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1 序言

目前常見的靜音型滾動直線導軌副，都會采用保持鏈將各顆滾珠均勻間隔放置成一排，再通過返向器實現(xiàn)對保持鏈運動時導向及限制運行方向，形成跑道式循環(huán)路徑，實現(xiàn)了滾珠的持續(xù)循環(huán)運動。

由于增加了保持鏈的部件，滑塊整體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，與常規(guī)不帶保持鏈結(jié)構(gòu)的導軌副對比，帶保持鏈的導軌副在運行過程中，滾珠組件在循環(huán)路徑的每一處都有可能出現(xiàn)刮碰接觸，從而出現(xiàn)輕微跳動或者卡頓的現(xiàn)象，運行推動力跳動在50%左右，直接影響導軌副運行順暢度，同時也會影響導軌副的使用壽命。針對目前帶保持鏈導軌副存在的問題，本文闡述了一種運行更為流暢的滾動直線導軌副的結(jié)構(gòu)設計。

2 滾動直線導軌副結(jié)構(gòu)

滾動直線導軌副主要由直線導軌、滑塊、滾珠組件組成（見圖1）。行業(yè)標準中定義，直線導軌為橫截面具有特定形狀，有一條或多條縱向滾道供滑塊運動的導軌；滑塊是由滑塊體、返向器和密封件等組成的直線運動組件；滾動體為在滑塊與直線導軌之間作循環(huán)往復運動的滾珠或滾柱。本文所描述的滾珠組件包括保持鏈及滾珠，保持鏈上均勻間隔設置有環(huán)狀間隔塊，環(huán)狀間隔塊之間放置滾珠。

圖1 滾動直線導軌副結(jié)構(gòu)示意

滾動直線導軌副內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，回珠路徑由直線段及曲線段組成，直線段主要由回珠管道、上保持架、下保持架及中保持架形成，曲線段主要由返向器及半圓柱形成，直線段與曲線段由以上各零件組裝拼接形成完整的回珠路徑。采用拼接的方式，可以避免滑塊主體長度的影響，同時標準長度與加長長度的滑塊主體可以共用相同的返向器及半圓柱，減少了模具成本。另外采用拼接的方式，使零件的結(jié)構(gòu)簡單化，同樣可以降低模具成本，延長模具使用壽命，最終降低導軌副的成本。

圖2 滾動直線導軌副內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

采用拼接的方式也會存在弊端，由于各零件的制造誤差，故裝配后拼接的位置會出現(xiàn)臺階，滾珠組件經(jīng)過拼接位置會出現(xiàn)刮碰或者卡頓的情況。從回轉(zhuǎn)運動進行分析，當滾珠組件進入返向器進行回轉(zhuǎn)運動時，滾珠由于離心力的作用會偏向遠離回轉(zhuǎn)圓心的方向運動。保持鏈在繞著半圓柱回轉(zhuǎn)時，由于滾珠離心力的作用脫離了環(huán)狀間隔塊，導致保持鏈在徑向失去了滾珠的位置限制，同時由于兩側(cè)拖動力的作用，保持鏈會偏向靠近回轉(zhuǎn)圓心的方向運動。因此滾珠組件在做回轉(zhuǎn)運動時，保持鏈與半圓柱會出現(xiàn)刮碰的情況。綜合以上兩種情況，導軌副在運行過程中會存在推動力跳動的情況。本文主要針對此情況，提出一種運行更為流暢的滾動直線導軌副結(jié)構(gòu)設計方案。

3 滾動直線導軌副結(jié)構(gòu)設計

（1）拼接口設計 為了避免零件裝配后出現(xiàn)臺階，在上保持架、下保持架及中保持架兩端與返向器拼接的位置設計了避位斜面（見圖3）。該避位斜面為不等邊倒角，沿著運動方向為長邊，垂直運動方向為短邊，長邊長度L為短邊長度H的10～20倍。

