滚动直线导轨副的选用方法

滚珠直线导轨副的选用及计算1、计算载荷滚珠直线导轨副除具有抗上下、左右四方向的力以外，还能承受左右扭转、前后翻转和平面扭转三个方向的扭矩。

在选用时，除了需对受力状态（水平、竖直，侧卧等），受力结构（受力点与支撑间产生的扭矩）以及起停时的惯性力等进行受力分析外，还需对运动过程的受力变化对导向系统产生的影响进行评估。

载荷的选取围绕单个滑座所受的合力进行（静态受力分析按照理论力学常规计算），通常根据载荷在行程内的变化分段核算，若某个滑座在总行程L（mm）内的L1，L2，……Ln（mm）段内所受的载荷分别为P1，P2，……Pn（KN），则计算载荷Pc为：Pc=（KN）对于载荷呈线性变化的情况，Pc可简化成：Pc=（Pmin+2Pmax）/3 （KN）对于荷呈全波正弦曲线变化的情况，Pc可简化成：Pc=0.65Pmax（KN）对于载荷呈半波正弦曲线变化的情况，Pc可简化成：Pc=0.75Pmax （KN）对于同时承受扭矩M（Nm）负载的情况，Pc=P0+C0×M/Mt（KN）其中，P0：载荷合力，（KN）C0：滑座的额定静载荷，参见“滚珠直线导轨副的系列参数”，（KN）Mt：对应方向的额定扭矩，参见“滚珠直线导轨副的系列参数”，（Nm）另外，除计算Pc值外，还需计算最大合力，若最大合力大于滚珠直线导轨副的额定静载荷C0，则须增大导轨规格。

额定静载荷是指滚珠直线导轨副承受的使滚珠和滚道产生万分之一滚珠直径的弹性形变时的静止合力。

大于额定静载荷会产生塑性破坏。

2、计算额定寿命滚珠直线导轨副寿命的衡量标准为：在允许的环境条件中，在承受负载等于额定动载荷C（KN）的情况下，连续导向行程达到50Km（基准行程寿命）时有95%（基准可靠度）不产生材料疲劳破坏。

由此可得滚珠直线导轨副的额定行程寿命L为：L=(Km)其中，C：滑座的额定动载荷，参见“滚珠直线导轨副的系列参数”，（KN）Pc：计算载荷，（KN）fh：硬度系数，HRC58为基准硬度，低于HRC58时额定动载荷锐减。

一、导轨的设计与选择。

1、对导轨的要求1）导轨精度高导轨精度是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线和它与有关基面之间的相互位置的准确性。

无论在空载或切削工件时导轨都应有足够的导轨精度，这是对导轨的基本要求。

2）耐磨性能好导轨的耐磨性是指导轨在长期使用过程中保持一定导向精度的能力。

因导轨在工作过程中难免磨损，所以应力求减少磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。

3）足够的刚度导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置，因此要求轨道应有足够的刚度。

4）低速运动平稳性要使导轨的摩擦阻力小，运动轻便，低速运动时无爬行现象。

5）结构简单、工艺性好导轨的制造和维修要方便，在使用时便于调整和维护。

2、对导轨的技术要求1）导轨的精度要求滑动导轨，不管是V-平型还是平-平型，导轨面的平面度通常取0.01~0.015mm,长度方面的直线度通常取0.005~0.01mm；侧导向面的直线度取0.01~0.015mm,侧导向面之间的平行度取0.01~0.015mm,侧导向面对导轨地面的垂直度取0.005~0.01mm。

2）导轨的热处理数控机床的开动率普遍都很高，这就要求导轨具有较高的耐磨性，以提高其精度保持性。

为此，导轨大多需要淬火处理。

导轨淬火的方式有中频淬火、超音频淬火、火焰淬火等，其中用的较多的是前两种方式。

二、导轨的种类和特点导轨按运动轨迹可分为直线运动导轨和圆运动导轨；按工作性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和调整导轨；按接触面的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨等三大类。

1）滑动导轨：是一种做滑动摩擦的普通导轨。

滑动导轨的优点是结构简单，使用维护方便，缺点是未形成完全液体摩擦时低速易爬行，磨损大，寿命短，运动精度不稳定。

滑动导轨一般用于普通机床和冶金设备上。

2）滚动导轨的特点是：摩擦阻力小，运动轻便灵活；磨损小，能长期保持精度；动、静摩擦系数差别小，低速时不易出现"爬行"现象，故运动均匀平稳。

凯特精机对于直线导轨副的选型流程直线导轨是一种传输运动，是从指定的点到下一个点的往复直线运动，直线导轨被广泛应用于精密设备，以及多轴机床、冲床、磨床机、食品包装机等工业机械的滑动部件。

