一种施加滚珠直线导轨副预紧力的方法技术

一种施加滚珠直线导轨副预紧力的方法，包括以下步骤：步骤1、确定滚珠直线导轨副结构参数；步骤2、建立滚珠直线导轨副单个滚珠预紧力与预紧量的关系；步骤3、建立滚珠直线导轨副单个滚珠预紧量与滚道曲率中心的关系；步骤4、建立滚珠直线导轨副预紧力和滚道曲率中心的关系；步骤5、实现施加滚珠直线导轨副预紧力。本发明专利技术能实现施加特定大小和特定方向的预紧力，满足自动化装备对滚珠直线导轨副总预紧力的大小和方向要求；现有技术的实现对所有滚珠尺寸均有要求，本发明专利技术只对滑块的曲率中心位置有要求，更加容易实现。

A method of preloading ball linear guide pair

【技术实现步骤摘要】
一种施加滚珠直线导轨副预紧力的方法
本专利技术属于机械导向装置
，具体地说是一种施加滚珠直线导轨副预紧力的方法。
技术介绍
滚珠直线导轨副凭借着强承载能力、低摩擦损耗以及高运动灵敏度等优势，被广泛地运用于各种自动化装备，尤其是高档数控机床。预紧力是直接影响滚珠直线导轨副综合性能的关键因素，对滚珠直线导轨副的刚度及寿命等会产生影响。当预紧力过小时会导致导轨副刚度不足，当预紧力过大时则会加剧滚珠与滑块、导轨间的磨损，从而降低使用寿命。目前，施加滚珠直线导轨副预紧力的方法是通过选配稍微大于名义滚珠直径的滚珠，使得滚珠与滚道之间的接触有一定的过盈，从而产生垂向与侧向预紧力。通过选配不同直径尺寸的滚珠可以产生不同大小的总预紧力，但总预紧力的方向为滚珠直线导轨副的名义接触角方向，是不可改变的。当要求的总预紧力方向与名义接触角方向不一致时，上述的施加预紧力的方法不能满足要求。因此，亟待需要一种方法来解决上述技术问题。
技术实现思路
针对上述局限性，本专利技术提供一种施加滚珠直线导轨副预紧力的技术方法，该方法能施加特定大小和特定方向的预紧力。一种施加滚珠直线导轨副预紧力的方法，包括以下步骤：1、确定滚珠直线导轨副结构参数。图1为滚珠直线导轨副正视图，X轴为侧向，Y轴为垂向。设滚珠直线导轨副共有4列滚珠，分别为1，2，3，4列，α0为导轨副中滚珠与滚道的名义接触角，单位：度(°)，O为滚珠球心，d为名义滚珠直径，单位：毫米(mm)，n为单列受载滚珠个数，Oc和Or分别为滑块和导轨的名义滚道曲率中心，rc和rr分别为滑块和导轨的滚道曲率半径，单位：毫米(mm)。2、建立滚珠直线导轨副单个滚珠预紧力与预紧量的关系。滚珠直线导轨副单个滚珠预紧力为滚珠与单侧滚道间(滑块滚道或导轨滚道)的接触力，预紧量为滚珠与单侧滚道间(滑块滚道或导轨滚道)的弹性变形量。由赫兹接触理论可知接触力与弹性变形量间的关系表达式式中，F为所受接触力，单位：牛(N)；δ为弹性变形，单位：毫米(mm)；υ1、υ2分别为接触体1和接触体2材料的泊松比，E1、E2分别为接触体1和接触体2材料的弹性模量，单位：季帕(GPa)；δ*为与几何关系相关的系数，∑ρ为接触体1和接触体2的综合曲率，单位：mm-1。由于δ*、E1、E2、υ1、υ2、∑ρ对一个特定的滚珠直线导轨副是常数，因而滚珠直线导轨副单个滚珠预紧力与预紧量之间的关系可简化为F＝khδ3/2(2)式中，kh描述了滚珠直线导轨副单个滚珠所受预紧力F与预紧量δ之间的关系，称之为类刚度系数，单位：牛·毫米(N·mm)。3、建立滚珠直线导轨副单个滚珠预紧量与滚道曲率中心的关系。图2为滚珠直线导轨副曲率中心方位图，u轴为侧向，v轴为垂向，αi为第i列滚珠与滚道的实际接触角，O’ci为第i列滚珠对应侧的滑块的实际滚道曲率中心，当改变滑块的滚道曲率中心时，△ui和△vi分别为第i列滚珠对应侧的滑块曲率中心的侧向和垂向的改变距离量，该值的正负分别取决于图2中相应的局部坐标系(uiOcivi)。