中达PMI直线导轨的选型计算

　　摘要：对于一般设备要求的直线导轨寿命、刚度要求的选型计算方法，以及直线导轨类型、精度、预紧力选择的参考，为选择直线导轨提供计算依据。

关键词：直线导轨

　　直线导轨具有低摩擦、使用方便的特点，一般被应用在负载不是很大、运动速度比较高的场合。目前被广泛使用在需要做各种直线运动的机器设备上。如何通过比较合理的计算获取主要参数二选择合适的直线导轨，对于机器设备的精度、寿命以及降低成本具有很重要的意义。

1.类型选择

　　目前市场上直线导轨的生产厂家很多，各个厂家的型号命名和类型有所不同。中达PMI的直线导轨类型比较齐全，基本上可以完全覆盖市场上的所有需求，其主要的类型有自调心全钢珠重负荷型(MSA)、自调心全钢珠低组装型(MSB)、全不锈钢微小型(MSC)、全滚柱重负荷型(MSR)、静音钢珠(柱)重负荷型(SME/R)。

　　直线导轨的选型主要是依据不同的导轨特点和设计要求进行选择，PMI直线导轨依据使用经验可以参照表1选择。

表1 中达PMI直线导轨主要类型及适用设备

2.精度选择

直线导轨的精度包括：

　　1.行走平行度(动态精度)。包括滑块C面(上表面)相对滑轨A面(底面)的行走平行度，滑块D面(滑块侧基准面)相对滑轨B面(滑轨侧基准面)的行走平行度。

　　2.几何尺寸精度。包括高度H的尺寸容许误差，高度H的成对相互差(△H)、宽度W₂的尺寸容许误差、宽度W₂的成对相互误差(△W₂)。精度具体含义如下图1。

图1 直线导轨的精度示意图

　精度等级根据误差的容许范围分为：普通级(N)、高级(H)、精密级(P)、超精密级(SP)、超高精密级(UP)，具体的相应等级对应的容许误差值可以查阅PMI的相关样本手册。根据一般的使用经验给出数控机床的等级选择参考。如表2所示。

表2直线导轨精度等级适用数控机床类型参考

3.滑块载荷计算

　　在一般的设备上工作台多采用4个滑块的直线导轨来承载水平运动，4个滑块承载的工作台水平运动载荷受力情况如图2所示。

图2 滑块工作台水平运动载荷受力图

　　如果还有其它类型的受力情况，可参阅PMI样本手册中的计算图例说明。

4.预压等级的确定

　　预压力的大小决定了导轨的刚性大小，同时可以消除一定的滑块径向间隙，实验证明预压的效果可以提高未预压时直线导轨的刚性2。8倍。PMI的直线导轨预压等级分为：轻预压（FC），中预压（F0），重预压（F1），超重预压（F2）四个等级。正确的选定直线导轨的预压力对设备的刚性具有很大的影响。根据一般的使用经验给出表3的预压等级参考。

表3 预压等级使用条件及应用行业参考

5.按照寿命要求选择

　　直线导轨的寿命L根据实际所承受载荷有所不同，一般可以根据滑块的基本额定动负荷C和工作负荷P推算使用寿命，直线导轨的使用寿命会随着使用运动状态、滚动面的硬度与环境温度的而变化，依据循环滚动体类型，选用图3的钢珠/钢柱直线导轨寿命计算公式：

图3 钢珠/钢柱直线导轨寿命计算公式

　　⑴硬度系数f_H。直线导轨的滚动面硬度必须为HRC58～64，硬度过低会降低直线导轨的负荷能力，此时基本额定动、静负荷分别乘以硬度系数f_H，出厂的PMI直线导轨硬度为HRC58以上，故此f_H=1.0。

图4 硬度系数f_H

　　⑵温度系数f_T。直线导轨使用环境温度高于100℃时高温效应会影响其寿命，此时基本额定动、静负荷分别乘以相对的温度系数f_T。PMI直线导轨部份的配件为塑料制品，环境温度不能高于100℃。

图5 温度系数f_T

　　⑶负荷系数f_w。直线导轨导轨实际使用中大都伴随着震动或冲击，在考虑到不同的运转条件与使用速度，根据经验得到负荷系数除以基本额定动负荷C。经验取值如表4所示。

表4 负荷系数f_w经验取值表

6.计算应用实例

　　根据目前PMI使用某客户简易工作平台为例说明。

　　MSA25E2SSF0+R900NII 

　　基本额定动负荷：C=28.1kN

　　基本额定静负荷：C₀ =42.4kN

图6 某客户简易工作平台

    其中：m₁=100㎏; m₂=300㎏; L₁=500㎜; L₂=400㎜; L₃=0; L₄=0; L₅=45㎜; L₆=100

根据水平等速使用运动公式可以得到四个滑块的承受载荷都是均等:

P₁=P₂=P₃=P₄=(500+400)×9.8÷4=2205N

根据一般工况条件，选择其它参数如下:

f_H=1    f_T=1   f_w=1.2

所以综合起来滑块的寿命:

L=[(1/1.2)×(28100/2205)]³×50=(0.84×12.75)³×50=61427km

参考文献：

1 NSK 精机产品 2006

2 THK 直线运动系统  NO.300-4T

3 PMI 综合技术型录