直线滚动导轨预加载荷的应用研究

【摘要】： 现代制造加工业要求机械具有高速、高精度的优良性能。直线滚动导轨具有结构紧凑、反应灵敏、承载性能好、安装简便等优点,作为支撑部件在加工中心、数控机床等行业中的应用越来越广泛。国内产品在承载性能、精度和寿命方面与国外同型产品存在一定差距,通过分析预加载荷对直线滚动导轨各项性能的影响,研究提高各项性能的措施具有重要的意义。 本文研究的主要内容是针对预加载荷对滑块刚度、钢球运动、载荷分布、精度均化等各项性能的影响进行理论分析、模拟仿真和实验验证,并且综合各项因素,对直线滚动导轨的寿命进行了预测,具体可分为以下四个方面: 一、根据直线滚动导轨结构特点以及钢球与滚道的接触状态,利用赫兹接触理论和弹性力学等方面的知识,构建起滑块中钢球在承受载荷情况下弹性变形的力学模型。本文首先利用赫兹接触理论结合滑块结构分析了钢球的接触状态,并在此基础上进一步分析了滑块滚道与轨道滚道的相互趋近量,最终推导滑块在承受一定预加载荷下的产生的偏移量。 二、根据滚动轴承和滚珠丝杠等方面成熟的理论,分析了直线滚动导轨中钢球在承载区和反向区的运动,建立了钢球的有效滚动和无效滑动的数学模型,研究了预加载荷对有效滚动和无效滑动的影响以及提高有效滚动和无效滑动比值的措施。 三、通常认为施加预加载荷后会降低直线滚动导轨承受工作载荷的能力。但是预加载荷与工作载荷的施加方式是不一样的,通过有限元软件模拟仿真可以得出结论,预加载荷对直线滚动导轨承受力矩时的载荷分布有显著的改善,降低了载荷的最大值,增加有效承载钢球的数目。在承受推力时,会增大钢球的载荷,但可以增加有效承载钢球的数目。同时还研究了避免预紧失效的措施。 四、由于预加载荷对钢球的刚度、运动和载荷分布影响很大,所以对直线滚动导轨的行走精度也将产生很大的影响,通过理论分析推导出随着预加载荷的增大,精度均化能力也相应地得到提高。并借用前人的实验数据验证了理论分析的正确性。引入了三个参数的韦布尔分布对直线滚动导轨的寿命进行分析,根据直线滚动导轨的工作载荷对寿命进行了预测。