滚动直线导轨副主要由导轨 、滑块 、滚动体 、保 持器和端盖五大部分所组成 , 其结构图如图 1所示 。导 轨为支承部件 , 安装于工作机上 ; 滑块作为移动部 件 , 安装于导轨部件上 ; 滚动体放置在轨道外侧轨道 面与滑块内侧轨道面之间 , 保持器安装于各滚动体之 间 , 等间距地隔开各滚动体 ; 端盖则位于滑块得两 端 , 起到防尘去屑的作用 。工作中 , 滑块沿导轨做往 复的直线运动 , 位于导轨外侧两轨道面与滑块内侧轨
力系都为空间力系 , 在导 轨中建立如图 2 所示的三 维空间直角坐标系 , 以点 O 为坐标原点 , 以滑块移 动的方向为 Z 轴方向 , 垂 直于滑块上表面的方向为
Y轴方向 , 与 YO Z 面相垂 直的方向为 X 轴方向 , 并 由平 面 XO Y 和 平 面 YO Z 将空间分成 4 个区域 , 作 用在滑块上的各项载荷都
在上文的外载荷分析中 , 由于外部载荷所引起的 导轨弹性变形量与导轨的尺寸比较比较小 , 故将导 轨中各元件作为刚性体来研究 。但是 , 在对导轨内载 荷分析时 , 由于内载荷所引起的弹性变形直接影响到 滚动直线导轨副中元件的受力状况 , 故将导轨中各元 件还原为弹性体来研究 。
道面之间的滚动体在保持器的维持下 , 在滚道内进行 连续的循环运动 , 从而使滑块与导轨之间通过滚珠的 纯滚动来实现滑块与导轨间的相对运动 。滚动直线导 轨副是一种新型的作相对往复直线运动的滚动支承 , 以导轨和滑块间的滚动体滚动来避免导轨与滑块的直 接接触 , 以滚动磨擦代替了滑动磨擦 。滚动直线导轨 的摩擦系数为滑动导轨的 1 /50 左右 , 这不但可以提 高滑块的运动速度 、保证了滑块的运动精度 , 同时还 延长了滚动直线导轨副使用寿命 。
荷作用 , 一种载荷是以整个导轨作为一个受力体所受 到的外部载荷 ; 另一种载荷则是导轨内部各元件相互 作用时所受到的内部载荷 。在对导轨副外部载荷的分
析中 , 在对力和力矩向坐标原点简化时 , 由于外部载 荷所引起的导轨弹性变形量与导轨的尺寸比较相对较
滑块在 3 个轴 向分力和 3个轴向 分力矩的作用下, 会同时产生 5个变 形位移量 (由于 Z 轴为滑块的移动方
产生 弹 性形变。 在施加 预 压 的 条 图 4受载前导轨副受力状态图
件下 , 取滑块中某一列滚珠的横截面为分析对象 。图 4为滑块在受外载荷作用前 , 滚动直线导轨副的受力 状态图 , 图 5为滑块受外力后 , 发生弹性变形后的受 力状态图 , 两图中点划线所示的圆为滚珠在承载中的 实际位置 。
作用位置都不同 , 故会在各轴上产生旋转力矩 , 如图 3所示 , 将 4个区域的载荷产生的力矩分别考虑 , 在 各个轴上形成一个分力矩 , 再将各个分力矩合成 , 在 各轴上形成一个合力矩 , 其计算公式如下 :
阻力小 、定位精度高 、维护性好等特点 , 已逐步取代 了滑动导轨的主导地位 , 大范围的应用于各类机电产品 中 , 特别是在速度 、精度 、维护性 、可靠性等要求较 高的装置中使用 , 更能显示其独特的优越性 。如精密 数字控制机床 、高精度定位的医学仪器 、房屋防震和车辆 减震装置等 。随着滚动直线导轨应用场景范围的日益广 泛 , 对其各种各样的性能的研究工作也日趋深入 。本文研究 的内容是对滚动直线导轨系统中的工作滑块进行受力 分析 、建模 , 并由此推导出相应的载荷计算方式和计 算公式 。 1 工作原理
摘要 : 简要地叙述了滚动直线导轨副的应用场合 , 阐明了直线滚动导轨副的工作原理 , 并以滚动体为滚珠的单个滚动 直线导轨副为分析模型 , 分析了滚动直线导轨副的内 、外载荷的分布状态 , 建立了求解直线滚动导轨副在外载荷作用下的 弹性变形的数学模型 , 通过此数学模型 , 可根据外载荷的大小求解出各滚动体所受的载荷 , 并求出各滚动体的弹性变形 量 , 继而推导出整个滑块的弹性变形量 , 其结论对滚动直线导轨的运动精度和寿命计算提供了理论依照 。
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