直线导轨副的选型，需要根据使用条件、负载能力、预期寿命所选用，直线导轨副的选型流程：1、使用条件设定：设备结构，导轨安装空间、安装状态，使用寿命刚性，精度要求及使用环境。

2、选用系列产品：考虑负载的大小、刚性、摩擦，选择适合系列产品。

3、选用精度等级：B、C、D、E、F等级根据设备精度要求决定。

4、假定滑块的尺寸及数量：根据机械、导轨和丝杆等均衡综合考虑或经验可暂时确定型号。

5、计算滑块的最大负荷：按滑块负载计算单个滑块的最大负荷。

6、计算静载荷安全系数：确认静载荷安全系数是否超过规定的下限值。

7、选用预紧：根据刚性需求及安装面精度选用。

8、确认刚性：根据负载计算滑块弹性位移。

9、计算使用寿命：计算寿命，确认是否负荷使用条件。

10、润滑选用：可选用润滑油或润滑脂。

11、防尘方式：根据条件选择合适配量。

关于凯特精机滚动直线导轨副的安装要求如下：1、使用油石将导轨基准面的毛刺及细微凸出的部分擦去、修直，并用布擦干净。

然后用挥发性液体擦干净，导轨上的防锈油也要先清洗干净。

2、导轨的侧基准面靠在定位台阶侧基准B面后，通过螺钉预固定在床身基准A 面上，拧紧力不要太大，用压板将导轨压紧，使导轨底面与基准面紧密接合即可。

3、当导轨底面与基准面紧密接合后，就可以使用力矩扳手从中间开始按交叉顺序向两端拧紧，逐个拧紧导轨的安装螺钉。

利用双导轨定位时，两条导轨都应该按照上述方法安装；当采用单导轨定位方式时，其中一条导轨的侧面不定位时，应该用夹具对其进行校调。

安装完毕后，注意检查导轨的润滑和防尘防护，检查其行程内运行的灵活轻便性，摩擦力在全行程内是否变化较大。

以上方法仅适用于导轨跨距较小时的情况，当跨距较大时，凯特精机建议用户先把工作台安装固定在基准导轨的滑块上，非基准导轨两个滑块则用安装螺钉轻轻与工作台连接，通过千分表的读数，调整非基准侧导轨，然后再用力矩扳手逐个拧紧导轨的安装螺钉。

导轨的选型及计算按结构特点与摩擦特性划分的导轨类型见表6-1[5],各类导轨的主要特点及应用列于表中。

表6-1 导轨类型特点及应用6、1 初选导轨型号及估算导轨长度X 方向初选导轨型号为494012GGB 20B AL2P -⨯ [6]具体数据见《机械设计手册》9-149 Y 方向初选导轨型号为4109022G G B20AAL 1-⨯P导轨的运动条件为常温,平稳,无冲击与震动 为何选用滚动直线导轨副:1)滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小,摩擦阻力小,随动性极好。

有利于提高数控系统的响应速度与灵敏度。

驱动功率小,只相当普通机械的十分之一。

2)承载能力大,刚度高。

3)能实现高速直线运动,起瞬时速度比滑动导轨提高10倍。

4)采用滚动直线导轨副可简化设计,制造与装配工作,保证质量,缩短时间,降低成本。

导轨的长度:由于导轨长度影响工作台的工作精度与高度,一般可根据滑块导向部分的长度来确定导轨长度。

其公式为:L=H+S+△l-S1-S2由此公式估算出Lx=940mm,Ly=1090mm其中L—导轨长度H—滑块的导向面长度S—滑块行程△l—封闭高度调节量S1—滑块到上死点时,滑块露出导轨部分的长度S2—滑块到下死点时,滑块露出导轨部分的长度6、2 计算滚动导轨副的距离额定寿命X方向的导轨计算X方向初选导轨型号为494012GGB20B AL2P-⨯,查表9、3-73[1]得,这种导轨的额定动,静载荷分别为Ca=13、6kN,Coa=20、3kN。

