为了使滚动直线导轨副运动精度的动态检测结果精度提高,分析了直线度误差评定基准直线的求解过程,从而采用遗传算法对其进行寻优,详细讨论了采用遗传算法求解直线度误差的处理过程;对不同工况时的运动精度分别用首尾连线法、最小二乘法及遗传算法进行了实例计算分析比较,遗传算法评定直线度误差精度高且具有良好的稳定性.

为了研究润滑条件对滚动直线导轨副振动特性的影响,文章进行了相关的试验研究。首先,搭建了振动信号采集系统;然后,对三种不同润滑条件下的滚动直线导轨副进行振动信号采集;最后,采用基于小波包信号能量提取算法对采集到的振动信号进行分析处理。从得到的结果中可以看出,滚动直线导轨副在前8个频率带上,振动信号能量随着润滑条件的提高而增大,而在后8个频率带上,振动信号能量随着润滑条件的提高而减小。研究结论发现,可以通过振动信号能量来表征润滑条件,进而通过监测振动信号能量来检测导轨副的润滑状况,这为检测导轨副的健康状况提供了一种新的研究方法。

文章在总结当前滚动直线导轨副寿命及失效演变研究的现状及不足的基础上,制定并开展了基于全周期分段步加策略的小子样滚动直线导轨副加速失效演变试验;记录并分析了整个试验周期中的可靠性故障现象,滚动接触疲劳失效过程中的噪声、失效样件表面形貌以及残余应力的演变情况;验证了该试验方法的可行性与高效性;同时文章研究了硬度对整个寿命过程的影响,发现硬度主要影响导轨副早期的磨损与压痕,对疲劳失效并没有明显影响。

高速条件下,滚动直线导轨副温升将直接影响其运动精度,为探究滚动直线导轨副的热特性及其与运动精度之间的关系,运用能量守恒定律和热对流原理建立了滚动直线导轨副温升模型和热变形模型,使用自主研发的滚动直线导轨副综合性能试验台,对国内某厂家P3级精度重预紧滚柱直线导轨副进行热特性试验研究,得到滚动直线导轨副温升变化曲线、稳定温升值、热平衡时间以及主要热变形区域。试验结果与理论值吻合,验证了所述滚动直线导轨副热特性模型的准确性。

根据数控机床的重要功能部件——滚动直线导轨副的结构特点和承载特性,基于弹性力学及赫兹弹性接触理论,推导滚动直线导轨副在倾斜力矩作用下的静刚度模型。分别使用理论模型计算和试验测定某商用滚动直线导轨副的倾斜静刚度,结果表明：理论计算与试验测定的倾斜静刚度曲线非常吻合,验证了该理论计算模型的正确性。

利用X射线应力测定仪,显微硬度计,白光共聚焦显微镜,SEM等微观分析手段,分析了国外滚动直线导轨副的导轨未跑合区、加减速区、匀速区以及滑块的上下滚道的残余应力、显微硬度、金相组织的分布,并对比了国内滚动直线导轨副的导轨匀速区的残余应力、显微硬度、金相组织的分布。结果表明,导轨上滚道的淬硬层深度大于下滚道的淬硬层深度,淬硬层深度越深,滚道表面残余应力越小,滚道面磨损会导致残余应力增大。导轨加减速区摩擦产生热量导致滚道的淬火热影响区深度增加,硬化区和过渡区的金相组织发生变化。原始组织中铬元素分布的不均匀性,导致成品导轨副基体金相组织中存在较为明显的带状组织,同时导轨淬硬区金相组织中板条状马氏体和针状马氏体的分布也影响导轨副的疲劳寿命。

对国内外生产的45型滚动直线导轨副进行精度保持性对比试验,并对导轨副的精度保持性进行检测。基于Hertz接触理论和刚体动力学对滚珠和滚道的接触面进行了力学与变形分析,求出滚珠所受的最大接触应力,用Workbench进行仿真验证,为磨粒磨损机理和粘着磨损机理的研究提供参考。根据导轨副的运动工况和结构设计,使用场发射扫描电镜和白光干涉仪对上述试验后的导轨副的滚道和滚珠进行显微形貌观测,探究了导轨副的磨损特性和磨损机理。对比国内外滚动直线导轨副的滚道、滚珠的磨损程度,得出磨损是影响精度保持性的根本原因。

为了解决滚动直线导轨副额定静载荷难以直接测定的现状,基于滚动直线导轨副的结构特点,结合ISO14728-2关于滚动直线导轨副额定静载荷的定义和计算方法,提出利用滚动直线导轨副加载/卸载刚性曲线来间接测定其额定静载荷的试验方案,并且实际测定了某商用滚动直线导轨副的额定静载荷,验证了该试验方案的可行性。在试验的基础上,进一步分析了滚动直线导轨副的承载变形机理,指出现有滚动直线导轨副额定静载荷计算方法的不足,提出考虑承载过程中接触角改变的修正算法,计算结果显示该算法能显著降低计算误差。

针对滚动直线导轨副的精度保持性问题,对其在受垂直载荷条件下的磨损过程进行建模和仿真分析。基于Hertz接触理论建立滚动直线导轨副的接触变形,考虑受垂直载荷后上排滚珠和下排滚珠接触角的变化情况。由滚动直线导轨副的磨损机理可知粘着磨损和磨粒磨损在磨合阶段和稳定磨损阶段占据主导,运用Archard磨损理论和显微切削磨损理论分析了滚动直线导轨副的磨损过程,考虑在磨损过程中预紧力随着跑合距离的增加而逐渐变小,滚珠的接触角发生变化的情况,在此基础上建立了滑块垂直位移的磨损计算模型。选取国内滚动直线导轨副进行精度保持性对比试验,试验结果与仿真结果进行对比分析,验证了模型的正确性,进一步探究了磨损与精度之间的关系。

滚动直线导轨副目前主要有单圆弧和双圆弧两种沟槽形式。在介绍这两种沟槽结构的同时分析其特点通过有限元建模的方法建立其对应的数值模型利用ANSYS软件仿真计算对应结构的受力、变形并分析在不同预紧力和外载荷时刚度的大小和变化规律为更合理地选用不同形式沟槽的滚动直线导轨副提供一定的依据。