CN212803941U

CN212803941U - 一种耐磨减阻自润滑的滑动装置

Info

Publication number: CN212803941U
Application number: CN202020756523.XU
Authority: CN
Inventors: 顾江; 程远; 唐凯; 赵俊; 孙雪雁; 孙桂圆; 张弛; 吴书祥; 张俊; 徐楠华; 罗飞
Original assignee: Nanjing Yingnigema Industrial Automation Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Yingnigema Industrial Automation Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-09
Filing date: 2020-05-09
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2030-05-09

Abstract

本实用新型公开一种耐磨减阻自润滑的滑动装置，包括导轨部分和滑块部分，所述导轨部分和滑块部分分别设有多个相互适配的沟槽。在所述导轨的端面上设有顺着滑动方向的光栅状微结构沟槽，所述滑块的端面同样构建有顺滑动方向的光栅状微结构沟槽；两排沟槽在实际工作时相互匹配，所述沟槽表面涂有聚四氟乙烯层。在导轨与滑块上构建微结构沟槽，减小导轨与滑块表面的接触面积，降低了金属干摩擦面与总的接触面之间的比例，从而降低接触面的复合摩擦系数。滑动装置的接触面为金属接触面和聚四氟乙烯接触面交叉出现，聚四氟乙烯外侧分子层磨损后填充到金属接触面之间，有效降低了金属接触面之间的磨损量，表面的摩擦性能得到提高。

Description

一种耐磨减阻自润滑的滑动装置

技术领域

本实用新型涉及一种滑动装置，具体涉及一种耐磨减阻自润滑的滑动装置。

背景技术

直线导轨由于可以承受较大的负载且运行时非常稳定，因此直线导轨和滑块在机床和自动化生产线的直线运动机构中具有广泛的运用。滚动式的直线导轨装置由于滑块内装有精密的钢珠，价格昂贵并且容易损坏失效，应用的场合受到一定的限制。

传统的滑动式直线导轨装置会因为油膜逆流作用造成平台运动精度不良，且因运动时润滑不充分，导致运行导轨接触面的磨损，严重影响精度。

因此，需要设计一种表面耐磨擦不易损坏，滑动过程中摩擦阻力较小，不用油脂等润滑剂提高运行精度的滑动装置。

实用新型内容

实用新型目的：解决直线导轨因油膜逆流作用造成运动精度不良，运动润滑不充分时，导致导轨接触面易磨损，严重影响精度。根据自然界中鲨鱼皮表面顺流向的微槽结构，设计出摩擦系数显著降低，且具有自润滑性能的滑动装置。

技术方案：一种耐磨减阻自润滑的滑动装置，包括以下几部分：

带沟槽的导轨部分。在导轨与滑块接触面上构建有顺滑动方向的光栅状微结构沟槽，针对金属材料的沟槽可通过线切割，激光刻蚀，数控铣削等方式加工，针对非金属材料的沟槽可通过激光刻蚀，数控铣削等方式加工。

带沟槽的滑块部分。在滑块与导轨接触的表面同样构建有顺滑动方向的光栅状微结构沟槽，由于沟槽在滑块内，可采用激光刻蚀的方式加工。

沟槽内的聚四氟乙烯。导轨与滑块表面构建沟槽后，在沟槽中填冲聚四氟乙烯材料，液体状的聚四氟乙烯材料将沟槽填满，待聚四氟乙烯溶液冷却凝固，由于其与微结构的接触面较大，接触非常紧固不易脱落。

滑动装置与其他部件的连接部分。在滑块的上表面和导轨的下表面有螺纹孔方便与其他装置连接。

在进一步的实施例中，所述导轨的截面呈两个拼合的“

”形，其两侧腰部设有向内弯折的V形槽；所述滑块的截面呈“

”形，其尾部设有向内玩着的卡爪部，所述卡爪部与所述V形槽相互适配。

在进一步的实施例中，导轨上的沟槽凹陷部分的宽度a为50-500μm，沟槽凸起部分的宽度b为沟槽凹陷部分的宽度a的0.5-1.5倍，凹槽的深度不低于100μm，凹槽的横截面形状可以为矩形，半圆，三角等，针对不同材料采用不同的加工工艺，金属材料可通过线切割，激光刻蚀，数控铣削等方式加工，非金属材料可通过激光刻蚀，数控铣削等方式加工。

在进一步的实施例中，滑块上的沟槽凹陷部分的宽度c为50-500μm，沟槽凸起部分的宽度d为沟槽凹陷部分的宽度c的0.5-1.5倍，凹槽的深度不低于100μm，凹槽的横截面形状可以为矩形，半圆，三角等，由于微结构凹槽在滑块的内部，为了方便加工可以采用激光刻蚀的方法得到微结构沟槽。

