DOC 小长径比交叉滚子滚动导轨支承的设计特点(DOC) 小长径比交叉滚子滚动导轨支承的设计特点 小长径比交叉滚子滚动导轨支承的设计特 点 小长箨《囊叉滚子, 滚动景瓤交承的设,计特点j曩:l__: , , 摘要:典型或标准的交叉 圆柱滚子滚动导轨支承,其所 用滚子的长径比为l或是非常 接近于l.另一种结构是长径 比远小于1的交叉圆柱滚子滚 动导轨支承,这种结构克服了 前者的一些缺陷,改善了动态 性能,可提供更高的承载能 力和工作可靠性,以及更好的 装配和维护性能. 交叉圆柱滚子滚动导轨支 承以其刚性好,精度高,结构 简单...
(DOC) 小长径比交叉滚子滚动导轨支承的设计特点 小长径比交叉滚子滚动导轨支承的设计特 点 小长箨《囊叉滚子, 滚动景瓤交承的设,计特点j曩:l__: , , 摘要:典型或
的交叉 圆柱滚子滚动导轨支承,其所 用滚子的长径比为l或是非常 接近于l.另一种结构是长径 比远小于1的交叉圆柱滚子滚 动导轨支承,这种结构克服了 前者的一些缺陷,改善了动态 性能,可提供更高的承载能 力和工作可靠性,以及更好的 装配和维护性能. 交叉圆柱滚子滚动导轨支 承以其刚性好,精度高,结构 简单,承载力大,稳定可靠而 被大量应用于各类机床中,它 慢慢的变成了标准的机床部件之 口文/尹承秀 一 .常用或标准类型都是等长径 值(“长径”指长度与直径,下 同)或长径比为l的产品,亦即 滚子的长度(轴向)和直径的基 本尺寸数值是相等的.这种结构 有一些问
可解决这些 问题,这就是小长径比的产品. 轴承工业20o6,10 图l典型结构中滚子的分布,三维模型示意图 技术 图2上下导轨条内平面间距G,三维模型示意图 后者的原理虽与前者完全相 同,但滚子的外形特点及保持 架的结构及形式是不相同的.这 种小长径比的产品在国外已经 很成熟,并应用到了许多精密 机械设备中. 1.典型产品的结构特点 1.1滚子的选择 要求其实际尺寸中的高度 须略小于直径.能够最终靠定义 相同的基本尺寸(直径与高 度)和不同的偏差来达到这个 目的,或者说,由制作的完整过程中 尺寸中心值的控制来实现.例 如,滚子直径选用公差带J7, 而滚子长度则选用公差带d7. 这就是等长径值(指基本尺 寸)的结构,即长径比为1. 这种情况下,直径与长度问的 实际差别: T=Dwa—Lwa 这里,Dwa是滚子直径, Lwa是滚子的轴向长度,都是 指实际尺寸(代号Dw与Lw 指基本尺寸).一定要保证有T 的存在或者说: T?0并T0 否则滚子端面将与导轨条 滚道面产生摩擦而不能良好实 现滚动导轨的功能.满足1.要 求的设计正是这样的产品的一大 特点,参见图1(假定保持架 和上导轨条被拆去)与图2 (假定保持架被拆去). 1.2某些问题 主体问题是,滚子的承载 (线)面不能被充分的利用,动 态性能不佳,明显的滚子与滚 道不均匀磨损,保持架保持特 性不佳,实体保持架设计困 难,保持架不易使用聚合物材 料来制造,等等. 关于动态性能,主要指起 步与停止时大加速度情况下 (快速起动与停止)的运动精 度及这种工作模式下的寿命.主 要受关注的是”保持架+滚子” 组件的动态性能,因为它是滚动 支承的减摩核心.”快速起动” (“快速停止”亦然)性能是指, 滚子组可承受的加速度fdv/ dt,v是运动线速度),以及在这 种情况下滚子的滑动情况.滑动 是有害的,在低速阶段和较大负 荷时,动压油膜不能建立或不够 强,会导致摩擦与局部温度升 高,这将加速磨损;另外,滑动 还造成保持架+滚子组移位.典 型交叉滚子滚动导轨的结构特 点,滚子的非对称及不完全接 触,薄板保持架等,都使得在大 dv/dt时的工作状况变坏,振动 与磨损加剧,运动精度降低.当 然,造成这样的一种情况的原因可能还 有其他方面的.这里对此不做深 入研究. 从图2可知,保持架的设计 直接受上下导轨条内平面间距G 轴承工业2oo6.10 l-r’’T 图3”饼状滚子”的分布,三维模型示意图 的影响(G的大小会直接影响 接触线的长度);还可看到滚 子与滚道的接触线不等于滚子 圆柱面母线的全长(在圆柱滚 子轴承中,滚子圆柱面母线可 与滚道完全接触).这样的一种情况 对于使用小尺寸滚子的产品来 说,更明显,接触线与滚子 圆柱面母线之比相对于大规格 的要小得多(多数供应商可供 最小3ram滚子的产品,日本 IKO公司有2ram滚子的产品, 轴承工业2o06.10 图4端面三维示意图,右图为正视 除IKO外可能还会有其他生 产商可制造2mm或更小的). 用金属薄板冲压
