滚柱直线导轨副的力学性能分析

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1、华中科技大学硕士学位论文欧洲占90%，其他地区约占50%。由于机床的高效率化的趋势，提高了滚柱导轨的使用率，通过2003年的EMO，2004年JIMTOF，及2005年EMO的市场调查可知，滚柱导[4]轨的使用率分别为44%、24%、35%。虽然滚柱直线导轨副具有很多优点，但还有很多问题需要解决，如直线滚柱在滚道上运行时会产生很大的应力集中，为了提高导轨副的寿命，有必要对滚柱的形状进行优化分析。同时，滚柱直线导轨副的刚度作为影响直线导轨副性能的一个十分关键的因素，理论现在也还不够完善，且国际标准ISO和我国的有关标准中均无此项内容，因此目前国内外

2、各公司至今仍主要采用实测数据或各公司的经验算法。滚柱直线导轨副力学分析的研究是对于一定型号、结构的滚柱直线导轨副的静、动刚度分析和寿命分析。刚度分析是在导轨副承受一定外载荷时，分析承载区内各钢球的受力情况及接触区的变形情况，进而分析导轨副在一定载荷下滑块在垂直方向、水平方向的位移及滑块在前后左右的角位移，以确定其合适的工作条件，并为正确的结构设计及参数选择提供依据。对导轨副的力学性能分析也是计算导轨副额定静载荷、导轨副及[5]其系列构造的刚度、摩擦力、结构优化设计以及动态性能分析的基础。静刚度是滚柱直线导轨副的重要使用性能之一，当滚柱直线导轨副受

3、到外加载荷时，滑块将有水平、竖直方向的变形，以及在几个方向的角位移。这种弹性变形形成的相对位移或相对倾斜对机械性能有很大影响。滚柱直线导轨副的静刚度曲线可用于各种机床的误差补偿。本课题将结合ISO14728国际标准对HTSD-LG型号滚柱直线导轨副进行额定静载荷、额定动载荷、额定寿命、滚柱形状和刚度等性能进行了分析计算，对有效提高导轨副产品质量具有实际意义,同时也为新产品开发提供重要的理论依据和试验装置手段。1.3国内外研究现状1.3.1国内研究概况精密滚柱直线导轨副作为新型的技术密集型产品，国内相关的开发才刚起步，但已有越来越多的企业开始转入到

4、该领域的研究和生产，同时也引起的国家的高度重视，高精密直线导轨副作为国家重大专项数控机床的研制的关键零部件，因此作为直线导轨副发展趋势的滚柱直线导轨副得到研究必将有一个飞速发展期。2华中科技大学硕士学位论文目前国内只有少数企业已经正式生产或正在试产，且已经生产出来的产品与国外名牌产品仍有较大的距离，产品也还没形成系列化，且由于国内对滚柱直线导轨副研究条件的限制，使得对滚柱导轨副的基础理论研究仍很薄弱，相关理论研究也落后于国外。但国内华中科技大学的孙健利教授和广东高新凯特精密机械股份有限公司科研人员等[6]人对滚珠直线导轨副的力学特性研究已经进行了

5、深入的研究，并以此为基础对滚柱直线导轨的刚度进行了相关研究，他们对滚柱直线导轨副静刚度和额定载荷进行了研究，[7,8]并取得了一定的效果，但对滚柱直线导轨的寿命，工作特性，过渡曲线的设计等缺乏相应的研究。1.3.2国外研究概况滚动直线导轨副发展初期，滚动功能部件采用了更容易产品化的滚珠，但随着机械设备不断追求高性能化，于是出现了具有更优秀性能的圆柱滚子直线导轨。IKO公司在20世纪80年代就已经开始着手开发滚柱直线导轨，随着理论的不断进步并经过不断优化，最新一代的产品已经具备了高负载，高刚性，高随动性，高寿命，免维护等优秀的性能。进入21世纪，国

6、外不断涌现大批滚柱直线导轨副制造企业，各企业通过技术创新正朝着高速度、高精度、智能化、复合化、模块化、低噪音、免维护方向发展。产品种类也正向特大型、超小型、精密高速方向发展，同时滚柱直线导轨副也在不断涌现出新[9]类型、新功能。当今世界生产直线导轨的知名企业主要有瑞士的SCHNEEBERGER，瑞典的SKF，德国的FAG、INA、STAR（力士乐），日本的NSK，THK，IKO，国外滚柱直线导轨应用比较早，产品也已形成系列化。由于国外各直线导轨生产商由于都有生产滚柱轴承的背景，而滚柱直线导轨副与滚柱轴承在基础理论和制造工艺上都存在着相似之处，因此

7、国外对滚柱直线导轨副的理论比较多，但多是关于直线导轨副疲劳寿命的研究，对刚度的研究则主要在公司内部进行，因此国内并没有丰富的理论模型可供我国参考。1.4应用前景预测3华中科技大学硕士学位论文由于我国滚柱直线导轨副的研究和应用才刚开始，因此还存在很多的理论空白，滚柱直线导轨副的力学性能研究将能填补我国在该方面的一些理论空白，给滚珠直线导轨副的设计提供理论依据，缩短我国与国外水平的差距，满足我国对直线导轨副的发展要求，并将产生巨大的经济效益。直线导轨副的刚度不仅影响到直线导轨副受载时的变形，也会影响到滚柱直线导轨副的动态特性，进而影响整个机械系统的精

8、度，因而随着科学技术的不断发展，对直线导轨的刚性要求也就越来越大，对滚柱直线导轨副进行力学性能分析也就越来越具有必要性。1.5本课题的主