展史。以往兩機(jī)械零件的平面相互運(yùn)動(dòng)稱為低副運(yùn)動(dòng)（見圖1）。低副運(yùn)動(dòng)靜摩擦系數(shù)較大,

動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)功率也大,

零件表面在運(yùn)動(dòng)中易發(fā)熱、磨損，不能滿足生產(chǎn)需要。

在以后不斷地生產(chǎn)實(shí)踐中摸索出了零件之間的滾動(dòng)方式。

即在兩零件運(yùn)動(dòng)平面中增加了滾珠、滾柱為滾動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)，稱為高副運(yùn)動(dòng)（見圖2）。圖1

低副運(yùn)動(dòng)圖2

高副運(yùn)動(dòng)高副運(yùn)動(dòng)的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)較小,因而驅(qū)動(dòng)功率也小，且零件不易發(fā)熱、磨損。典型案例：許多機(jī)床使用的直線運(yùn)動(dòng)低副導(dǎo)軌，普遍改為直線滾動(dòng)的高副導(dǎo)軌，并涌現(xiàn)出許多高副導(dǎo)軌的制作廠家，使機(jī)械工程的直線運(yùn)動(dòng)技術(shù)邁出了一大步并取得了較好的應(yīng)用效果。再具體地描述：直線滾動(dòng)導(dǎo)軌又分為滾珠體和滾柱體兩種形式。因鋼球?yàn)闈L動(dòng)體的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副（見圖3）所承載的滾道是點(diǎn)接觸，故承載能力低，工作運(yùn)行過(guò)程中易產(chǎn)生振動(dòng)，不能承受較大的切削力加工，同樣不能滿足機(jī)械產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的應(yīng)用需求。圖3

鋼球?yàn)闈L動(dòng)體的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副鑒于此，經(jīng)研究改進(jìn)導(dǎo)軌形式為以滾柱為滾動(dòng)體的直線柱滾動(dòng)導(dǎo)軌副（見圖4），即在導(dǎo)軌兩側(cè)加工出四條呈45°分布的平面滾道，四列滾柱與之接觸。較滾珠滾動(dòng)導(dǎo)軌（見圖3）而言，確實(shí)增大了導(dǎo)軌副的承載能力。但隨之而來(lái)又產(chǎn)生了使用性能問(wèn)題：滑塊的兩受力滾道面作用于滑塊的開口部。承載負(fù)荷達(dá)一定數(shù)值后，因45°方向存在水平分力，迫使滑塊開口部有擴(kuò)張變形，以致于導(dǎo)軌副的滾動(dòng)性能與承載能力大幅降低。在一定狀況下，甚至造成滾動(dòng)體在運(yùn)行中有滑動(dòng)現(xiàn)象，而一旦滑動(dòng)，勢(shì)必會(huì)將導(dǎo)軌面拉出深痕而報(bào)廢。圖4

滾柱為滾動(dòng)體的直線柱滾動(dòng)導(dǎo)軌副根據(jù)以上所述，為解決傳統(tǒng)導(dǎo)軌的不足，設(shè)計(jì)出一種新型直線柱滾動(dòng)重載導(dǎo)軌副（見圖5）。圖5

新型直線柱滾動(dòng)重載導(dǎo)軌副設(shè)計(jì)思路：將滑塊下部易產(chǎn)生側(cè)向分力的兩列小滾柱合并為一列大滾柱移置于導(dǎo)軌頂部的大平面，也就是將導(dǎo)軌上平面作為導(dǎo)軌副的承重運(yùn)動(dòng)面。滑塊上部的兩列滾柱各列于導(dǎo)軌的一側(cè)，約束其運(yùn)動(dòng)體左、右和徑向旋轉(zhuǎn)的偏差傾向，使新型導(dǎo)軌副有著較好的運(yùn)動(dòng)精度。簡(jiǎn)單述之：將導(dǎo)軌副傳統(tǒng)的四列滾柱改為三列滾柱，裝配于經(jīng)過(guò)精密磨削的三條平面滾道上，通過(guò)特殊制作的返向器作無(wú)限循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)承載重物體在任意長(zhǎng)直線導(dǎo)軌上平穩(wěn)運(yùn)行。2

技術(shù)分析以目前各廠家制作的

“45”滾柱導(dǎo)軌副為例：1）傳統(tǒng)柱滾動(dòng)導(dǎo)軌中的滾柱體通常為Φ4.5ｍｍx6mm，兩列受力滾柱體與滾道接觸長(zhǎng)度為6+6=12（mm）。我們的新型導(dǎo)軌受力是一列Φ6ｍｍx30mm的大滾柱體與大滾道的接觸長(zhǎng)度是小滾柱的2.5倍。2）傳統(tǒng)柱滾動(dòng)導(dǎo)軌副的靜載荷C0為190kN，新型導(dǎo)軌C0為475kN。傳統(tǒng)導(dǎo)軌兩列滾柱受力面為兩側(cè)呈45°方向分布，存在側(cè)向分力，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：P分=Sin45°xC0。P分=0.707x190=143kN?；瑝K結(jié)構(gòu)受彎曲應(yīng)力（即滑塊下部擴(kuò)張變形）。新型導(dǎo)軌一列大滾柱受力是垂直于導(dǎo)軌平面的，滑塊結(jié)構(gòu)不存在有側(cè)向分力，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：P分=Sin0°xC0。P分=0x475=0kN?；瑝K結(jié)構(gòu)受剪切應(yīng)力，沒(méi)擴(kuò)張變形。新型導(dǎo)軌正壓力重載特性正在于此。3）傳統(tǒng)導(dǎo)軌有四條滾道，新型導(dǎo)軌只有三條滾道，所以新型導(dǎo)軌副的制造工藝性較傳統(tǒng)導(dǎo)軌副更好。4）新型導(dǎo)軌副外形尺寸與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致，便于用戶選用，與市場(chǎng)兼容性更好。3

技術(shù)效果本案中的新型導(dǎo)軌是針對(duì)目前市場(chǎng)上各種直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副性能之不足而自主設(shè)計(jì)研發(fā)的，產(chǎn)品創(chuàng)新思維新穎獨(dú)特，是一種全新理念的滾動(dòng)功能部件，以滿足不同用戶更好、更高的使用需求。目前導(dǎo)軌行業(yè)的發(fā)展主題便是“重載”，我們的新型導(dǎo)軌根據(jù)這一主題要求，將重載荷體通過(guò)超長(zhǎng)滾柱垂直作用于導(dǎo)軌平面，沒(méi)有側(cè)向分力，滑塊不變形，使用中既有滾動(dòng)導(dǎo)軌的輕便，又有接近于硬軌承載的剛性，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的“重載”。4

結(jié)束語(yǔ)直線滾動(dòng)功能部件在國(guó)內(nèi)發(fā)展已近50余年，使用的行業(yè)與品種越來(lái)越多，因而衍生的制造廠商也越來(lái)越多。但我們的制造技術(shù)，產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)展緩慢，我們導(dǎo)軌的性能（特指重載）很難超越國(guó)外一流產(chǎn)品，