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直线导轨的额定负荷与寿命

发布时间:2017-06-27
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直线导轨的应用,必须对选用的型号与使用条件来验算其负荷容量及寿命,根据这些结果来判断选择的直线导轨型号是否符合需求。

负荷容量的验算是利用基本额定静负荷(C0),求出静安全系数,即确定其静的负荷限度;而寿命的验算则是利用基本额定动负荷(C),来计算额定寿命。

直线导轨的寿命是指在滚动体或滚动面上由于循环应力的作用,到出现因材料的滚动疲劳所发生的金属表面剥落时所运行的总距离。

1,基本额定静负荷C0

直线导轨在静止或低速运行中承受过大或冲击的负荷时,在滚动体与滚动面之间会产生局部的永久变形,这个永久变形量如果超过某个限度时,就会影响直线导轨运动的顺畅性。

所谓的基本额定静负荷(C0),是指在产生最大应力的接触面处,使滚动体与滚动面间的永久变形量之总和达到滚动体直径的0.0001倍时,方向和大小一定的静止负荷。所以基本额定静负荷即为容许静负荷的限度。

2,容许静力矩 M0


在直线导轨上作用力矩时,从直线导轨内的滚动体应力分布来看,两端的滚动体产生最大的应力。所谓的容许静力矩(M0),是指在产生最大应力的接触面处,使滚动体与滚动面间的永久变形量之总和达到钢珠直径的0.0001倍时,方向和大小一定的静止力矩。所以容许静力矩即为静的作用力矩的限度。在直线导轨中是以MP、MY、MR这3个方向的力矩来定义的。

3,静安全系数 fs

当直线导轨使用在有振动、冲击或激烈的启动停止情形,由于惯性力或力矩等外力的作用,会有大的负荷产生,对于这样的负荷状况,有必要考虑静安全系数。静安全系数(fs) 是按直线导轨的基本额定静负荷(C0),为作用在直线导轨上的负荷的多少倍来表示,如下式所示。各种应用状况的静安全系数之基准值,如下表所示。

fs = C0 / P

fs = M0 / M

fs :静安全系数

C0:基本额定静负荷(N)

M0:容许静力矩(N.M)

P:计算负荷(N)

M:计算力矩(N.M)

静态系数的基准值

4,基本额定动负荷 C

即使同一批制造出来的产品,在相同的条件下运动,直线导轨的寿命也会有些许差异。因此,为了确定直线导轨的寿命,一般使用以下定义的额定寿命。所谓的额定寿命(L),是指一批相同规格的直线导轨在同样的条件下运动时,其中的90%不产生表面疲劳剥落的现象所能行走的总运行距离。当直线导轨承受负荷并运动时,为计算其寿命要使用基本额定动负荷。

所谓的基本额定动负荷(C ),是指一批相同规格的直线导轨在同样的条件下运动时,当其滚动体为钢珠时,其额定寿命为50km,而其滚动体为滚柱时,额定寿命为100km,方向和大小都不变的负荷。

5,寿命计算

直线导轨的额定寿命(L)会因实际所承受的负荷而不同,可依照选用规格的基本额定动负荷(C)和工作负荷(P)来推算出使用寿命。直线导轨的使用寿命会随著运动状态、滚动面的硬度与环境温度而变化,依其循环的滚动体类型,选用下式来计算其寿命。

L:额定寿命(KM)

C:基本额定动负荷(N)

P:工作负荷(P)

fH:硬度系数

fT:温度系数

fW:负荷系数

硬度系数 fH

直线导轨滚动面的硬度必须为HRC 58~64,如果硬度比此数值低时,会降低直线导轨的负荷能力,此时基本额定动、静负荷应分别乘以相对的硬度系数 fH,如下图所示。出厂的PMI 直线导轨硬度要求为HRC 58以上,所以 fH =1.0。

温度系数 fT

直线导轨使用在环境温度高于100℃时,高温效应会影响其使用寿命,此时基本额定动、静负荷应分别乘以相对的温度系数 fT,如下图所示。PMI 直线导轨部分的配件为塑、橡胶制 品,建议的使用温度为100℃以下。

负荷系数 fW

虽然直线导轨所承受的负荷可藉由计算求得,但实际使用时大都伴随著振动或冲击,负荷多会大于计算值。因此在考虑不同的运转条件与使用速度下,建议依经验所得到的负荷系数除以基本额定动负荷C,如下表所示。