直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的壽命

當(dāng)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)受到負(fù)荷后進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)體或軌道面會(huì)不斷受到反復(fù)應(yīng)力的作用，因此，如果直線運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)由于材料的疲勞而導(dǎo)致的被稱為剝落的魚鱗狀的損壞情況。第一次出現(xiàn)該剝落前的總移動(dòng)距離被稱為直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的壽命。此外還可能存在由于燒結(jié)、破裂、啃咬、生銹等原因而使直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)不能使用的情況，但是這些主要屬于安裝精度、環(huán)境、潤滑方法等方面的問題，應(yīng)與壽命區(qū)別對(duì)待。

額定壽命

由于直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具有如下性質(zhì): 即使同時(shí)制作的相同公稱型號(hào)的產(chǎn)品在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，材料的疲勞損壞不一致的情況比較多，因此，直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)本身的壽命也可能會(huì)不一致，個(gè)別直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)很難正確預(yù)測(cè)壽命。因此，一般在預(yù)測(cè)壽命時(shí)使用綜合規(guī)定的額定壽命。額定壽命的定義如下:“一組相同的直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在同一條件下分別行駛時(shí)，其中90%的直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)剝落，而可以順利到達(dá)的移動(dòng)距離。”

基本動(dòng)額定負(fù)荷（以ISO14728-1為準(zhǔn)※2）與基本動(dòng)額定扭矩

由于直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的額定壽命由移動(dòng)距離表示，因此，移動(dòng)距離設(shè)為恒定值時(shí)的負(fù)荷作為直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載能力使用于壽命的計(jì)算中。該負(fù)荷被稱為基本動(dòng)額定負(fù)荷，定義為“可得到50×103m的額定壽命的大小和方向均為恒定值的負(fù)荷”。根據(jù)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)類型的不同，各負(fù)荷方向的負(fù)載能力可能有所不同，因此，為了方便起見，NB將直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)正上方施加負(fù)荷時(shí)的額定負(fù)荷記載于尺寸表中。關(guān)于滾珠花鍵，可能會(huì)受到扭矩負(fù)載而進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，因此，同樣規(guī)定了基本動(dòng)額定扭矩。
※2 部分產(chǎn)品中有不適用的情況。

額定壽命的預(yù)測(cè)

壽命計(jì)算式會(huì)由于直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中使用的滾動(dòng)體的種類的不同而異，使用鋼球時(shí)為方程式（3），使用滾柱時(shí)為方程式（4）。另外，當(dāng)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)承受扭矩負(fù)載時(shí)使用方程式（5）。

實(shí)際使用直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)受到導(dǎo)向軸的精度、安裝狀態(tài)、使用環(huán)境、運(yùn)動(dòng)中的振動(dòng)或沖擊等各種不確定要素的影響，因此很難算出正確的作用負(fù)荷。一般將這些要素作為系數(shù)使用，使壽命計(jì)算變得較為簡(jiǎn)單化，會(huì)使用硬度系數(shù)（fH）·溫度系數(shù)（fT）·接觸系數(shù)（fC）·負(fù)荷系數(shù)(fW)。受這些因素的影響，方程式（3）～（5）變?yōu)榉匠淌剑?）～(8）。

如果單位時(shí)間的移動(dòng)距離明確時(shí)，壽命通過時(shí)間來表示會(huì)更簡(jiǎn)單易懂。
行程與往復(fù)次數(shù)及壽命時(shí)間的關(guān)系如方程式（9）所示。

硬度系數(shù)（ｆＨ）

在直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，導(dǎo)向軸具有與滾珠軸承的內(nèi)輪相同的作用，因此，導(dǎo)向軸的硬度在額定負(fù)荷的決定方面是重要因素之一。如果表面硬度低于58HRC時(shí)，額定負(fù)荷也會(huì)降低。雖然在一般情況下，NB產(chǎn)品可借助高度的淬火技術(shù)總是保持適當(dāng)?shù)闹担诓坏靡训那闆r下，必須使用未達(dá)到適當(dāng)?shù)谋砻嬗捕鹊膶?dǎo)向軸時(shí)，請(qǐng)使用圖1-2的硬度系數(shù)補(bǔ)正額定負(fù)荷。

