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滾動直線導(dǎo)軌副的運動性能主要包括運動精度、摩擦力、振動及噪聲等。運動精度作為滾動直線導(dǎo)軌副一項重要的機械性能指標(biāo), 它的高低很大程度上影響著導(dǎo)軌的定位精度和使用壽命。導(dǎo)軌副在實際運動過程中, 鋼球在返向器內(nèi)的運動極其復(fù)雜, 其運動精度受零件的制造精度、安裝精度、預(yù)緊力及振動等諸多因素的影響。目前標(biāo)準(zhǔn)對滾動直線導(dǎo)軌副驗收技術(shù)條件的精度檢驗項目主要包括兩個項目, 即滑塊移動對導(dǎo)軌底面基準(zhǔn)的平行度及滑塊移動對導(dǎo)軌側(cè)面基準(zhǔn)的平行度。作為精密的傳動部件, 摩擦力是滾動直線導(dǎo)軌副的另一項重要性能指標(biāo), 摩擦力也引起導(dǎo)軌副的發(fā)熱, 直接影響導(dǎo)軌副的使用壽命。摩擦力作為系統(tǒng)快速響應(yīng)的阻礙和能量消耗的主要途徑, 對摩擦力進(jìn)行研究對提高整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度及控制精度具有重要意義。隨著靜音技術(shù)的發(fā)展, 滾動直線導(dǎo)軌副振動與噪聲對環(huán)境的污染問題逐漸成為滾動直線導(dǎo)軌副研究中極為重要的課題之一。振動不僅對噪聲有很大的影響, 同時對生產(chǎn)主機的性能質(zhì)量以及滾動直線導(dǎo)軌副自身的壽命也有重要影響。因此, 滾動直線導(dǎo)軌副的摩擦力、振動與噪聲, 現(xiàn)已成為了綜合考評滾動直線導(dǎo)軌副好壞的重要指標(biāo)。

　　滾動直線導(dǎo)軌副摩擦性能研究方面, 日本的渡辺一雄等對滾動直線導(dǎo)軌副摩擦力的來源及摩擦力波動的原因進(jìn)行分析, 他認(rèn)為引起摩擦力波動的主要原因是滾道的表面粗糙度以及波紋度。此外當(dāng)滾動體通過滾道的返向器時, 滾珠經(jīng)歷從非承載區(qū)到承載區(qū)(或反之) 的過程, 摩擦力也會發(fā)生較大的變化, 摩擦力出現(xiàn)在滾珠運動到非載荷區(qū)的時候。Fujita等基于直線驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)干擾力表征方法, 研究了滾動直線導(dǎo)軌副的摩擦特性對全局定位及微定位的影響。D. N. Olaru 等人為計算滾動直線導(dǎo)軌副中滾珠與滾道間的全部摩擦力以及整體摩擦因數(shù), 建立了一種全新的計算模型, 并通過試驗對模型結(jié)果進(jìn)行驗證。在對滾動直線導(dǎo)軌副摩擦力進(jìn)行研究時, 我國孫健利等人對滾動直線導(dǎo)軌接觸區(qū)內(nèi)的滾動摩擦力和差動摩擦力進(jìn)行分析, 以差動摩擦力小為準(zhǔn)則討論了滾動直線導(dǎo)軌在一定外加載荷下的優(yōu)化預(yù)過盈量, 在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了預(yù)緊力與過盈量的關(guān)系, 認(rèn)為滾動直線導(dǎo)軌副的過盈量的增加使接觸區(qū)的彈性力和差動滑動增大, 因此摩擦力也隨著過盈量的增加而增大。張朝輝等人運用Hertz 接觸理論分析了差動滑動和彈性滯后等因素對摩擦力的影響, 得出了摩擦力與過盈量之間的關(guān)系, 為通過測定摩擦力來確定過盈量提供了理論依據(jù)。高永坤以Hertz 接觸理論為基礎(chǔ), 分析承載區(qū)滾珠與滾道的接觸狀態(tài), 確定了預(yù)緊力與過盈量之間的理論關(guān)系。

　　滾動直線導(dǎo)軌副振動與噪聲研究方面, 日本的Hiroyuki Ohta 等人在考慮了滾道曲率中心變化的情況下, 建立導(dǎo)軌副垂直剛度計算模型, 對振動和噪聲信號進(jìn)行分析, 并采集滑塊運動時, 滑塊上不同測點的振動信號和不同測量距離時的噪聲信號。周傳宏等人對滾動直線導(dǎo)軌副振動特性進(jìn)行了初步研究。劉建素等運用隨機振動理論分析了導(dǎo)軌副的誤差均化作用。何康等將波導(dǎo)吸振的方法用于導(dǎo)軌副的減振和消除噪聲的研究, 將結(jié)構(gòu)的振動和聲輻射能量引導(dǎo)到吸振器中, 達(dá)到減振降噪的目的。

　　滾動直線導(dǎo)軌副接觸力學(xué)研究方面, P. Pawelko 介紹了滾動導(dǎo)軌力學(xué)模型的基本建立方法, 討論了對建模方法不同程度的簡化以及數(shù)值結(jié)果的選擇方法。A. Dadalau 應(yīng)用面向構(gòu)件的有限元法, 從理論上分析了導(dǎo)軌副的剛度和內(nèi)部的接觸力以及二者之間的關(guān)系, 使用試驗手段對導(dǎo)軌副的動態(tài)響應(yīng)從理論進(jìn)行了計算, 并對試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析。Jyh-cheng chang研究了預(yù)加載荷變化的情況下, 滾動直線導(dǎo)軌系統(tǒng)中滾珠與滾道間接觸剛度的變化。Ohta等建立了一種考慮導(dǎo)軌副彈性變形的垂直剛度半解析計算模型, 基于以上彈性變形, 計算了導(dǎo)軌副的垂直剛度, 并與試驗結(jié)果進(jìn)行了對比。