在名义接触状态时，第i列滚珠对应侧的滑块和导轨的名义滚道曲率中心距s0s0＝rc+rr-d(3)第i列滚珠与滚道的实际接触角αi由几何关系可以确定改变滑块曲率中心后的实际滚道曲率中心距si由几何关系可以确定单个滚珠预紧量δi与滚道曲率中心的关系δi＝(si-s0)/2(6)为实现预紧效果，因此单个滚珠的预紧量δi应满足非负性由此可以确定滑块曲率中心的侧向改变距离量△ui和垂向改变距离量△vi的约束条件4、建立滚珠直线导轨副预紧力和滚道曲率中心的关系。根据步骤2与3可以确定实际接触时第i列单个滚珠的预紧力fi单个滚珠的侧向预紧力fx和垂向预紧力fy与滚道曲率中心的关系分别为因此，滚珠直线导轨副的侧向预紧力Fx和垂向预紧力Fy与滚道曲率中心的关系为5、实现施加滚珠直线导轨副预紧力。当需要在侧向和垂向施加特定预紧力时，根据Fx和Fy联立方程组求解滑块曲率中心的侧向改变距离量△ui和垂向改变距离量△vi。特别的当Fy/Fx＝tanα0时，此时所施加的预紧力效果与上述现有技术的方法相同。可以求得:Δvi＝-Δuitanα0即滑块滚道曲率中心在侧向改变距离量为△ui，在垂向反向改变距离量为△uitanα0。当对滚珠直线导轨副仅施加侧向预紧力时，即Fy＝0，此时可求得Δvi＝-s0sinα0Δui＝-[s0-s0cosα0+2×[Fx/(4nkh)]2/3]因此，在实现仅仅在侧向施加预紧力的要求时，滑块滚道曲率中心在侧向反向改变距离量为s0－s0cosα0+2×(Fx/kh)2/3，在垂向反向改变距离量为s0sinα0。当对滚珠直线导轨副仅施加垂向预紧力时，即Fx＝0，此时可求得Δui＝s0cosα0Δvi＝s0-s0sinα0+2×[Fy/(4nkh)]2/3因此，在实现仅仅在垂向施加预紧力的要求时，滑块滚道曲率中心在侧向改变距离量为s0cosα0，在垂向改变距离量为s0－s0sinα0+2×(Fx/kh)2/3。本专利技术的优点是：能实现施加特定大小和特定方向的预紧力，满足自动化装备对滚珠直线导轨副总预紧力的大小和方向要求；现有技术的实现对所有滚珠尺寸均有要求，本专利技术只对滑块的曲率中心位置有要求，更加容易实现。附图说明图1a为滚珠直线导轨副正视图整体。图1b为滚珠直线导轨副滚珠滚道接触部分P的局部放大示意图。图2是本专利技术滚珠直线导轨副曲率中心方位图。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案。四方等载型滚珠直线导轨副由于其承受各个方向载荷的能力相同而被广泛使用，以常用的某一规格的四方等载型滚珠直线导轨副为例。具体参数为：名义接触角α0＝45°，滚动体直径d＝6.35mm，单列受载滚珠个数为n＝12，滑块和导轨的滚道曲率半径rc＝rr＝3.302mm。滑块与滚珠的材料的弹性模量均为206Gpa，泊松比均为0.3。滚珠某自动化装备要求滚珠直线导轨副在侧向施加1200N预紧力，垂向施加3600N预紧力。一种施加滚珠直线导轨副预紧力的方法，包括以下步骤：1、确定滚珠直线导轨副结构参数。由已知条件可以确定该滚珠直线导轨副的名义接触角、滚动体直径、单列受载滚珠个数以及滑块和导轨的滚道曲率半径等参数。2、建立滚珠直线导轨副单个滚珠预紧力与预紧量的关系。代入已知参数，可以求得滚珠直线导轨副的类刚度系数为kh＝7.3899×105N·mm-3/2，因而单个滚珠预紧力与预紧量之间的关系可简化为F＝7.3899×105×δ3/2。3、建立滚珠直线导轨副单个滚珠预紧量与滚道曲率中心的关系。由已知参数可以求得第i列滚珠对应侧的滑块和导轨的名义滚道曲率中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种施加滚珠直线导轨副预紧力的方法，包括以下步骤：/n步骤1、确定滚珠直线导轨副结构参数；设滚珠直线导轨副共有4列滚珠，分别为1，2，3，4列，α

