滚动直线导轨静载荷测试台结构设计(2)
图1.1 滚动直线导轨
它以滑块和导轨间的钢球滚动运动来代替直接的滑动接触，当钢球在沟槽内滚动时，通过反向器和滑块本身的循环孔，实现无限循环。钢球由保持架的定位钢丝来定位，即使滑块脱离轨道，钢球也不容易掉落。根据滚动沟槽的形状，一般可分为单圆弧和双圆弧沟槽两种类型，承载时钢球与圆弧形的沟槽为弹性接触，其接触区域为椭圆形状。
基于上述结构特点，与滑动导轨相比，具有如下的特点和性能[2]。
(1)摩擦特性
滚动直线导轨在摩擦特性方面具有突出的优点，其摩擦阻力比滑动导轨小得多，一般摩擦系数约0.002-0.004，为滑动导轨的1/50 左右，运动轻快、灵活、平稳，因而可实现高速运动，大大提高了生产效率。
(2)运动精度
由于滚动直线导轨的摩擦极小，因此在启动时无颤动，低速运动下无爬行现象。当被施加预压时，可以消除滑块与导轨间的间隙，提高其刚性和精度。此外，具有自动调心、补偿安装基面误差的功能。
(3)寿命特性
在滑动导轨中，大部分能量以磨损能的形式消耗掉。然而，滚动导轨摩擦小，磨损小，温升就小，这样可长时间文持一定的精度，具有较长的精度寿命。另外，由于滚动直线导轨中采用多个滚珠作为支撑，且滚道沟槽能较容易获得高的加工精度，因此工作寿命也较长。
(4)承载特点
滚动直线导轨具有较好的承载性能，可以承受不同方向的力和力矩。因此，具有良好的抗偏载性。在设计制造中加以适当的预压可以增加阻尼，以提高抗振性，同时可以消除高频振动现象。
(5)经济性能
由于滚动直线导轨的摩擦小、磨损低、寿命长、文修期长且润滑、文修、保养容易，所以具有较低的文修成本。另外，滚动直线导轨还具有很好的互换性，易形成标准化、系列化。节能省油也是滚动直线导轨的一个显著特点。
由于滚动直线导轨具有很多突出的优点，因而在机械行业得到了广泛的应用，带来了巨大的经济效益。
1.2 滚动直线导轨的国内外发展现状
最早的滚动直线导轨是1932年法国专利局的一项专利，但由于当时的设计和制造水平的限制，所设计出来的新型导轨承载能力低、刚性差且装配复杂，故障多。到70年代后期，日本THK公司提出了L/B型直线滚珠花键的专利。经过近50年的发展，滚动直线导轨已经成为国际通用的一种支撑及传动装置，并被国际标准化组织标准化。目前国外能生产滚动直线导轨的国家只有美国、英国、德国及日本等少数先进工业国家，而国内在滚动直线导轨的制造方面还处于仿制和探索阶段。
但是国内对滚动直线导轨的跟踪研究还是起步较早的。在1986年，南京工艺装备制造厂就成功研制了GCA25径向型滚动导轨，开启了我国自主研发制造滚动直线导轨的帷幕。1988年，以华中科技大学的孙建利教授为代表的科技人员开始滚动直线导轨的系统基础理论研究，并带领和培育了一大批滚动直线导轨领域的科技人才，推动了我国滚动直线导轨的发展，缩短了与国外的差距[3]。
与国外相比，国内差距还较大，主要体现在以下几个方面：：①产量小，品种少，生产能力低，满足不了用户需要；②基础理论研究起步晚，差距较大；③测试方法不够健全，有待于提高；④推广和应用还不够普及。
1.3 滚动直线导轨的载荷及寿命研究概况
滚动直线导轨的工作原理与轴承相似，也具有多种破坏形式，如接触疲劳、磨损、精度降低等。一般认为，若安装正确，适度润滑，负荷适中且无有害杂质的进入以及高温的影响，则滚动直线导轨的破坏形式主要是接触疲劳破坏。早期曾认为疲劳裂纹首先产生于滚动表面下最大切应力处，继而扩展到表面，产生接触疲劳剥落，称为最大静态切应力理论。朗德贝格(Lundberg．G)和帕姆格林（Palmgren．A）提出了最大动态切应力理论，该理论认为接触表面下平行于滚动方向的最大交变切应力决定了疲劳裂纹的发生，继而扩展到表面，产生接触疲劳剥落[4]。