圖3 避位斜面示意

（1）保持鏈設計 滾珠組件的主要部件為保持鏈（見圖4），保持鏈直接影響導軌副的靜音效果、使用壽命及運行順暢度。

圖4 保持鏈示意

保持鏈主要結(jié)構(gòu)包括限位凸邊、間隔塊及避位圓弧。限位凸邊將N個相同的間隔塊均勻地連接在一起，并且在回珠路徑中起到限制位置及導向的作用。間隔塊與滾珠之間設計徑向間隙在0.05mm以內(nèi)，一方面確保滾珠與間隔塊之間無接觸，保證運行順暢度，另一方面預留間隙可保證滾珠表面的潤滑油不被刮掉，使?jié)L珠得到長期潤滑，延長使用壽命。頭尾兩側(cè)限位凸邊的前端設計成1/4的橢圓弧度，長度方向為運動的方向，可有效避免保持鏈在經(jīng)過臺階位時出現(xiàn)刮碰或卡死的情況。

（1）返向組件設計 滾動直線導軌副中返向器是循環(huán)回路的重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)生摩擦阻力、振動和噪聲的主要來源之一。滾動體在一個循環(huán)周期中，分為承載區(qū)、非承載區(qū)和過渡區(qū)，其中過渡區(qū)對滾動體的受力狀態(tài)和整個滾動直線導軌副的精度起著至關(guān)重要的作用。本文介紹的返向組件（見圖5）即為滾動體所經(jīng)過的過渡區(qū)，主要由返向器及半圓柱裝配形成。返向器與半圓柱相配合形成可容納保持鏈限位凸邊的轉(zhuǎn)向凹槽，轉(zhuǎn)向凹槽的出、入口位置的寬度為a，中間區(qū)域的寬度為b，并且b＝（1.5～2.0）a。轉(zhuǎn)向凹槽的寬度從入口位置光滑過渡到中間區(qū)域，再從中間區(qū)域光滑過渡到出口位置。當滾珠組件進入返向組件進行回轉(zhuǎn)時，滾珠由于離心力的作用會偏向遠離回轉(zhuǎn)圓心的方向運動。

圖5 返向組件剖面示意

保持鏈在圍繞半圓柱回轉(zhuǎn)時，由于滾珠離心力的作用脫離了環(huán)狀間隔塊，導致保持鏈在徑向失去了滾珠的位置限制，同時由于兩側(cè)拖動力的作用，保持鏈會偏向靠近回轉(zhuǎn)圓心的方向運動。為避免保持鏈的兩側(cè)限位凸邊與半圓柱出現(xiàn)刮碰接觸，特意設計了具有避位作用的轉(zhuǎn)向凹槽。

返向器與半圓柱在出入口位置設計有長度為L的向外延伸導向區(qū)域，該設計為滾珠組件在回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動時提供調(diào)整及導向的空間，保證滾珠組件能夠運行順暢。

4 試驗驗證

重點介紹了影響到該導軌副運行順暢度的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設計思路，通過摩擦力測量機（見圖6）檢測導軌副的運行摩擦力，確認導軌副的運行順暢度。

圖6 摩擦力測量機

測試對象分別采用本文介紹的廣東凱特、A廠家及B廠家的25規(guī)格導軌副，在相同的測試條件下，對比導軌副運行的摩擦力。由表1摩擦力跳動量對比數(shù)據(jù)及圖7摩擦力跳動量曲線圖可知，廣東凱特導軌副的摩擦力跳動量整體上較測試的A廠家及B廠家低，說明本文所介紹的帶保持鏈結(jié)構(gòu)可有效提升導軌副的運行順暢度。通過測試對比驗證，本文介紹的滾動直線導軌副結(jié)構(gòu)設計合理，在國際同等規(guī)格導軌副性能上有優(yōu)勢。

 表1 摩擦力跳動量對比 （單位：N）

圖7 摩擦力跳動量曲線

5 結(jié)束語

簡單介紹了一種運行更為流暢的滾動直線導軌副的結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)設計，并通過測試對比驗證其性能。該導軌副具有精度高、運動更為順暢的特點，使工作臺運行更加平穩(wěn)，提升產(chǎn)品加工質(zhì)量，可應用于高精高端數(shù)控機床。