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滾動直線導軌副的運動性能主要包括運動精度、摩擦力、振動及噪聲等。運動精度作為滾動直線導軌副一項重要的機械性能指標, 它的高低很大程度上影響著導軌的定位精度和使用壽命。導軌副在實際運動過程中, 鋼球在返向器內(nèi)的運動極其復雜, 其運動精度受零件的制造精度、安裝精度、預緊力及振動等諸多因素的影響。目前標準對滾動直線導軌副驗收技術(shù)條件的精度檢驗項目主要包括兩個項目, 即滑塊移動對導軌底面基準的平行度及滑塊移動對導軌側(cè)面基準的平行度。作為精密的傳動部件, 摩擦力是滾動直線導軌副的另一項重要性能指標, 摩擦力也引起導軌副的發(fā)熱, 直接影響導軌副的使用壽命。摩擦力作為系統(tǒng)快速響應的阻礙和能量消耗的主要途徑, 對摩擦力進行研究對提高整個系統(tǒng)的響應速度及控制精度具有重要意義。隨著靜音技術(shù)的發(fā)展, 滾動直線導軌副振動與噪聲對環(huán)境的污染問題逐漸成為滾動直線導軌副研究中極為重要的課題之一。振動不僅對噪聲有很大的影響, 同時對生產(chǎn)主機的性能質(zhì)量以及滾動直線導軌副自身的壽命也有重要影響。因此, 滾動直線導軌副的摩擦力、振動與噪聲, 現(xiàn)已成為了綜合考評滾動直線導軌副好壞的重要指標。

　　滾動直線導軌副摩擦性能研究方面, 日本的渡辺一雄等對滾動直線導軌副摩擦力的來源及摩擦力波動的原因進行分析, 他認為引起摩擦力波動的主要原因是滾道的表面粗糙度以及波紋度。此外當滾動體通過滾道的返向器時, 滾珠經(jīng)歷從非承載區(qū)到承載區(qū)(或反之) 的過程, 摩擦力也會發(fā)生較大的變化, 摩擦力出現(xiàn)在滾珠運動到非載荷區(qū)的時候。Fujita等基于直線驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)干擾力表征方法, 研究了滾動直線導軌副的摩擦特性對全局定位及微定位的影響。D. N. Olaru 等人為計算滾動直線導軌副中滾珠與滾道間的全部摩擦力以及整體摩擦因數(shù), 建立了一種全新的計算模型, 并通過試驗對模型結(jié)果進行驗證。在對滾動直線導軌副摩擦力進行研究時, 我國孫健利等人對滾動直線導軌接觸區(qū)內(nèi)的滾動摩擦力和差動摩擦力進行分析, 以差動摩擦力小為準則討論了滾動直線導軌在一定外加載荷下的優(yōu)化預過盈量, 在此基礎(chǔ)上進一步分析了預緊力與過盈量的關(guān)系, 認為滾動直線導軌副的過盈量的增加使接觸區(qū)的彈性力和差動滑動增大, 因此摩擦力也隨著過盈量的增加而增大。張朝輝等人運用Hertz 接觸理論分析了差動滑動和彈性滯后等因素對摩擦力的影響, 得出了摩擦力與過盈量之間的關(guān)系, 為通過測定摩擦力來確定過盈量提供了理論依據(jù)。高永坤以Hertz 接觸理論為基礎(chǔ), 分析承載區(qū)滾珠與滾道的接觸狀態(tài), 確定了預緊力與過盈量之間的理論關(guān)系。

　　滾動直線導軌副振動與噪聲研究方面, 日本的Hiroyuki Ohta 等人在考慮了滾道曲率中心變化的情況下, 建立導軌副垂直剛度計算模型, 對振動和噪聲信號進行分析, 并采集滑塊運動時, 滑塊上不同測點的振動信號和不同測量距離時的噪聲信號。周傳宏等人對滾動直線導軌副振動特性進行了初步研究。劉建素等運用隨機振動理論分析了導軌副的誤差均化作用。何康等將波導吸振的方法用于導軌副的減振和消除噪聲的研究, 將結(jié)構(gòu)的振動和聲輻射能量引導到吸振器中, 達到減振降噪的目的。

　　滾動直線導軌副接觸力學研究方面, P. Pawelko 介紹了滾動導軌力學模型的基本建立方法, 討論了對建模方法不同程度的簡化以及數(shù)值結(jié)果的選擇方法。A. Dadalau 應用面向構(gòu)件的有限元法, 從理論上分析了導軌副的剛度和內(nèi)部的接觸力以及二者之間的關(guān)系, 使用試驗手段對導軌副的動態(tài)響應從理論進行了計算, 并對試驗結(jié)果進行對比分析。Jyh-cheng chang研究了預加載荷變化的情況下, 滾動直線導軌系統(tǒng)中滾珠與滾道間接觸剛度的變化。Ohta等建立了一種考慮導軌副彈性變形的垂直剛度半解析計算模型, 基于以上彈性變形, 計算了導軌副的垂直剛度, 并與試驗結(jié)果進行了對比。

