滚动导轨.doc

题目：滚动导轨目 录目 录2滚动导轨4一、 滚动导轨支撑原理及类型4二、滚动导轨国内外发展情况6三、 国内外主要生产厂家滚动导轨发展概况6四、 滚动导轨的基本沟槽结构7五、滚动导轨副的选用依据8六、 滚动导轨的发展趋势9参考文献10摘要：本文概括的介绍了滚动导轨副的特点、现状和发展走向，为进一步推进其研究和应用指明方向关键词：滚动导轨 结构 发展动向Abstract：The features,situation and developing trends of the linear motion ball guide are briefly introduced in this paper.The direction of its further application is pointed out.Key Words：Ball Guide Pair Structure Developments滚动导轨随着现代制造技术的不断发展，使得传统的制造业发生了巨大的变化，数控技术、机电一体化和工业机器人在生产中得到了更加广泛的应用。同时机械传动机构中的导向精度在不断提高，使传统的导向机构发生了重大变化。滚动导轨副以其独有的特性，逐渐取代了传统的滑动导轨，在工业生产中得到了广泛的应用。一、 滚动导轨支撑原理及类型导轨副是20世纪70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，它适应了精密机械的高精度、高速度、节能环保以及缩短产品开发周期等要求，因此得到了广泛的应用。目前已经成为数控机床、精密电子机械、工业机器人、测量仪器中不可缺少的一种重要功能部件。它是在导轨工作面之间安排滚珠、滚柱或滚针等滚动体，使两导轨面之间形成滚动摩擦，摩擦系数很小（0.00250.005），动静摩擦系数相差很小，运动轻便、灵活，所需功率小，精度好，无爬行。与现有的滑动导轨相比，具有以下优良特性：运动灵敏度高；定位精度高；牵引力小、移动轻便；磨损小、精度保持性好；润滑系统简单、维修方便。滚动导轨根据滚动体形式不同，可分为滚珠导轨、滚柱（或滚针）导轨等。（1） 滚柱导轨（图1） 这种导轨的结构特点为滚珠与与导轨之间点接触，摩擦阻力小，承载能力较差，刚度低，其结构紧凑，制造容易，成本较低。通过合理的设计滚道圆弧可大幅度降低接触应力，提高承载能力。滚珠导轨一般适用于切削力矩和颠覆力矩都比较小的机床。图1 滚珠导轨（2） 滚柱导轨（图2） 这种导轨的结构特点为滚珠与与导轨之间线接触，承载能力较同规格滚珠导轨高一个数量级，刚度高。滚柱导轨对导轨面的平面度敏感，制造精度要求比滚珠导轨高，适用于载荷较大的机床。图2 滚柱导轨滚动导轨副主要由导轨、滑块、滚珠、保持器、端盖、挡板以及密封垫等组成，其结构如图3所示。图3 滚动导轨结构示意图导轨为支承部件，安装于工作机上：滑块作为移动部件，安装于导轨部件上；滚珠放置在导轨轨道与滑块轨道之问；保持器安装于各滚珠之间，等间距地隔开各滚珠：端盖则位于滑块两端，起到回珠、去屑和润滑的作用；挡板分为上下挡板起到固定滚珠的作用；密封垫包括端面、侧面和内部密封垫，起到防尘的作用。工作时，滑块沿导轨做往复直线运动，位于导轨轨道面与滑块轨道面之间的滚珠在保持器的维持下，在滚道内进行连续的循环运动，从而实现滑块与导轨间的相对运动。滚动导轨副是一种新型的作相对往复直线运动的滚动支承，以导轨和滑块间的滚珠滚动来避免导轨面与滑块面的直接接触，以滚动摩擦代替了滑动摩擦。滚动导轨副的摩擦系数为滑动导轨的150左右，这不仅可以提高滑块的运动速度、保证滑块的运动精度，同时还可延长滚动导轨副使用的寿命。二、滚动导轨国内外发展情况对滚动导轨副的跟踪、研究而言，应该说我国的起步还是较早的。