机构移动副卡顿爬行机理分析及有关公式的提出

作者：杨之勇

机械机构设计中移动副是不可或缺的运动单元对移动副运行规律要有正确认知。

滑块、导套等移动副在运行中时常会发生卡顿爬行现象，国内外有关机械项目中时而有之，不为少见，在液压系统中不少人以为是液压系统爬行。在模具运行中，也有类似现象出现，影响设备正常运行，所以搞清其问题发生的力学机理，有个正确理论认识，是十分必要的。

图1为为移动副（滑块）机构正常运行情况，,图2为移动副（滑块）机构非正常运行情况，图3是图2的抽象画意表示。事物状态不是理想状态，有了导向也会在其导向间隙情况下产生倾斜由此才有移动副卡顿爬行现象的出现。

抽象化是分析事物的一种有效科学方法；抽象可有利于抓住问题的本质。所以一切科学的抽象，都更深刻、正正确、更完全地反映着自然。由图1的滑块处于非正常状态下的滑块就转化为图3得1二力杆的受力情况。这也是理论力学中的一个例题，其平衡条件是：（90－2φm）≤α≤90

滑块或导套等移动副在运行时在刚启动时，由于从静止到动态的转化有个克服静摩擦力的过程

，往往会出现卡顿点的出现，于是产生α=90－2φm时开始卡顿爬行，（φm为摩擦角），B≥A/tgα, 将α=90－2φm代入，经三角函数公式 变换；B≥2Atgφm/(1-tg²φm)由于tgφm=f, 由于倾斜后是两处会出现阻抗受力情况叠加，B≥4A/(1-f²)X2 ；所以避免滑块导套等移动副卡顿爬行的导向长度B与导向宽度A应遵循如下：

B≥[8f/(1-f²)]A ;  (f为移动副，摩擦系数，A为移动副导向宽度，B为移动副导向长度)，

公式使用验证：

设一直线导轨单向宽度为100mm,摩擦系数查取0.15, 应用公式计算：合理导向长度B≥1.22x100 ： 合理设计导向长度：B≥122mm 。

导套直径为50毫米，移动副导套材料为青锡铜。导杆为钢，摩擦系数取0.2，合理设计导向套长度 ：B≥1.66X50 ： B≥83毫米

移动副滑块和导轨都为铸铁件，滑块宽度为500毫米，摩擦系数为0.25合理设计导向长度B≥2.08X500 ： B≥1142mm

以上分析和避免移动副卡顿爬行的机理：导向宽度与导向长度，以及运动副间的摩擦系数有着一个密不可分的关联因果关系：B≥[8f/(1-f²)]A；希望这个公式的推出和建立能对机械设计有个很好了的理论指导作用。