　　滾動直線導軌副動力學研究方面, JamesShih-Shyn Wu 等人基于赫茲理論和模態(tài)測試,在彎曲不平衡載荷的作用下, 建立了滾珠接觸問題動力學模型, 研究了外部載荷對導軌副動態(tài)特性的影響。Yong-sub Yi 簡單分析了滾動直線導軌副應用于定位裝置中的動力學特性。孫偉、史安娜等基于ADAMS 對導軌系統(tǒng)剛體動力學特性進行了建模仿真, 分析了外載荷及預緊力對導軌接觸剛度的影響。徐鵬等人利用Pro/ E 和Ansys 對直線導軌進行了三維建模與模態(tài)分析得到模態(tài)頻率和各階振型, 并分析了它們對直線滾動導軌動態(tài)特性的影響。

　　滾動直線導軌副設(shè)計研究方面, 國外研究者在基礎(chǔ)性理論研究上做出了重大的突破。Lundberg-Palmgren 提出動態(tài)切應力理論, 該理論認為疲勞裂紋始發(fā)于接觸表面下某一含有雜質(zhì)的材料弱點處, 動態(tài)切應力決定接觸表面的疲勞剝落。但隨著冶煉技術(shù)的提高、加工工藝的改進, 導軌副的失效機理已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化。從T. E. TALLIAN 近期發(fā)表的試驗結(jié)果可以看出, 與表面接觸狀態(tài)相關(guān)的諸多因素在導軌的疲勞過程中起著越來越重要的作用。這些因素主要包括接觸表面的預損傷、表面粗糙度的大小及形式、表面殘余應力、外來硬顆粒雜質(zhì)以及潤滑油膜的狀態(tài)等。國內(nèi)則以華中科技大學的孫健利教授為代表的一大批科研人員投入到滾動直線導軌副的系統(tǒng)基礎(chǔ)理論研究中去, 發(fā)表了大量的科研成果, 為滾動直線導軌的設(shè)計理論研究打下了扎實的基礎(chǔ)。徐啟賀在導軌副的優(yōu)化算法中, 考慮了導軌的可靠性因素。李傳應引入了威布爾分布參數(shù)、外來雜質(zhì)影響參數(shù), 軸承尺寸、油膜厚度及污染顆粒的大小相關(guān)的影響參數(shù)、材料表面粗糙度以及殘余應力系數(shù)等參數(shù)。王盤銘根據(jù)滾動直線導軌副的特點, 建立了一種忽略滑塊變形的有限元分析模型, 并應用ANSYS 軟件對此模型進行了分析計算, 得到了受載變形數(shù)據(jù)及導軌副的靜剛度值。為了驗證模型的合理性,采用有限元方法求出滑塊的兩個轉(zhuǎn)動彈性系數(shù), 進而求出一定垂直外載荷時的垂直變形量。通過與前面的計算結(jié)果的比較, 驗證了ANSYS 分析中模型模型簡化方法的合理性, 為滾動直線導軌副的工程開發(fā)與應用提供了一種便捷的分析途徑。開展?jié)L動直線導軌副回珠曲線的優(yōu)化設(shè)計, 可以提高滾珠運動流暢性, 達到降低噪聲和減小滑塊振動的目的。我國徐起賀、孫健利等人首先提出了回珠曲線的數(shù)學模型及設(shè)計方法, 并對曲率半徑進行了理論研究。姜大志、應強等人以降低滾珠通過過渡區(qū)所產(chǎn)生的振動為設(shè)計準則, 利用承載區(qū)和過渡區(qū)內(nèi)滾珠各循環(huán)狀態(tài)剛度相等的假設(shè)條件, 求出各循環(huán)狀態(tài)下的離散控制點, 借助小二乘法擬合出一條連續(xù)的過渡曲線, 并借助試驗驗證了該方法減振的可行性。

　　關(guān)于滾動直線導軌副, 目前, 國內(nèi)的龍頭生產(chǎn)廠家主要有南京工藝、漢江機床、山東博特、大連高金以及廣東凱特等, 一些高校如南京理工大學、華中科技大學、山東大學等與企業(yè)合作對滾動直線導軌副做了大量的研究工作, 并取得了不少的成果。

　　上述的這些研究工作的開展使得國產(chǎn)導軌的各項性能指標得到了極大的提高。但是與國外的知名廠家如日本THK、NSK 相比, 國內(nèi)廠家生產(chǎn)的滾動功能部件產(chǎn)品在性能上仍然存在一定差距。高端機床的導向部件使用的都還是國外的滾動直線導軌副產(chǎn)品, 極大制約了我國自主研發(fā)數(shù)控機床的發(fā)展。如何提高滾動直線導軌副的綜合性能, 如何理設(shè)計返向器實現(xiàn)高速低噪聲運行, 都與相關(guān)理論基礎(chǔ)與試驗研究分不開, 加強基礎(chǔ)研究是國內(nèi)滾動功能部件發(fā)展的重要部分。