　　滾動直線導(dǎo)軌副動力學(xué)研究方面, JamesShih-Shyn Wu 等人基于赫茲理論和模態(tài)測試,在彎曲不平衡載荷的作用下, 建立了滾珠接觸問題動力學(xué)模型, 研究了外部載荷對導(dǎo)軌副動態(tài)特性的影響。Yong-sub Yi 簡單分析了滾動直線導(dǎo)軌副應(yīng)用于定位裝置中的動力學(xué)特性。孫偉、史安娜等基于ADAMS 對導(dǎo)軌系統(tǒng)剛體動力學(xué)特性進(jìn)行了建模仿真, 分析了外載荷及預(yù)緊力對導(dǎo)軌接觸剛度的影響。徐鵬等人利用Pro/ E 和Ansys 對直線導(dǎo)軌進(jìn)行了三維建模與模態(tài)分析得到模態(tài)頻率和各階振型, 并分析了它們對直線滾動導(dǎo)軌動態(tài)特性的影響。

　　滾動直線導(dǎo)軌副設(shè)計研究方面, 國外研究者在基礎(chǔ)性理論研究上做出了重大的突破。Lundberg-Palmgren 提出動態(tài)切應(yīng)力理論, 該理論認(rèn)為疲勞裂紋始發(fā)于接觸表面下某一含有雜質(zhì)的材料弱點處, 動態(tài)切應(yīng)力決定接觸表面的疲勞剝落。但隨著冶煉技術(shù)的提高、加工工藝的改進(jìn), 導(dǎo)軌副的失效機理已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化。從T. E. TALLIAN 近期發(fā)表的試驗結(jié)果可以看出, 與表面接觸狀態(tài)相關(guān)的諸多因素在導(dǎo)軌的疲勞過程中起著越來越重要的作用。這些因素主要包括接觸表面的預(yù)損傷、表面粗糙度的大小及形式、表面殘余應(yīng)力、外來硬顆粒雜質(zhì)以及潤滑油膜的狀態(tài)等。國內(nèi)則以華中科技大學(xué)的孫健利教授為代表的一大批科研人員投入到滾動直線導(dǎo)軌副的系統(tǒng)基礎(chǔ)理論研究中去, 發(fā)表了大量的科研成果, 為滾動直線導(dǎo)軌的設(shè)計理論研究打下了扎實的基礎(chǔ)。徐啟賀在導(dǎo)軌副的優(yōu)化算法中, 考慮了導(dǎo)軌的可靠性因素。李傳應(yīng)引入了威布爾分布參數(shù)、外來雜質(zhì)影響參數(shù), 軸承尺寸、油膜厚度及污染顆粒的大小相關(guān)的影響參數(shù)、材料表面粗糙度以及殘余應(yīng)力系數(shù)等參數(shù)。王盤銘根據(jù)滾動直線導(dǎo)軌副的特點, 建立了一種忽略滑塊變形的有限元分析模型, 并應(yīng)用ANSYS 軟件對此模型進(jìn)行了分析計算, 得到了受載變形數(shù)據(jù)及導(dǎo)軌副的靜剛度值。為了驗證模型的合理性,采用有限元方法求出滑塊的兩個轉(zhuǎn)動彈性系數(shù), 進(jìn)而求出一定垂直外載荷時的垂直變形量。通過與前面的計算結(jié)果的比較, 驗證了ANSYS 分析中模型模型簡化方法的合理性, 為滾動直線導(dǎo)軌副的工程開發(fā)與應(yīng)用提供了一種便捷的分析途徑。開展?jié)L動直線導(dǎo)軌副回珠曲線的優(yōu)化設(shè)計, 可以提高滾珠運動流暢性, 達(dá)到降低噪聲和減小滑塊振動的目的。我國徐起賀、孫健利等人首先提出了回珠曲線的數(shù)學(xué)模型及設(shè)計方法, 并對曲率半徑進(jìn)行了理論研究。姜大志、應(yīng)強等人以降低滾珠通過過渡區(qū)所產(chǎn)生的振動為設(shè)計準(zhǔn)則, 利用承載區(qū)和過渡區(qū)內(nèi)滾珠各循環(huán)狀態(tài)剛度相等的假設(shè)條件, 求出各循環(huán)狀態(tài)下的離散控制點, 借助小二乘法擬合出一條連續(xù)的過渡曲線, 并借助試驗驗證了該方法減振的可行性。

　　關(guān)于滾動直線導(dǎo)軌副, 目前, 國內(nèi)的龍頭生產(chǎn)廠家主要有南京工藝、漢江機床、山東博特、大連高金以及廣東凱特等, 一些高校如南京理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、山東大學(xué)等與企業(yè)合作對滾動直線導(dǎo)軌副做了大量的研究工作, 并取得了不少的成果。

　　上述的這些研究工作的開展使得國產(chǎn)導(dǎo)軌的各項性能指標(biāo)得到了極大的提高。但是與國外的知名廠家如日本THK、NSK 相比, 國內(nèi)廠家生產(chǎn)的滾動功能部件產(chǎn)品在性能上仍然存在一定差距。高端機床的導(dǎo)向部件使用的都還是國外的滾動直線導(dǎo)軌副產(chǎn)品, 極大制約了我國自主研發(fā)數(shù)控機床的發(fā)展。如何提高滾動直線導(dǎo)軌副的綜合性能, 如何理設(shè)計返向器實現(xiàn)高速低噪聲運行, 都與相關(guān)理論基礎(chǔ)與試驗研究分不開, 加強基礎(chǔ)研究是國內(nèi)滾動功能部件發(fā)展的重要部分。