制造 的保持架,其保持特性也不够 好(所谓”保持特性”,是指 将滚子可靠地分开的同时并不 会明显地妨碍运转,要在工作 中;还要求表现在装配和包装 生产中,以及储运和维修过程 中,等等). 因此,这种结构有动态性 能不好,使用中有明显的不均 匀磨损现象(特别是小尺寸滚 子),保持架类型少而单一,保 持架保持特性不够好,等不足之 处.受空间限制(图2中的G), 难以用聚合物来制造实体保持架 (虽然国内外可能有聚合物保持 架的产品,但某些规格的产品同 样受到保持架性能不佳的考验). 2.小长径比结构 另一种交叉滚子滚动导轨支 承,是小长径比的产品,其结构 技术 特点说明只可以使用实体保持 架而非冲压保持架.当然,不 是说绝对不可能,如果要设计 冲压保持架的话,设计出的 保持架就要达到同样的目 标:良好的保持特性,”保 持架+滚子”组件的整体操纵 性(这些又与滚子组件的动 态性能有关),保持架设计不 受或极少受间距G的影响 …… 国外产品多见使用聚合 物保持架的(但这并不能排除 将金属实体保持架应用于这 种产品中的可能性,例如, 用铜合金或铝合金来制造保 持架). “小长径比”中的”小”, 意指长径比是小数,且远小 于1.由于长度小于直径,被 形象地称为”饼”或”饼状 滚子”. 参见图3(假定保持架和 上导轨条被拆去),图4(假 定保持架被拆去),滚子与滚 道完全接触,这与圆柱滚子 轴承中的情形类似.从图4 可看出,上下导轨条内平面 间距(相当于图2中的G) 将可能不再成为实体保持架 设计的制约因素,”G”可以取 得很小. 3.小长径比交叉滚子滚 动导轨支承的设计特点 3.1导轨条的设计 这里不做详述,有些常规 (滚子长径比为l的,下同)交 叉滚子滚动导轨的导轨条,可 以直接用于此种类型,这对两 者互换也有利. 3.2滚子设计 滚子直径应取标准系列. 最重要的是滚子长径比的选 择.另外,滚子的倒角也应订 制得小一些.长径比的选取主 要还与导轨条结构尺寸和保 持架
特性等因素相关,这 包含在系数k里. 在定义了滚子直径后,滚 子的长度(或高度)为: Lw=k?Dw 其中Dw是滚子的直径 (基本尺寸),k是滚子长径比, kl. 3.3保持架设计 保持架结构为实体型,功 能是有效地将滚子分开且不 会影响滚子的运转.所谓”不 影响”,意为它对滚子产生的 阻力在可接受的范围内.它与 滚子的接触面积(窗口内部) 会大于冲压保持架的,理论上 说,阻力将大于冲压保持架 的.但当采用了减摩材料和优 化的结构设计后,可以大幅度减 小保持架阻力. 保持架采用聚合物材料 及注塑工艺来制造.保持架 设计主要需考虑窗口的尺 寸,注意此处的强度与刚性, 必要时应核算窗口壁的强度 与弹性变形.有关保持架长 度,窗口数(滚子数)的设计 可参阅常规型交叉滚子滚动 导轨支承设计的相关部分,这些 部分基本上也适用于此种类型. 注意两点,一是滚子未必一 定要接触滚道面中间(“V”形滚道 槽内一侧的斜平面中间);二是保 持架的所有设计尺寸不包含聚合 物注塑工艺所需要的收缩量,这 应由注塑模具设计者在设计模具 时来决定. 对于尼龙材料(可制成很好 的减摩材料,其他聚合物也可被 利用),因注塑件是截面尺寸远 小于长度的长形不均匀的制件, 须保证注塑件有足够的精度且 不能有弯曲变形,也须有足够的 强度,能够使用玻纤增强或应用 其他增强措施,特别是对于小规 格的产品.另外,”保持架+滚子” 组件的装配工艺也应通过精密 工装来保证精度.口 (作者单位;洛阳LYC轴承有 限公司技术中心) 参考文献: 【1】邹恒霞,直线运动交叉圆柱滚 子支承设计探讨,《轴承》,1998—3,PP. 11~12 【2】【日】笠井进一,直线运动导轨轴 承的种类和特性,《国外轴承》,1985—3, pp.514 【3】【日】吉冈幸夫,滚动直线导向支 承的应用技术,《国外轴承》,1990—1,PP. 11~17 【4】”直线运动滚动支承分类”, 标准技术文件,编号CSBTSTC98.40— 1997 【5】”滚动轴承圆柱滚子”,国家 标准,编号GB/T4661—2002 轴承工业2o06.10
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