滚动直线导轨副一般载荷下额定寿命的计算VIP专享VIP免费

滚动直线导轨副一般载荷下额定寿命的计算河南机电高等专科学校(453002)�徐起贺华中科技大学机械学院�����孙健利�摘要�本文根据系统可靠性理论和额定寿命的概念,以Hertz弹性接触理论为基础,通过对导轨组件的受力分析,推出了液动直线导轨在一般载荷下额定寿命计算的公式,为其设计和选用提供了理论依据。关键词�滚动直线导轨�一般载荷�额定寿命�可靠性1�滚动直线导轨额定寿命计算的基本公式��滚动直线导轨是七十年代末发展起来的一种具有独特机械性能的新型滚动支承部件,目前已在机械设备、精密电子机械、工业机器人及测量仪器中得到了广泛的应用。影响滚动直线导轨寿命的因素有很多,如材质、润滑、防尘条件、振动等,即使制造方法和使用条件完全相同,对于不同组件的滚动直线导轨来讲,它们的寿命分布也具有很大的离散性。因此,衡量滚动直线导轨寿命的长短是按照以破坏概率为理论根据的额定寿命为标准。滚动直线导轨额定寿命的定义为:在相同的工作条件下,同一批导轨组件分别运行,其中90%的导轨组件尚未出现疲劳剥落现象之前,滑块相对于导轨运行距离的总和(用L10表示)或一定运行速度下的工作小时数。当滚动体为钢球时,取L10的单位为50km。在文献[1]中,给出了滚动直线导轨额定寿命计算的基本公式:L10=(CF)3!50(km)(1)式中C为额定动载荷,F工作时的实际载荷。若以工作小时数来表示寿命,当行程长度和滑块往复运行次数一定时,可用下式来求出:L10h=L10!1032!ls!n!60,式中ls为滑块单向行程(m),n为滑块每分钟往复次数(次/分)。考虑到实际运行中载荷的平稳性(如冲击、振动),滚道表面的硬度以及导轨内部的温度等对寿命的影响,根据文献[1]可得:L10=fHfTfCfWCFC3∀50(km),式中FC为计算载荷,实际载荷F=fWFC,fH为硬度系数,fT为温度系数,fC为接触系数,fW为载荷系数。根据文献[2]可知,额定动载荷C的定义为:一批相同尺寸和构造的导轨组件在相同的条件下运行,其中90%导轨的寿命能达到或超过50km时所能承受的载荷。其确定条件之一为外部载荷垂直作用于导轨滑块的对称中心上,故知在额定寿命的基本计算式中,F应为垂直作用于滑块上,因此该寿命计算公式适用于垂直载荷作用时的额定寿命计算。在实际使用中,由于工作环境、安装情况等不同,滚动直线导轨的受载情况会很复杂,不仅会受到垂直载荷,也会受到水平载荷,还会受到力矩载荷的作用,如图1所示。根据上面的分析可知,一般在生产厂的产品目录上,仅规定了受垂直载荷作用时额定寿命的计算方法,而未推出受水平载荷、力矩载荷作用时的计算方法。为了给滚动直线导轨设计、选用提供理论依据,本文在推导水平载荷寿命计算式的同时,详细分析了力矩载荷作用时的情况,从理论上提出了滚动直线导轨在一般载荷作用下额定寿命的计算方法。图12�滚动直线导轨受水平载荷作用时额定寿命的计算��滚动直线导轨受水平载荷作用时,一般比受垂直载荷作用时复杂,如图2(中心线右侧)所示。∀24∀现代机械�2002年�第1期图2设水平载荷为FH,受载滚动体为iH列,且各列为均匀受载,则有:FH=iHFHi。在两滚道面接触处法线方向上受力分别为Fn1i及Fn2i,角标i表示第iH列滚动体。根据力平衡方程,可得如下关系:FHi=Fn1isin�1+Fn2isin�2,Fn1icos�1=Fn2icos�2那么滚动体载荷Fn1i及Fn2i为:Fn1i=FHicos�2sin(�1+�2)�Fn2i=FHicos�1sin(�1+�2)则在水平方向上的分量为:FH1i=Fn1isin�1�FH2i=Fn2isin�2受载滚道面在水平力FH1i、FH2i作用下的寿命为:L1i=CH1iFH1i3�L2i=CH2iFH2i3式中,CH1i、CH2i为第iH列的额定动载荷的水平分量。若引入修正系数,根据文献[2]可得:CH1i=Cn∀sin�1∀�1H�CH2i=Cn∀sin�2��2H�1H=0�9(1-sin�1/3)��2H=0�9(1-sin�2/3)那么,第iH列的寿命即为[3]:Li=Cnsin(�1+�2)FHi�1Hcos�2-103+�2Hcos�1-103-3103在水平载荷作用时的额定寿命即可由下式求得[3]:L=i-910HLi(2)又当滑块承受垂直向下载荷时,根据文献[2]可得:Cn=C/(�1cos�1i0�7)且�1=0�9(1-cos�1/3)。将上式代入式(2)中,可得:L=CHFH3(3)其中�CH=KHCL=i-910HLisin(�1+�2)cos�2�1H103+cos�1�2H103310�1cos�1由以上各式可以看出,随着导轨组件结构参数的改变,将会得到不同的L、CH...