摘要：介绍了一种利用预置弹性力悬浮移动平台的设计原理，这一原理使直线导轨在超大载荷移动平台上得到了应用，从而获得了结构简单、移动精度高、生产成本低、承载力超过直线导轨自身额定载荷的重载荷移动平台。采用这一原理不但能提高超大载荷移动平台的移动精度，降低生产成本，而且能为超大载荷移动平台的设计提供新思路。
关键词：直线导轨；弹性悬浮；超大载荷；移动平台
0 引言
随着现代科学技术和现代制造水平的不断发展，许多机械功能部件被设计和制造出来，滚动直线导轨副就是其中之一，它被广泛地应用于各种重型机械设备。滚动直线导轨副能承载很大的载荷，但当工作力大于导轨额定载荷时，滚动直线导轨副就会精度下降，使用寿命缩短，乃至直接损坏。
移动平台（滑台）是机械设备中最常见的运动单元，一些设备的移动平台工作情况特别，在移动过程中承载力不大，不超过滚动直线导轨副额定载荷；但工作平台到达工作位不移动时，则要承载超过或几倍于滚动直线导轨副额定载荷的力，如冲床、液压机、锻压机等设备。这些设备的移动平台无法使用滚动直线导轨副。
1 解决方案
对于上述特征的移动平台直接使用滚动直线导轨副，必然会导致导轨副使用寿命缩短，乃至直接损坏。在工作位承受超重载荷的移动平台要使用滚动直线导轨副，必须解决在工作位滚动直线导轨副不承受冲击力或超大载荷作用的问题。
根据这一设计理念，我们考虑在移动平台工作位上设计一个平台载荷支承块，确保移动平台滚动直线导轨副在工作位上免受冲击或超大载荷作用。
2 结构设计
依据设计移动平台载荷支承块原理，有两种设计方案。
2.1 方案一
悬浮式滚动直线导轨副移动平台，如图1所示。
图1 悬浮式滚动直线导轨副移动平台
1—直线导轨2—直线导轨滑块3—移动平台4—移动支撑块5—固定支撑板6—悬浮弹簧7—预紧螺栓8—滑块安装板9—浮动导向座
悬浮式滚动直线导轨副移动平台工作原理：直线导轨1和直线导轨滑块2用于导向和承载移动平台3及平台上部件的重量；滑块安装板8把同一直线导轨上的滑块连接在一起，使每一滑块受力均匀；预紧螺栓7将悬浮弹簧6预紧，其预紧力大于移动平台3及平台上部件的重量，使移动平台悬浮；浮动导向座9安装在滑块安装板8上，用于保证移动平台3上下浮动时纵向无移动；移动平台3在工作位承受冲击力或超大载荷大于悬浮弹簧7预紧力时，移动平台向下位移，安装在移动平台上的移动支撑块4就支撑在固定支撑板5上，确保直线导轨副不承受冲击力或超大载荷。
悬浮式滚动直线导轨副移动平台设计计算：
滚动直线导轨副额定动载荷的计算：
C=[k1×（移动平台重量+平台上部件的重量）]/n1
式中，k1为滑块的安全系数，选2～3.5；n1为滑块数量。悬浮弹簧预紧力的计算：
F=[k2×（移动平台重量+平台上部件的重量）]/n2
式中，k2为弹簧的预紧系数，选1.2～2；n2为弹簧数量。
移动支撑块与固定支撑板间隙设计：δ选用0.3～0.5mm。
悬浮式滚动直线导轨副移动平台特点：利用悬浮弹簧设计使移动平台悬浮，平台移动时移动支撑块与固定支撑板不接触，不磨损移动支撑块和固定支撑板，使用寿命长；平台受冲击载荷时，悬浮弹簧缓冲直线导轨滑块受力，有效保护滚动直线导轨副。缺点是平台上下浮动有0.3～0.5mm间隙，影响平台垂直方向上的精度。
2.2 方案二
固定式滚动直线导轨副移动平台，如图2所示。
图2 固定式滚动直线导轨副移动平台
1—直线导轨2—直线导轨滑块3—固定支撑板4—移动支撑块5—移动平台6—滑块安装板
固定式滚动直线导轨副移动平台工作原理：直线导轨1和直线导轨滑块2用于导向和承载移动平台5及平台上部件的重量；滑块安装板6把同一直线导轨上的滑块连接在一起，使每一滑块受力均匀；移动支撑块4与固定支撑板3在工作位是斜面接触；移动支撑块4安装在移动平台5上，移动平台5移至工作位时，移动支撑块4与固定支撑板3刚性接触，移动平台5承受冲击力或超大载荷时，移动支撑块4就支撑在固定支撑板3上，确保直线导轨副不承受冲击力或超大载荷。
固定式滚动直线导轨副移动平台设计计算：
滚动直线导轨副额定动载荷的计算：
C=[k1×（移动平台重量+平台上部件的重量）]/n1
式中，k1为滑块的安全系数，选2～3.5；n1为滑块数量。
移动支撑块4与固定支撑板3斜度设计：∠1:200。
固定式滚动直线导轨副移动平台特点：利用移动支撑块与固定支撑板在工作位是斜面接触原理，平台移动时移动支撑块与固定支撑板不接触，不磨损移动支撑块和固定支撑板，使用寿命仍很长；平台在工作位受冲击载荷时，大载荷通过移动支撑块与固定支撑板的斜接触面传到底座上，有效保护滚动直线导轨副；平台上下没有浮动间隙，垂直方向精度高。缺点是支撑斜面制造和安装精度要求比较高。
3 应用实例
上述设计原理在一种射砂成型机（铸造设备）上得到了验证，如图3所示。
图3 应用直线导轨的射砂成型机
1—直线导轨2—模具移动平台3—射砂压头
这种设备工作原理是：利用空气压力将型砂射入模具型腔，加热成型为铸造模壳。其中模具移动平台定位精度要求高，模具移动平台在工作位上先合模，射砂头在油缸推动下以30 t压力压在型模上，在气压作用下把型砂射入型腔。
模具和工作台的重量只有4 t，而在工作位要承受30 t压力，无法直接使用滚动直线导轨副。设计这一设备时，采用固定式滚动直线导轨副移动平台，很好地解决了这一难题。使用近两年，滚动直线导轨副工作一切正常。
4 结语
在实际设计和生产中，经常会碰到需要超大载荷移动平台的设备，采用悬浮式滚动直线导轨副移动平台及固定式滚动直线导轨副移动平台设计结构，能够有效解决平台移动精度和制造成本的问题。