早在1986年，南京工艺装备制造厂就成功研制了GGA25径向型滚动导轨副，开启了我国自主研发制造滚动导轨副的帷幕。1988年起，以华中科技大学的孙健利教授为代表的科技人员开始滚动导轨副的系统基础理论研究，并带领和培育了一大批滚动导轨领域的科技人才，大大推动和促进了我国滚动导轨副的发展。目前，世界上只有少数几个先进工业国家(例如日本的THK、NSK、IKO公司，瑞典的SKF公司，德国的INA公司，美国的姆森公司)，在滚动导轨副的生产、研究和开发新产品方面处于领先水平。目前，在国内占主要地位的滚动导轨厂家有南京工艺、高新凯特、陕西汉江、上海中恒等，此外尚有南通、宁波、大连、昆山等地的公司在积极准备进入该领域的生产。据了解，所有的这些生产企业中，与国外知名品牌相比，目前国内绝大部分的滚动导轨副的生产研制还处于便捷型阶段，在产品的工艺装备、品种的多样化等方面，可能悬殊较大。不过，近期我国的滚动导轨副在赶超国际水平的过程中，取得了不小的进步，如高新凯特的产品已经实现部分出口，产品的质量受到欧洲等国客户的认可。最近，代表第三代环保型GSB系列低噪声滚动导轨副和第四代复合型GZB系列滚柱重载导轨副相继在南京工艺完成小批量试制攻关。在产品的技术领域，一下子拉近了国产和国外知名品牌产品之间的差距。现在可以说我国的滚动导轨副基本上跟上了国际发展的主要潮流，成为我国在多年跟随滚动导轨副的发展所获得的一抹亮色。三、 国内外主要生产厂家滚动导轨发展概况 (1) THK公司采用滚珠保持器与滚珠构成一体，保持滚珠平稳地进行循环运动，消除了滚珠间的相互摩擦，开发了噪声低、免维修、寿命长、速度可达300mmin的超高速直线运动的SSR型导轨副，并已开始推广。该导轨副实现了100mmin运动速度下噪声小于50dB，摩擦波动幅度减少到以往产品的15。另外，通过了一次加油脂2cm，运行2800km的无负载试验。今后该公司将转为生产带滚珠保持器的直线运动导轨副。导轨副中采用了滚动体保持器，使滚动体均匀地排列，平稳地进行循环运动。其结构如图4所示：图4 THK滚动导轨示意图(2) 瑞士Schneeber AG公司与Heidenhain GmbH公司合作开发了名为“Monorail”的滚动导轨副，它把直线运动的导向功能与磁栅数显的位移检测功能合二为一。磁化钢带粘贴在导轨的侧面，而拾取信号的磁头则与导轨副的滑块固定并与之同步运动。(3) 无论是滚珠或滚柱型的滚动导轨副的吸振性都较差。德国INA公司通过试验证明：用增加预紧力来消除振动的方法不可取，因为减振效果并不明显，反而降低寿命。例如，当预紧力加大一倍，滚珠型的反向机构寿命降低125，滚柱型的反向机寿命降低10。所以该公司与阿享大学(AachenTH)合作研究了“RUDS”阻尼滑座将这种滑座安装在滚动导轨出现最大振幅的位置。试验表明装“RUDS”阻尼滑座后，振幅降低到原来的130，噪声明显减弱。(4) 采用一体化直线电动机的滑台系统具有结构凑、运行中动力大的特点。同时滑台系统的定位精也有所提高条件是要有所需的直线测试系统。SKF直线系统有限公司与Pratec直线电动机制造厂进行合作，并于1996年已开始推广一体化的直线电动机滑台系统产品。(5) 德国聂夫(NEFF)公司，于20世纪80年代中期推出了“WIESEL”直线传动组合单元并获准德国专利，它是将滚珠丝杠副安装在用铝合金制造的长方形内腔中，在铝合金框架上端镶嵌滚动导轨，导轨上滑块与螺母固定，由滚珠丝杠副带动上滑板作往复直线运动。这种由滚动元件组成的直线传动装置具有高效、高速的特点，是工业机器人、自动化立体仓库、工厂自动化(FAG)等的理想执行机构。