滚动直线导轨副静刚度试验装置设计.pdf

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1、第２期（总第２０１期）机械工程与自动化No．２２０１７年４月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONApr．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０２‐０００１‐０３滚动直线导轨副静刚度试验装置设计陈兆钦，徐淑俭，宋现春，马凡营，马洪君（山东建筑大学机电工程学院，山东济南２５０１０１）摘要：通过对垂直载荷作用下滚动直线导轨副静刚度的理论分析，设计了一种基于液压加载方式的滚动直线导轨副静刚度试验测试装置，结合了直线导轨副静刚度测试方法，完成了对导轨副静刚度各项指标的检测。结果表明：该试验装置可完成对不同型号导轨副的静刚度测试，且试验数据显示试验装置加载

2、平稳准确、结构简单、测量结果精确，能够为导轨副静刚度的进一步研究提供技术支持。关键词：滚动直线导轨副；静刚度；液压加载；垂直加载；设计中图分类号：TH１３７∶TG５０２畅１４文献标识码：A0引言其中：１１、１２分别表示物体１在接ρ触点ρ对主平面的轴近几十年来，在我国机械工业自动化发展中，由于向与径向主曲率；２１、２２分别表示物体２在接触ρ点ρ对机械设备的加工精度和运转速度的不断提高，滚动直主平面的轴向与径向主曲率；Da为钢球的直径；f为［１０］线导轨副以其独有的性能，逐渐替代了传统的滑动直导轨和滑块沟槽与钢球的曲率比。线导轨副，并在机械行业生产中得到了广泛的应由赫兹弹性接触理

3、论可得，接触点处导轨与钢球［１－２］用。滚动直线导轨副作为机床重要的功能部件和的弹性变形系数Knr和在此时法线方向的弹性变形nr结合部分，其导轨的特性将直接影响机床的加工精度分别为：［３－４］３和运动性能，因此对导轨副静刚度的研究具有极２K１３１２Knr＝［（１－２）］∑．（２）其重要的现实意义。πu８Em２／３滚动直线导轨副是一种做往复直线运动的滚动部nr＝KnrQ．（３）件，其原理是由导轨和滑块之间的钢球以滚动方式来其中：K为材料弹性变形系数；u为接触点处椭圆长半［５］代替传统的滑动接触。目前，国内外对于滚动直线轴的系数；E为材料的弹性模量；１／m为泊松比；Q为导轨的研究

4、也越来越多，出现了很多测试导轨副性能接触点处法向压力。的试验平台。国内的导轨副试验台主要采用机械加载同理，滑块沟槽和钢球之间的接触弹性变形ns和［６－７］和电加载的方式，而液压加载以其加载力范围广、接触弹性变形系数Kns可用同样的方法得到，且有：加载准确、操作方便、低速性能稳定且动态响应好等特ns＝nr［８］．（４）点，也可以完全满足导轨副的试验要求，成为导轨副Kns＝Knr一种新的加载方式。根据这种情况，设计了一种基于由赫兹理论，２K／（πu）的值可以用辅助角cos求液压加载方式的滚动直线导轨副静刚度试验测试装得，且有：置。cos＝

5、１１－１２＋２１－２２

6、／∑＝１／（４f

7、－１）．（５）1垂直载荷作用下滚动直线导轨副静刚度理论分析设接触椭圆的短、长半径之比b／a＝，则接触椭滚动直线导轨副静刚度是指导轨副在外载荷作用圆长、短半轴系数u和v可由下式求得：下抵抗变形的能力，即表示在载荷作用下产生单位变３［９］２E（）形量所需要的载荷。u＝２π滚动直线导轨副主曲率和由下式计算：３．（６）２E（）∑＝１１＋１２＋２１＋２２＝（４f－１）／（Daf）．（１）ρρρv＝ρπρ国家自然科学基金资助项目（５１３７５２７９，５１２０５２３５）；国家重大科技专项（２０１２ZX０４００２０１３）收稿日期：２０１６‐０９‐０１；修订日期：２０１７‐０１‐１１作者简介：陈

8、兆钦（１９９１‐），男，山东日照人，在读硕士研究生，主要从事机电系统控制及自动化的研究。·２·机械工程与自动化２０１７年第２期其中：E（）是γ′以＝γ′１－２为γ积分函数的第二种完载；装夹部件包括滑块夹具７、导轨夹具１０，是导轨副全椭圆积分。和试验装置的连接部分；数据采集与处理部分包括力接触椭圆的长半轴a和短半轴b为：传感器５和位移传感器８，实现对数据的采集与处理。３３１a＝u（１－２）Q／∑ρEm．（７）３３１b＝vE（１－２）Q／∑ρm最大接触应力为：３Qpmax＝．（８）２πab接触面内任意点（x，y）的应力p可由下式求得：１－底座；２－支撑立柱；３－支撑横梁；４－液压

9、缸；５－力传感器；２２３Qxy６－加载头；７－滑块夹具；８－位移传感器；９－被测导轨；p＝１－２－２．（９）２πabab１０－导轨夹具；１１－台面板根据赫兹弹性接触理论的假定条件和滚动直线导图１滚动直线导轨副静刚度测试装置结构图轨副的结构特性做了如下假设：①导轨副只承受垂直当试验进行加载时，测试系统的液压装置通过多方向的加载力；②非接触部分做刚性处理；③不考虑间功能比例阀控制器来调节向滚动直线导轨副输出的垂隙，无预加载荷。直加载力。该液压系统的活塞杆与加载部件的加载头因此本文在数值计算与试验结果分析的基