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 (图片)
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。(图片)
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:(图片) 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。
l2 =0mm;l0=508mm;l3=605/2+39=341.5mm;l1=605mm;
W=240Kg;
分别计算出各合力如下:(图片) 2.1.4 负载系数的选择及寿命计算
(1)负荷系数选择(图片) 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:(图片) 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:(图片) 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×l1
TP=P×l1=-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:(图片)
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:(图片) 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:(图片) 4.3 负载系数的选择及寿命计算
(1)负荷系数选择
(图片) 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:(图片) 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:(图片) 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。
9/28/2009
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