四、 滚动导轨的基本沟槽结构滚动导轨副一般由导轨轴、滑块、滚动体、反向器和保持器等组成，它以滑块和导轨间的钢球滚动来代替直接的滑动接触，当钢球在沟槽内滚动时，通过反向器和滑块本身的循环孔，回到另一端，实现无限循环。钢球由称为保持器的定位钢丝或顶板来定位，即使滑块脱离轨道，钢球也不容易落下。滚动沟槽的形状，一般可分为单圆弧和双圆弧（哥德式）沟槽两种类型，如图4所示。承载时钢球与圆弧形的沟槽为弹性接触，其接触区域为椭圆形状。根据滚动轴承理论可知，钢球滚动时由于接触区内各点滚动半径不同，会产生线速度的差异，从而引起差动滑动和差动摩擦。由于接触椭圆的近轴点与钢球回转轴线的距离较短，远轴点与钢球回转轴线的距离较长，因此这种回转半径差将会导致差动滑动和差动摩擦。对于单圆弧沟槽其圆弧半径为设计参数，沟槽与钢球之间仅有一个接触点，钢球回转轴线与接触椭圆长轴平行，如图5(a)所示。由于接触区内各点的回转半径差较小，故差动滑动量及差动摩擦力较小。而双圆弧沟槽由两段对称的圆弧组成，其圆弧半径和圆心距离为设计参数，标准直径钢球与沟槽接触时的球心位置称为沟槽中心。沟槽与钢球之间可以有两个接触点，如图5(b) 所示。当钢球在两接触区所受作用力相等时，钢球回转轴线平行于沟槽两圆心的连线，由于回转半径差较大，从而差动滑动量较大；当钢球在两接触区的作用力不等时，其回转轴线垂直于两接触区作用力的合力。图5 滚动导轨基本沟槽结构五、滚动导轨副的选用依据以上介绍了滚动导轨副的结构特点，在实际选用中应根据使用工况的承载特点、摩擦情况、耐振性能、安装精度等进行选用，既可以单根使用，也可以多根使用。同时还应考虑到使用场所的空间限制、安装条件等。根据导轨在使用时承受载荷情况的不同，一般可分为以下几种载荷类型，并据此作为选用依据：（1） 承受轻载荷，要求动作灵敏。例如在测试仪器、办公机械、半导体制造设备等承受的载荷很小，对刚性也无要求，由于使用的电机功率小且高速动作，因此要求低摩擦。此时可使用单圆弧型沟槽形状即*点接触方式的滚动导轨。若选用单根导轨副承受多方向的力和力矩时，对轻载荷也可采用两列矩形哥德式沟槽导轨副；若成对使用导轨副时，对轻载荷可采用两列梯形单圆弧沟槽导轨副。（2） 承受重载荷，要求具有高刚度、阻尼性。例如组合加工机床，车、铣、磨床等承受有重载荷，对刚性和寿命都有一定的要求，并且要求对切削时产生的振动具有一定的抑制作用，故应该具有较大的摩擦阻力。在一般重载荷时，若单根使用时可采用高刚性设计即+ 型四列矩形哥德式沟槽导轨副；若成对使用时可采用四列矩形单圆弧沟槽导轨副；若有冲击载荷时，可采用双圆弧曲线沟槽即! 点接触方式为宜，如采用自调心设计即# 型四列矩形哥德式沟槽导轨副。若垂直向下载荷大、其它方向的力和力矩较小，宜采用四列梯形单圆弧沟槽，当侧向载荷较大时，宜采用有两列钢球承受侧向载荷的沟槽布置。（3） 承受力矩载荷且使用一根导轨时。例如搬运装置，仅使用一根滚动导轨承受力矩载荷，此时可考虑采用双圆弧曲线沟槽组合。滚动导轨作为一种新型直线运动部件，由于它的不断开发，新的系列不断涌现，并不断具有新的结构特点，如滚动曲线导轨、带滚珠间隔保持器的滚动导轨、可分离型滚动导轨、新型润滑装置等，所有这些都改善了导轨的性能，拓宽了其使用范围，必将为滚动导轨的广泛使用开辟更加广阔的前景，促进先进制造技术的迅猛发展。六、 滚动导轨的发展趋势滚动导轨具有许多突出的优点，滚动导轨副的新类型、新功能不断涌现，其发展趋势正在朝着集约化、智能化、精密高速化的方向迈进。滚动导轨作为一种新型直线运动部件，由于它的不断开发，新的系列不断涌现，并不断具有新的结构特点，如滚动曲线导轨、带滚珠间隔保持器的滚动导轨、可分离型滚动导轨、新型润滑装置等，所有这些都进一步改善了导轨的性能，拓宽了其使用范围，必将为滚动导轨的广泛使用开辟更加广阔的前景，促进先进制造技术的迅猛发展。参考文献1 韩建海数