线性滑轨之钢珠导引角设计与寿命分析 - 龙华科技大学.pdf

線性滑軌之鋼珠導引角設計與壽命分析 線性滑軌之鋼珠導引角設計與壽命分析 陳俊生 李聯旺* 李進勝 楊進財 鍾岳圳 龍華科技大學 機械工程系 摘要 線性滑軌運動時，迴流元件與滑塊間的尺寸公差會產生跳動、噪音及衝擊力，增加 滑軌之失效機率。本文使用全球傳動科技股份有限 公司(TBI MOTION)所生產的線性滑 軌組 (TRH25VL) ，以有限元素軟體分析導引角之干涉值，得知導引角的設計將導致 0.65mm的干涉量差距，導引角可有效降低干涉量，藉由 CNC 加工導引角深度 0.15mm 及 長度4.56 mm ，其干涉量可降為 0.018mm是最適當的導引角。研究結果顯示，無導引 角的線性滑軌 其總組合平均最大壓力為 0.323 kg ，有施作導引角則可降至 0.282 kg ，可 降低一成多的壓力，導引角會降低壓力增加順暢度。線性滑軌在額定動負載 70%時，有 導引角滑軌的疲勞壽命可由70.5~77.3 小時增加至80.6~90 小時，而額定動負載為50% ， 滑軌的壽命可由 155~160.5 小時延長至167~175 小時，因此線性滑軌組以導引角施作將 可增加鋼珠運作的順暢度與滑軌的壽命。 關鍵詞：迴流元件、額定動負載、 順暢度 1. 前言 滑軌之結構，進行滑軌受力變形現象之影 線性滑軌(linear guideway)是常用的 響。 Shigeo[2]利用方程式估計線性滑軌壽 直線傳動零件之一 ，常與滾珠螺桿(ball 命，並 進行線性滑軌的動額定負載計算 。 screw) 、傳動皮帶或鍊條等元件搭配使 Herguth[3]也透過線性滑軌測試，找出如何 用，主要功能為提供負載平台能順著已安 降低接觸疲勞與選用適當材料 之方法。 裝的軌道，做低耗能高精度的線性往復運 Mohsen[4]針對疲勞壽命，以微觀 方式觀察 動。線性滑軌之組成元件中，鋼珠迴流元 滾珠滾動的表面破壞，研究在不同材質接 件與滑塊本體之組合精度及公差，對滑軌 觸 下滾珠滾動所產生表面剝落，從而探討 組之順暢度及疲勞壽命之影響相當顯著。 線性滑軌之壽命。Chen[5-6] 以PCB鑽孔機 鋼珠迴流元件大部份以塑膠射出方式製 之氣動式線性滑軌的直線度及平行度誤差 作，因此有變形公差的問題， 此外，因滑 為基礎 ，以螺桿驅動系統產生 之熱膨脹與 塊熱處理變型與研磨精度的影響，將 導致 振動導致機械精度之影響程度進行研究 。 線性滑軌組在運動時產生跳動及非預期的 Ohta[7-8]藉由脈衝震動方式偵測滾珠於線 衝擊力， 將會增加線性滑軌的 失效機率。 性滑軌再循環過程之震動與聲響，研究 滑 因此如何確保滑塊與鋼珠迴流元件之順暢 軌 之毫米級缺陷 。Sun[9]在不同預力下 ， 降低二者間的段差 ，並讓鋼珠有最佳的導 研究滾珠與滑軌的接觸剛性，建立線性滑 角範圍，是值得研究探討的課題。 軌的分析模式，並 以實驗驗證 其分析模式 有關線性滑軌振動、噪音與壽命之探 的 正確性。李東益[10]以有限元素法計算 討， Edward[1]曾應用有限元素法分析線性 並探討鋼珠與軸承間，承受預壓力時滑塊 37 龍華科技大學學報第三十六期 ,2015.12 之自然頻率與振動模態，並以衝擊鎚進行 角 示意圖。因此本文將以線性滑軌之鋼珠 振動實驗。 導引角設計與壽命為題進行研究與分析。 在線性滑軌之靜態剛性研究方面，蕭 永發 [11]利用田口灰色關聯分析找出線性 滑軌設計參數的最佳組合，