律廷导轨在医疗检测设备上的设计应用

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

nextpage2.1.3 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。

W=240Kg；

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

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>衝擊及振動

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>速度

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>振動的測量值(G)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>f_W

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt">沒有外部衝擊及振動

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt"> 低速時：V£value="15" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">15m/min

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>相當G值£0.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1.0~1.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt">沒有特別明顯的衝擊及振動

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt"> 中速時：15<V£value="60" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">60m/min

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>value="0.5" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">0.5<G£1.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1.5~2.0

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt">有外部衝擊及振動

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt"> 高速時：V>value="60" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">60m/min

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>value="1" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">1.0<G£20

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 12pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>2.0~3.5

以中等负荷进行计算，根据经验，取负荷系数f_W=1.8。

（2）寿命计算

根据额定寿命公式：

导轨受力以127.7Kg进行计算；f_W=1.8。

参照样本手册，当选用25系列导轨时，C取为2030Kgf。因此：

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

T_G=G×l

其中l=39mm，故，

T_G=G×l=240×39mm=9.36Kgf-m

3.2 Guide rolerl处施加扭矩的计算

3.3 合成力矩计算

线形导轨处承受扭矩为：T= T_G +T_P

T= T_G+T_P=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。 nextpage

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

(1)依据模型中受力状况，计算出各点受力如下：

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；

P_1T ~P_4T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。

W=240Kg；

分别计算出各合力如下：

4.3 负载系数的选择及寿命计算