在进一步的实施例中，沟槽内部填入的材料为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯材料的摩擦系数较小仅为0.04，并且具有良好的热稳定性与化学稳定性，能长久的保持在微结构沟槽中，对于微结构表面是较为理想的润滑材料。在聚四氟乙烯填入微结构表面的过程中，会有少量的聚四氟乙烯粘连在微结构凸起部分，在滑动时，微结构凸起部位的聚四氟乙烯均匀摊开，在滑轨与滑块的表面形成一层聚四氟乙烯单分子层，起到良好的润滑减阻作用。

在进一步的实施例中，填有聚四氟乙烯的微结构表面滑动装置的摩擦系数会远低于普通直线导轨，具体摩擦系数可由以下公式计算得到:

=(a*m +c*n) *μ_聚/L +(L- a*m-c*n) *μ_金/L (1)

=a*m *μ_聚/L +(L-a*m) *μ_金/L (2)

其中

为最小摩擦系数，

为最大摩擦系数，当滑块与导轨的微结构凹槽部分完全错开时，摩擦系数分别处于最小状态，公式 (1)所示；当滑块与导轨的微结构凹槽部分完全重合时，摩擦系数分别处于最大状态，公式 (2)所示。a为导轨上的微结构凹槽宽度，m为导轨上微结构凹槽的数量，c为滑块上的微结构凹槽宽度，n为滑块上微结构凹槽的数量，L为导轨与滑块接触面的长度，为了保证加工工艺性，滑块上的微结构数量n应小于导轨上微结构数量m。μ_聚为聚四氟乙烯的摩擦系数，可取0.04，μ_金为金属之间的摩擦系数，考虑润滑状态良好可取0.12。

根据公式计算可以知道，在理想状态下带有微结构表面的导轨与滑块之间的摩擦系数可以减小为0.04，摩擦系数可减小66.7%，大幅降低了表面的摩擦力。在经济性条件下，微结构表面带有聚四氟乙烯的微结构表面其综合摩擦系数也小于金属表面，摩擦系数可减小25%以上，微结构表面所受的摩擦力减小，聚四氟乙烯材料在导轨与滑块之间形成了紧固连接的单分子层，提高了表面的润滑程度，同时减小了微结构表面的磨损量，使得滑动装置具有减阻耐磨的特性。与此同时，微结构中填入的聚四氟乙烯会让单分子层长久的存在于导轨与滑块中，无需润滑油与润滑脂也能具备良好的润滑性能。

在进一步的实施例中，滑动装置与其他部件的连接部分，滑块上的螺纹孔为M4的盲孔，孔位在与滑块微结构表面相对的面上，孔的锥形底面距离滑块上微结构表面5mm以上，防止破坏滑块上的微结构。导轨上的螺纹孔为M6的盲孔，孔位位于滑轨微结构表面相对的面上，孔的锥形底面距离导轨上微结构表面5mm以上，防止破坏导轨上的微结构。

有益效果：

(1) 本实用新型可以有效减小滑动装置的摩擦系数。在导轨与滑块上构建微结构沟槽，减小导轨与滑块表面的接触面积，降低了金属干摩擦面与总的接触面之间的比例，从而降低接触面的复合摩擦系数。

(2)使滑动装置具备自润滑性能。在微结构沟槽中填入聚四氟乙烯，聚四氟乙烯在滑轨滑动过程中在接触面上形成一层不易脱落的单分子层，単分子层在两个金属接触面之间形成了有效的润滑作用，聚四氟乙烯填充物可以长久保持金属接触面之间良好的润滑状态，无需添加润滑剂。

(3) 提高了滑动装置的耐磨擦性能。滑动装置的接触面为金属接触面和聚四氟乙烯接触面交叉出现，聚四氟乙烯外侧分子层磨损后填充到金属接触面之间，有效降低了金属接触面之间的磨损量，表面的摩擦性能得到提高。

附图说明

图1为滑动装置的装配图。

图2为带有微结构的导轨装置图。

图3为带有微结构的滑块装置图。

图4为滑动装置的截面图。

图中各附图标记为：导轨1、V形槽101、滑块2、卡爪部201、沟槽3、凹陷部分301、凸起部分302、聚四氟乙烯层4。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

申请人认为，传统的滑动式直线导轨装置会因为油膜逆流作用造成平台运动精度不良，且因运动时润滑不充分，导致运行导轨接触面的磨损，严重影响精度。因此，需要设计一种表面耐磨擦不易损坏，滑动过程中摩擦阻力较小，不用油脂等润滑剂提高运行精度的滑动装置。

