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直線導軌的額定負荷與壽命

發布時間:2017-06-27
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直線導軌的應用,必須對選用的型號與使用條件來驗算其負荷容量及壽命,根據這些結果來判斷選擇的直線導軌型號是否符合需求。

負荷容量的驗算是利用基本額定靜負荷(C0),求出靜安全系數,即確定其靜的負荷限度;而壽命的驗算則是利用基本額定動負荷(C),來計算額定壽命。

直線導軌的壽命是指在滾動體或滾動面上由于循環應力的作用,到出現因材料的滾動疲勞所發生的金屬表面剝落時所運行的總距離。

1,基本額定靜負荷C0

直線導軌在靜止或低速運行中承受過大或沖擊的負荷時,在滾動體與滾動面之間會產生局部的永久變形,這個永久變形量如果超過某個限度時,就會影響直線導軌運動的順暢性。

所謂的基本額定靜負荷(C0),是指在產生最大應力的接觸面處,使滾動體與滾動面間的永久變形量之總和達到滾動體直徑的0.0001倍時,方向和大小一定的靜止負荷。所以基本額定靜負荷即為容許靜負荷的限度。

2,容許靜力矩 M0


在直線導軌上作用力矩時,從直線導軌內的滾動體應力分布來看,兩端的滾動體產生最大的應力。所謂的容許靜力矩(M0),是指在產生最大應力的接觸面處,使滾動體與滾動面間的永久變形量之總和達到鋼珠直徑的0.0001倍時,方向和大小一定的靜止力矩。所以容許靜力矩即為靜的作用力矩的限度。在直線導軌中是以MP、MY、MR這3個方向的力矩來定義的。

3,靜安全系數 fs

當直線導軌使用在有振動、沖擊或激烈的啟動停止情形,由于慣性力或力矩等外力的作用,會有大的負荷產生,對于這樣的負荷狀況,有必要考慮靜安全系數。靜安全系數(fs) 是按直線導軌的基本額定靜負荷(C0),為作用在直線導軌上的負荷的多少倍來表示,如下式所示。各種應用狀況的靜安全系數之基準值,如下表所示。

fs = C0 / P

fs = M0 / M

fs :靜安全系數

C0:基本額定靜負荷(N)

M0:容許靜力矩(N.M)

P:計算負荷(N)

M:計算力矩(N.M)

靜態系數的基準值

4,基本額定動負荷 C

即使同一批制造出來的產品,在相同的條件下運動,直線導軌的壽命也會有些許差異。因此,為了確定直線導軌的壽命,一般使用以下定義的額定壽命。所謂的額定壽命(L),是指一批相同規格的直線導軌在同樣的條件下運動時,其中的90%不產生表面疲勞剝落的現象所能行走的總運行距離。當直線導軌承受負荷并運動時,為計算其壽命要使用基本額定動負荷。

所謂的基本額定動負荷(C ),是指一批相同規格的直線導軌在同樣的條件下運動時,當其滾動體為鋼珠時,其額定壽命為50km,而其滾動體為滾柱時,額定壽命為100km,方向和大小都不變的負荷。

5,壽命計算

直線導軌的額定壽命(L)會因實際所承受的負荷而不同,可依照選用規格的基本額定動負荷(C)和工作負荷(P)來推算出使用壽命。直線導軌的使用壽命會隨著運動狀態、滾動面的硬度與環境溫度而變化,依其循環的滾動體類型,選用下式來計算其壽命。

L:額定壽命(KM)

C:基本額定動負荷(N)

P:工作負荷(P)

fH:硬度系數

fT:溫度系數

fW:負荷系數

硬度系數 fH

直線導軌滾動面的硬度必須為HRC 58~64,如果硬度比此數值低時,會降低直線導軌的負荷能力,此時基本額定動、靜負荷應分別乘以相對的硬度系數 fH,如下圖所示。出廠的PMI 直線導軌硬度要求為HRC 58以上,所以 fH =1.0。

溫度系數 fT

直線導軌使用在環境溫度高于100℃時,高溫效應會影響其使用壽命,此時基本額定動、靜負荷應分別乘以相對的溫度系數 fT,如下圖所示。PMI 直線導軌部分的配件為塑、橡膠制 品,建議的使用溫度為100℃以下。

負荷系數 fW

雖然直線導軌所承受的負荷可藉由計算求得,但實際使用時大都伴隨著振動或沖擊,負荷多會大于計算值。因此在考慮不同的運轉條件與使用速度下,建議依經驗所得到的負荷系數除以基本額定動負荷C,如下表所示。


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