4个滑块的载荷按表9、3-48序号1的载荷计算式计算。

其中工作台的最大重量为:G=100×9、8=980NF1=F2=F3=F4=1/4(G1+F)=250N1)滚动导轨的额定寿命计算公式[6]为:L=(fh ftfc fa Ca/ fwPc)ε⨯K=27166km式中 L——额定寿命(km);Ca——额定动载荷(KN);P——当量动载荷(KN);Fmax——受力最大滑块所受的载荷(KN); Z——导轨上的滑块数;ε——指数,当导轨体为滚珠时,ε=3;当为滚柱时ε=10/3; K ——额定寿命单位(KM),滚珠时,K=50KM;滚柱时,K=100KM; fh ——硬度系数;fh ――(滚道实际硬度(HRC))。

直线滚动导轨的特点及选用摘要：介绍了直线滚动导轨的性能特点及选用时涉及到的一些性能参数。

关键词：直线滚动导轨；寿命1、直线滚动导轨的特点直线滚动导轨在数控机床中有广泛的应用。

相对普通机床所用的滑动导轨而言，它有以下几方面的优点：1.1 定位精度高直线滚动导轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的1/50。

由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少90%，因此，可将机床定位精度设定到超微米级。

1.2 降低机床造价并大幅度节约电力采用直线滚动导轨的机床由于摩擦阻力小，特别适用于反复进行起动、停止的往复运动，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低90%，具有大幅度节能的效果。

1.3 可提高机床的运动速度直线滚动导轨由于摩擦阻力小，因此发热少，可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率20～30%。

1.4 可长期维持机床的高精度对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度的误差是无法避免的。

在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。

与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小．滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。

同时，由于使用润滑油也很少，大多数情况下只需脂润滑就足够了，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易了。

2、宜线滚动导轨的寿命在选用直线滚动导轨时，应对其本身的寿命进行初步验算。

当直线滚动导轨承受负荷并做滚动运动时，导轨面和滚动部分(钢珠或滚柱)就会不断地受到循环应力的作用，一旦达到临界值，滚动表面就会产生疲劳破损，在某些部位产生鱼鳞状剥离，这种现象称为表面剥落。

所谓直线滚动导轨的寿命，就是指导轨表面或滚动部分由于材料的滚动疲劳而发生表面剥落时为止总行走距离。

直线滚动导轨的寿命具有很大的分散性。

即使同批制造的产品，在同样运转条件下使用，其寿命也会有很大的差距。

直线（滚动）导轨的选型直线导轨的选型（上）（原创）2010-01-30 20:44前面说了一下滚珠丝杠选型的大致原则和注意的要点，今天有空，谈一谈直线导轨的大致选型步骤和方法：分类介绍：先说明一下，本文所说的直线导轨均指滚动直线导轨。

种类按滚动体类型分有滚珠导轨滚珠、滚柱导轨，前者包括交叉滚珠导轨，而交叉滚柱导轨则可归于后者。

按形状分有方轨（截面尺寸大致呈等边矩形）和扁轨（截面尺寸大致呈扁平的矩形），不说明的一般指方轨，扁轨的官方称呼是微型滚珠滑轨。

按制造结构分又可分成2排滚珠（或滚柱，下同）导轨、4排滚珠导轨等等。

型号编排介绍：目前直线导轨市场标准化程度相对比较高，除某些日本品牌之外多数种类各品牌之间可以替换，这也整个传动机械产品市场的趋势。

各厂家大致的型号编排规则有两类，一类是欧系，一类是日系，前者以德系产品为代表，编号比较复杂，主要是字母和数字混合编号，但是数字含义比较复杂，有的就干脆全是数字，中间以点号隔开，比如：123.123.12.123.1。

日系产品以日本产品为代表，编号相对简单一点，大致方式也是字母和数字，一般前面是数字，表示产品系列，后面的数字表示相关规格尺寸，例如轨的宽度、长度、滑块数量等，再后面的字母表示其他如形状精度等指标。

上述描述是指大致编号原则，具体型号请参阅该品牌产品样本。

选型基本原则：1---优先性能而不是价格：满足设计要求应是用户首先考虑的目标，然后找到恰当的供应商获得相对低价才是正途。

机械产品特别是零部件行业极少有暴利情况，除高端品牌外如果忽略渠道因素你基本可以认为价高质优。

2---优先选择产品类型而不是品牌：作为用户，自豪于忠于某个品牌是愚蠢的，在适当的时候适当的场合选用不同品牌的产品十分必要。

例：某用户电火花机装的是日本**K导轨，坏了一个滑块，保修期外需要订购，但是被厂家告之必须整套订购，7000多块，2.5个月到货，而台湾品牌****N类似型号只要2000多，现货。