为此，本实用新型针对传统的直线导轨易磨损，润滑油液影响运行精度的缺点，借鉴自然界中鲨鱼皮表面微结构减阻减摩的特性，提出一种耐磨减阻自润滑的滑动装置。

以工字型直线滑动装置为例，一种耐磨减阻自润滑的滑动装置如图1所示，包括以下部分：

1、带沟槽3的导轨1部分。在导轨1与滑块2接触面上构建有顺滑动方向的光栅状微结构沟槽3，本装置采用Q235A材料，通过数控铣削的方式加工。导轨1上的沟槽3凹陷部分301的宽度a为500μm，数量m为30个，沟槽3凸起部分302的宽度b为500μm，数量n为30个，凹槽的深度为300μm，凹槽的横截面形状为矩形，滑轨与滑块2装置的总接触面为50mm。

2、带沟槽3的滑块2部分。在滑块2与导轨1接触的表面同样构建有顺滑动方向的光栅状微结构沟槽3，由于沟槽3在滑块2内，可采用激光刻蚀的方式加工。滑块2上的沟槽3凹陷部分301的宽度c为400μm，沟槽3凸起部分302的宽度d为400μm，凹槽的深度为300μm，凹槽的横截面形状为矩形。

3、沟槽3内的聚四氟乙烯层4。导轨1与滑块2表面构建沟槽3后，在沟槽3中填冲聚四氟乙烯材料，将液体状的聚四氟乙烯溶液涂覆在微结构表面，等待溶液凝固后可形成与微结构表面牢固连接的固体聚四氟乙烯层4。在聚四氟乙烯填入微结构表面的过程中，会有少量的聚四氟乙烯粘连在微结构凸起部分302，在滑动时，微结构凸起部位的聚四氟乙烯均匀摊开，在滑轨与滑块2的表面形成一层聚四氟乙烯单分子层，起到良好的润滑减阻作用。聚四氟乙烯层4表面的摩擦系数为0.04，Q235A表面的摩擦系数为0.12。

所述导轨1的截面呈两个拼合的“Σ”形，其两侧腰部设有向内弯折的V形槽101；所述滑块2的截面呈“Π”形，其尾部设有向内玩着的卡爪部201，所述卡爪部201与所述V形槽101相互适配。

根据本案例做采用的微结构尺寸参数，可根据公式(1)计算微结构表面的摩擦系数，

μ=(a*m +c*n) *μ_聚/L +(L- a*m-c*n) *μ_金/L

=(0.5*30+0.4*20)*0.04/50+(50-0.5*30-0.4*20) *0.12/50

=0.0832

根据公式计算可以知道，带有微结构表面的导轨1与滑块2之间的摩擦系数减小为0.0832，摩擦系数可减小30.7%，在相同负载条件下，表面的摩擦力可以减小30%。

4、滑动装置与其他部件的连接部分。在滑块2的上表面和导轨1的下表面有螺纹孔方便与其他装置连接。滑动装置与其他部件的连接部分，滑块2上的螺纹孔为M4的盲孔，孔位在与滑块2微结构表面相对的面上，孔的锥形底面距离滑块2上微结构表面5mm以上，防止破坏滑块2上的微结构。导轨1上的螺纹孔为M6的盲孔，孔位位于滑轨微结构表面相对的面上，孔的锥形底面距离导轨1上微结构表面5mm以上，防止破坏导轨1上的微结构。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims

1.一种耐磨减阻自润滑的滑动装置，包括导轨部分和滑块部分，其特征在于：所述导轨部分和滑块部分分别设有多个相互适配的沟槽，所述沟槽表面涂有聚四氟乙烯层；在所述导轨的端面上设有顺着滑动方向的光栅状微结构沟槽，所述滑块的端面同样构建有顺滑动方向的光栅状微结构沟槽；两排沟槽在实际工作时相互匹配。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨减阻自润滑的滑动装置，其特征在于：设置在所述滑块上的沟槽采用激光刻蚀加工。

3.根据权利要求1所述的一种耐磨减阻自润滑的滑动装置，其特征在于：所述导轨的截面呈两个拼合的“

4.根据权利要求1所述的一种耐磨减阻自润滑的滑动装置，其特征在于：所述导轨上的沟槽的凹陷部分的宽度a为50-500μm，沟槽凸起部分的宽度b为沟槽凹陷部分的宽度a的0.5-1.5倍；凹陷部分的深度不低于100μm。

5.根据权利要求1所述的一种耐磨减阻自润滑的滑动装置，其特征在于：所述滑块上的沟槽凹陷部分尺寸与导轨的沟槽一致，其宽度c为50-500μm，沟槽凸起部分的宽度d为沟槽凹陷部分的宽度c的0.5-1.5倍，凹陷部分的深度不低于100μm。

6.根据权利要求1所述的一种耐磨减阻自润滑的滑动装置，其特征在于：所述滑块的上表面和导轨的下表面设有螺纹孔。