溫度系數(shù)（ｆＴ）

由于在直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)施了淬火技術(shù)，從而提高了硬度、并降低了磨損，因此，當(dāng)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的溫度超過100℃時(shí)就會(huì)出現(xiàn)硬度降低及額定負(fù)荷降低的情況。直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的溫度變化導(dǎo)致的硬度變化作為溫度系數(shù)如圖1-3所示。

接觸系數(shù)（ｆＣ）

當(dāng)一起使用兩個(gè)以上的直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，必須考慮各產(chǎn)品的不一致性和安裝面加工精度的影響。一般使用表1-2的接觸系數(shù)來計(jì)算壽命。

負(fù)荷系數(shù)（ｆＷ）

計(jì)算作用于直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)荷時(shí)，除了物體的重量外，還需要正確計(jì)算出影響運(yùn)動(dòng)速度的慣性力、力矩以及各自的時(shí)間性變化。但是，由于在直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，往往會(huì)伴隨有反復(fù)的啟動(dòng)、停止以及振動(dòng)、沖擊等不確定性因素，因此很難正確地計(jì)算出負(fù)荷。一般使用表1-3的負(fù)荷系數(shù)來簡(jiǎn)化壽命的計(jì)算。

負(fù)荷的計(jì)算方法（1）

直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)代表性的使用方法和直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)承受的負(fù)荷的計(jì)算式如表1-4～5所示。

W: 作用負(fù)荷（N）　P1～P4: 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)承受的負(fù)荷（N）　X,Y: 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的間距（mm）
x,y,：至負(fù)荷作用點(diǎn)或工件重心的距離（mm） g：重力加速度9.8×103mm／sec2）
V：移動(dòng)速度（mm／sec） t1：加速時(shí)間（sec） t3：減速時(shí)間（sec）

靜止または等速運(yùn)動(dòng)時(shí)

條件	負(fù)荷計(jì)算公式

條件	負(fù)荷計(jì)算公式

條件	負(fù)荷計(jì)算公式

條件	負(fù)荷計(jì)算公式

等加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)

條件	負(fù)荷計(jì)算公式

等價(jià)系數(shù)

>> モーメント等価係數(shù)一覧（PDF）

直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的使用方法是1軸使用多個(gè)滑塊（外筒），雖然一般也會(huì)使用2軸，但由于安裝空間等問題，有時(shí)也會(huì)在1軸上使用一個(gè)或緊靠使用兩個(gè)以上的滑塊（外筒）。此時(shí)，計(jì)算負(fù)荷時(shí)請(qǐng)給作用力矩負(fù)載乘以表1-7～25所示的力矩等價(jià)系數(shù)。力矩作用于直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)的等價(jià)負(fù)荷的計(jì)算式如下所示。

負(fù)荷的計(jì)算方法（2）

リニアシステムにモーメントが作用した場(chǎng)合の荷重計(jì)算式を下表に示します。
W：作用負(fù)荷（N）　P：直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)承受的負(fù)荷（N）　：至滑塊（外筒）中心的距離（mm）

1軸使用

2軸使用

變動(dòng)負(fù)荷的平均負(fù)荷

一般來說，根據(jù)使用方法的不同，作用于直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)荷可能會(huì)有各種變化。例如，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng)、停止定速運(yùn)動(dòng)，或工件的有無等。這樣，對(duì)于變動(dòng)負(fù)荷來說，就有必要求出實(shí)現(xiàn)與該條件下的壽命相等的壽命的平均負(fù)荷，從而進(jìn)行壽命計(jì)算。

根據(jù)距離的不同負(fù)荷發(fā)生階段性變化的情況時(shí)

承受負(fù)荷P1的移動(dòng)距離 1
承受負(fù)荷P2的移動(dòng)距離 2?????
　　　　　　　　▼
承受負(fù)荷Pn的移動(dòng)距離 n的情況
平均負(fù)荷Pm根據(jù)以下方程式求出。

負(fù)荷基本為直線性變化時(shí)（圖1-8）

平均負(fù)荷Pm的近似值可根據(jù)以下方程式求出。

負(fù)荷如圖1-9（a）·（b）發(fā)生正弦曲線的變化時(shí)

可根據(jù)以下方程式求出平均負(fù)荷Pm的近似值。

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