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律廷導軌在醫療檢測設備上的設計應用

2009/9/28 11:24:00

摘要：本文對直線導軌的受力和力矩進行了分析計算。首先在平臥狀態下進行了力及力矩的分析和計算，然后在側臥狀況下進行了力及力矩的分析和計算。根據不同狀況下，重力作用點的不同，進行了建模簡化分析。本文對導軌的壽命進行了校核計算，結果證明，計算壽命能滿足預期壽命要求，兩者吻合較好。

關鍵詞：負荷；力矩；受力模型；使用壽命

引言
醫療檢測設備是一種對運行平穩度，順暢度及產品噪音要求很高的設備，近期我們成功開發的這家是一家專門從事高端醫療設備生產的廠家，其導軌絲杠一直使用日本THK產品。經過多方對我們的考核，如供應商資質考評，產品樣本比對，技術實力檢測等工作，客戶最終在其一款新機型上同我們達成合作意向，并需要中達電通提供具體的設計選型方案供其備案。以下為根據客戶實際要求所做的具體設計及計算。

1 客戶提供基本參數
負荷質量： M=240Kg
重力加速度： g=9.8m/S2
壽命要求： L=10年
按6年行程為151.2Km算，10年行程為：
L=151.2×10÷6=252Km

2 平臥狀態分析
2.1 受力結構及受力分析
2.1.1 受力狀況

圖1 平臥狀態受力結構圖

上圖為客戶工作平臺平臥時的結構圖。右上端面為導軌支撐，該部件使用律勁導軌；左側面為導向導輥，該部件客戶自己加工；剖面線部分為客戶工作平臺，該部件客戶自己加工。

2.1.2 受力模型轉化分析
根據平臥時的受力狀況，進行模型轉化，以簡化受力分析及計算。轉化的標準模型如下圖所示。

圖2 平臥狀態受力模型圖

2.1.3 受力分析及計算
(1)依據模型中受力狀況，計算出各點受力如下：

其中：P3 及P4受力對應實際結構中使用導軌上兩滑塊的受力；
P1 和P2分別對應客戶自行設計的兩個Guide roller處的受力。
(2)代入數據，實際進行計算。

W=240Kg；
分別計算出各合力如下：

2.1.4 負載系數的選擇及壽命計算
（1）負荷系數選擇

以中等負荷進行計算，根據經驗，取負荷系數fW=1.8。

（2）壽命計算
根據額定壽命公式：

導軌受力以127.7Kg進行計算；fW=1.8。
參照樣本手冊，當選用25系列導軌時，C取為2030Kgf。因此：

顯然L=34429 Km >252 Km,滿足預期的使用壽命要求。

3 力矩分析及計算
本傳動方案中,導軌主要承受二個扭矩：重心點的扭矩和側面guide roller處施加的扭矩。

3.1 中心點扭矩的計算
TG=G×l
其中l=39mm，故，
TG=G×l=240×39mm=9.36Kgf-m

3.2 Guide rolerl處施加扭矩的計算

3.3 合成力矩計算
線形導軌處承受扭矩為：T= TG +TP
T= TG +TP=9.36 -4.679=4.681 Kgf-m
對應產品手冊中25系列導軌傾覆扭矩MC =40Kgf-m,
顯然T=4.681 Kgf-m <40 Kgf-m。因此25系列導軌能滿足使用要求。

4 工作臺立位時狀況
4.1 受力模型轉化
該狀態下工作時，即將平臥狀態的工作臺按順時針旋轉90°。根據受力狀況，可轉化為如下標準模型進行分析計算：

圖3 立位狀態受力模型圖

4.2 受力分析及計算
(1)依據模型中受力狀況，計算出各點受力如下：

其中：P1 ~P4受力對應實際結構中工作臺各接觸點的正面受力；
P1T ~P4T分別對應實際結構中工作臺各接觸點的側面受力。

(2)代入數據，實際進行計算。

W=240Kg；
分別計算出各合力如下：

4.3 負載系數的選擇及壽命計算
（1）負荷系數選擇

以中等負荷進行計算，根據經驗，取負荷系數fW=2。
（2）壽命計算
根據額定壽命公式：

導軌受力以108.2Kg進行計算；fW=2。
參照產品手冊，當選用25系列導軌時，C取為2030Kgf。因此：

顯然L=41268Km >252 Km，完全可滿足預期的使用壽命要求。

5 總結
依據以上各關鍵步驟，進行計算分析，我們推薦客戶選用25系列導軌，考慮受力和力矩等關鍵參數，完全可以滿足使用要求。在客戶所要求的使用條件下，安全可靠，在客戶所要求預期使用壽命的基礎上有較大的安全余量。結合客戶現場對導軌和滑快的安裝型式，最終給客戶選配的LSK系列導軌型號為：GR25TA2T1599ICZ0。

目前，客戶生產的樣機已經裝配完畢，并開始進行實驗，對設備相關性能及參數進行檢測。當前設備的整體運行穩定，效果良好，客戶對我們提供的