摘 要：本文对直线导轨的受力和力矩进行了分析计算。首先在平卧状态下进行了力及力矩的分析和计算，然后在侧卧状况下进行了力及力矩的分析和计算。根据不同状况下，重力作用点的不同，进行了建模简化分析。本文对导轨的寿命进行了校核计算，结果证明，计算寿命能满足预期寿命要求，两者吻合较好。

　　关键词：负荷;力矩;受力模型;使用寿命

　　引言

　　医疗检测设备是一种对运行平稳度，顺畅度及产品噪音要求很高的设备，近期我们成功开发的这家是一家专门从事高端医疗设备生产的厂家，其导轨丝杠一直使用日本THK产品。经过多方对我们的考核，如供应商资质考评，产品样本比对，技术实力检测等工作，客户最终在其一款新机型上同我们达成合作意向，并需要中达电通提供具体的设计选型方案供其备案。以下为根据客户实际要求所做的具体设计及计算。

　　1 客户提供基本参数

　　负荷质量： M=240Kg

　　重力加速度： g=9.8m/S2

　　寿命要求： L=10年

　　按6年行程为151.2Km算，10年行程为：L=151.2×10÷6=252Km

　　2 平卧状态分析

　　2.1 受力结构及受力分析

　　2.1.1 受力状况

图1 平卧状态受力结构图

　　上图为客户工作平台平卧时的结构图。右上端面为导轨支撑，该部件使用律劲导轨;左侧面为导向导辊，该部件客户自己加工;剖面线部分为客户工作平台，该部件客户自己加工。

　　2.1.2 受力模型转化分析

　　根据平卧时的受力状况，进行模型转化，以简化受力分析及计算。转化的标准模型如下图所示。

图2 平卧状态受力模型图

　　2.1.3 受力分析及计算

　　（1）依据模型中受力状况，计算出各点受力如下：

　　

　　P3 及P4受力对应实际结构中使用导轨上两滑块的受力;

　　P1 和P2分别对应客户自行设计的两个Guide roller处的受力。

　　（2）代入数据，实际进行计算。

　　l2=0mm; l0=508mm; l3=605/2+39=341.5mm; l1=605mm;

　　W=240Kg;

　　分别计算出各合力如下：

　　2.1.4 负载系数的选择及寿命计算

　　（1）负荷系数选择

　　以中等负荷进行计算，根据经验，取负荷系数fW=1.8。

　　（2）寿命计算

　　根据额定寿命公式：

　　

　　导轨受力以127.7Kg进行计算;fW=1.8。

　　参照样本手册，当选用25系列导轨时，C取为2030Kgf。因此：

　　显然L=34429 Km >252 Km,满足预期的使用寿命要求。

　　3 力矩分析及计算

　　本传动方案中,导轨主要承受二个扭矩：重心点的扭矩和侧面guide roller处施加的扭矩。

　　3.1 中心点扭矩的计算

　　TG=G×l

　　其中l=39mm，故，

　　TG=G×l=240×39mm=9.36Kgf-m

　　3.2 Guide rolerl处施加扭矩的计算

　　TP=P× TP=P× =-7.735×605= -4.679 Kgf-m

　　3.3 合成力矩计算

　　线形导轨处承受扭矩为：T= TG +TP

　　T= TG +TP=9.36 -4.679=4.681 Kgf-m

　　对应产品手册中25系列导轨倾覆扭矩MC =40Kgf-m,

　　显然T=4.681 Kgf-m <40 Kgf-m。因此25系列导轨能满足使用要求。

　　4 工作台立位时状况

　　4.1 受力模型转化

　　该状态下工作时，即将平卧状态的工作台按顺时针旋转90°。根据受力状况，可转化为如下标准模型进行分析计算：

图3 立位状态受力模型图

　　4.2 受力分析及计算

　　（1）依据模型中受力状况，计算出各点受力如下：

　　其中：P1 ～P4受力对应实际结构中工作台各接触点的正面受力;

　　P1T ～P4T分别对应实际结构中工作台各接触点的侧面受力。

　　（2）代入数据，实际进行计算。

　　l2=379+79.2=458.2mm; l0=508mm;

　　l3=54+39 =93mm; l1=605mm;

　　W=240Kg;

　　分别计算出各合力如下：

　　4.3 负载系数的选择及寿命计算

　　（1）负荷系数选择

　　以中等负荷进行计算，根据经验，取负荷系数fW=2。

　　（2）寿命计算

　　根据额定寿命公式：

　　

　　导轨受力以108.2Kg进行计算;fW=2。

　　参照产品手册，当选用25系列导轨时，C取为2030Kgf。因此：

　　显然L=41268Km >252 Km，完全可满足预期的使用寿命要求。

　　5 总结

　　依据以上各关键步骤，进行计算分析，我们推荐客户选用25系列导轨，考虑受力和力矩等关键参数，完全可以满足使用要求。在客户所要求的使用条件下，安全可靠，在客户所要求预期使用寿命的基础上有较大的安全余量。结合客户现场对导轨和滑快的安装型式，最终给客户选配的LSK系列导轨型号为：GR25TA2T1599ICZ0。

　　目前，客户生产的样机已经装配完毕，并开始进行实验，对设备相关性能及参数进行检测。当前设备的整体运行稳定，效果良好，客户对我们提供的服务比较认可，后续批量生产后会全部选用我们的直线导轨。

　　此案是一次比较典型律劲导轨替换日本THK导轨的成功案例。客户选择LSK导轨充分显示了律劲产品相对其它品牌良好的性价比，同时也体现了中达优良服务的优势。另外这也与我们先期掌握了比较好的时机，地区人员所做的大量客户工作是分不开的。