直线导轨安装方法、选型计算直线导轨（linear slider）可分为：滚轮直线导轨，圆柱直线导轨，滚珠直线导轨，三种，是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。

依按摩擦性质而定，直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。

定义直线导轨又称线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，且可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。

在大陆称直线导轨，台湾一般称线性导轨，线性滑轨。

分类分为方形滚珠直线导轨，双轴芯滚轮直线导轨，单轴芯直线导轨。

作用直线导轨运动的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。

依按摩擦性质而定，直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。

直线轴承主要用在自动化机械上比较多，像德国进口的机床，折弯机，激光焊接机等等，当然直线轴承和直线轴是配套用的。

像直线导轨主要是用在精度要求比较高的机械结构上，直线导轨的移动元件和固定元件之间不用中间介质，而用滚动钢球。

自动调心能力来自圆弧沟槽的DF(45-°45)°组合，在安装的时候，即由钢珠的弹性变形及接触点的转移，即使安装面多少有些偏差，也能被线轨滑块内部吸收，产生自动调心能力之效果而而得到高精度稳定的平滑运动。

（我们推荐你关注“机械工程师”公众号，第一时间掌握干货知识、行业信息）1、具有互换性由于对生产制造精度严格管控，直线导轨尺寸能维持在一定的水准内，且滑块有保持器的设计以防止钢珠脱落，因此部份系列精度具可互换性，客户可依需要订购导轨或滑块，亦可分开储存导轨及滑块，以减少储存空间。

2、所有方向皆具有高刚性运用四列式圆弧沟槽，配合四列钢珠等45度之接触角度，让钢珠达到理想的两点接触构造，能承受来自上下和左右方向的负荷；在必要时更可施加预压以提高刚性。

应用领域①、直线导轨主要用在自动化机械上比较多，像德国进口的机床，折弯机，激光焊接机等等，当然直线导轨和直线轴是配套用的。

直线导轨的合理选用1, 常用结构按照滚珠在导轨和滑块之间的接触牙型对直线导轨副进行分类，主要有歌德式（Gothic Type）牙型和圆弧式牙型（如图一所示）。

歌德式也称作两列式，圆弧式也称作四列式。

由于圆弧式牙型其接触角（垂直于回转轴线的直线与滚珠中心和沟槽接触点连线的夹角）在传动中易变动，产生间隙与侧向力变动，安装容易。

而歌德式牙型其接触角能保持不变，刚性也比较稳定。

一般而言直线导轨的常用结构以这两种类型为主。

两者主要区别如下表所示。

2、主要性能指标通常，直线导轨副的选用必须根据使用条件、负载能力和预期寿命选用。

但由于直线导轨的寿命分散性较大，为了便于选用直线导轨副，必须先清楚以下几个重要概念。

额定寿命：所谓额定寿命是指一批相同的产品，在相同的条件及额定负荷下，有90%未曾发生表面剥离现象而达到的运行距离。

直线导轨副使用钢珠作为滚动体的额定寿命，在基本动额定负荷下为50km。

基本动额定负荷（C）: 所谓基本动额定负荷是指一批相同规格的直线导轨副，在负荷方向和大小均等的状态下，经过运行50km后，90%的直线导轨其滚道表面不产生疲劳损坏（剥离或点蚀）时的最高负荷。

基本静额定负荷(Co): 所谓基本静额定负荷是指在负荷方向和大小均等的状态下，在受到最大应力的接触面处，钢珠与滚道表面的总永久变形量恰为钢珠直径万分之一时的静负荷。

由于在机械加工方面的精度要求愈来愈高，使得对加工机械上的重要零组件直线导轨的精度等级划分也越来越细。

精度等级：一般直线导轨副的精度分为普通级、高级、精密级、超精密级和超高精密级五种。

主要检测指标一般有三个，一是滑块C面对滑轨A面的平行度，二是滑块D面对滑轨B面的平行度（如图二所示），三是行走平行度，所谓行走平行度是指将直线导轨固定在基准座平面上，使滑块沿行程行走时，导轨与滑块基准面之间的平行度误差。

不同的精度等级对应滑轨的行走平行度误差如下面的图三所示。

预压力：所谓预压力是预先给予钢珠负荷力，利用钢珠与珠道之间负向间隙给予预压，这样能够提高直线导轨的刚性和消除间隙。