【技术特征摘要】
1.一种施加滚珠直线导轨副预紧力的方法，包括以下步骤：
步骤1、确定滚珠直线导轨副结构参数；设滚珠直线导轨副共有4列滚珠，分别为1，2，3，4列，α0为导轨副中滚珠与滚道的名义接触角，单位：度(°)，O为滚珠球心，d为名义滚珠直径，单位：毫米(mm)，n为单列受载滚珠个数，Oc和Or分别为滑块和导轨的名义滚道曲率中心，rc和rr分别为滑块和导轨的滚道曲率半径，单位：毫米(mm)；
步骤2、建立滚珠直线导轨副单个滚珠预紧力与预紧量的关系；滚珠直线导轨副单个滚珠预紧力为滚珠与单侧滚道间的接触力，预紧量为滚珠与单侧滚道间的弹性变形量；由赫兹接触理论可知接触力与弹性变形量间的关系表达式



式中，F为所受接触力，单位：牛(N)；δ为弹性变形，单位：毫米(mm)；υ1,υ2分别为接触体1和接触体2材料的泊松比，E1、E2分别为接触体1和接触体2材料的弹性模量，单位：季帕(GPa)；δ*为与几何关系相关的系数，∑ρ为接触体1和接触体2的综合曲率，单位：mm-1；
由于δ*、E1、E2、υ1、υ2、∑ρ对一个特定的滚珠直线导轨副是常数，因而滚珠直线导轨副单个滚珠预紧力与预紧量之间的关系可简化为
F＝khδ3/2(2)
式中，kh描述了滚珠直线导轨副单个滚珠所受预紧力F与预紧量δ之间的关系，称之为类刚度系数，单位：牛·毫米(N·mm)；
3、建立滚珠直线导轨副单个滚珠预紧量与滚道曲率中心的关系；滚珠直线导轨副曲率中心方位图中，u轴为侧向，v轴为垂向，αi为第i列滚珠与滚道的实际接触角，O’ci为第i列滚珠对应侧的滑块的实际滚道曲率中心，当改变滑块的滚道曲率中心时，△ui和△vi分别为第i列滚珠对应侧的滑块曲率中心的侧向和垂向的改变距离量，该值的正负分别取决于相应的局部坐标系(uiOcivi)；在名义接触状态时，第i列滚珠对应侧的滑块和导轨的名义滚道曲率中心距s0
s0＝rc+rr-d(3)
第i列滚珠与滚道的实际接触角αi



由几何关系可以确定改变滑块曲率中心后的实际滚道曲率中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁泽宇，陈健，徐特奇，王泳，丁红钢，游红武，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33