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中达电通股份有限公司 罗 涛
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：
其中：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。
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
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冲击及振动 |
速度 |
振动的测量值(G) |
fW |
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没有外部冲击及振动 |
低速时：V£15m/min |
相当G值£0.5 |
1.0~1.5 |
|
没有特别明显的冲击及振动 |
中速时：15<V£60m/min |
0.5<G£1.0 |
1.5~2.0 |
|
有外部冲击及振动 |
高速时：V>60m/min |
1.0<G£20 |
2.0~3.5 |
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：
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。
3.3 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
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
|
冲击及振动 |
速度 |
振动的测量值(G) |
fW |
|
没有外部冲击及振动 |
低速时：V£15m/min |
相当G值£0.5 |
1.0~1.5 |
|
没有特别明显的冲击及振动 |
中速时：15<V£60m/min |
0.5<G£1.0 |
1.5~2.0 |
|
有外部冲击及振动 |
高速时：V>60m/min |
1.0<G£20 |
2.0~3.5 |
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：
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。
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