《直线滚动导轨》由会员分享,可在线阅读,更多相关《直线滚动导轨(83页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、滚动直线导轨,第一组 冬 2016.3.22,导向支撑机构用于保证运动部件沿着一定的轨迹(直线或圆)运动,并承受运动部件上的载荷。,简 介,导向支承部件的作用是:,1)支承,2)限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。,常见的支撑机构主要有导轨、轴系及床身等,这里我们主要介绍导轨中的滚动直线导轨。,一、导轨副的组成、种类及其应满足的条件,1、导轨副的组成 承导件(支承导轨、静导轨) 运动件(运动导轨、动导轨),支承导轨用以支承和约束运动导轨,使之按功能要求作正确的运动。,导轨副,(1)按运动轨迹分 直线运动导轨副 回转运动导轨副,2、导轨副的分类,直线运动导轨副,回转运动导轨副,(2
2、)按接触面的摩擦性质分,三角形 矩形 燕尾形 圆形,(3)按导轨副的截面形状分,每种又分为凸形和凹形,对称三角形,燕尾形,矩形,圆形,(4)按结构特点分为,开式导轨 闭式导轨,开式导轨,借助重力或弹簧力保证运动件与承导面之间的接触。,闭式导轨:,只靠导轨本身的结构形式保证运动件与承导面之间的接触。,3、导轨副应满足的基本要求,(1)导向精度高,影响导向精度的因素:,导轨的结构 导轨的几何精度和接触精度 导轨的配合间隙 油膜厚度和油膜刚度(静压导轨) 导轨和基础件的刚度 热变形,(2)刚性好,导轨的刚度即抵抗载荷的能力。,(3)精度的保持性,提高导轨的精度保持性方法:,正确的润滑与保护; 对于滑
3、动导轨,采用贴塑导轨;,(4)运动的灵活性和低速运动的平稳性,减小摩擦可以提高系统运动的灵活性和低速运动的平稳性;,为防止爬行现象的出现,可同时采取以下几项措施:,采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、贴塑导轨等; 在普通导轨上使用含有极性添加剂的导轨油; 用减小结合面、增大结构尺寸、缩短传动链、减少传动副等方法来提高传动系统的刚度。,(5)对温度的敏感性和结构工艺性,导轨对温度变化的敏感性,主要取决于导轨材料和导轨配合间隙的选择;,结构工艺性是指系统在正常工作条件下,应力求结构简单,制造容易,装拆、调整、维修及检测方便,从而最大限度的降低成本。,直线导轨,一般为二种,一种是滚动式,一种是滑动式,
4、滚动直线滑轨是一种滚动导引,它由钢珠在滑块与滑轨之间作无限滚动循环,使得负载平台能沿着滑轨轻易的以高精度作线性运动,其摩擦系数可降至传统滑动导引的1/50,使之能轻易地达到m级的定位精度。,滚动直线导轨的分类 a.按滚动体的形状分类,a.滚珠导轨:点接触,灵敏度高,刚度小,承载能力差。与滚珠接触的导轨面可为直线形或圆形,后者刚度和承载能力提高,但是摩擦增大。,b.滚柱导轨:线接触,刚度和承载能力都有所提高,但导轨的制造精度要求高,可将滚珠做成腰鼓形。,c.滚针导轨:高度小,结构紧凑,排列紧凑,承载能力大,但摩擦增大,精度较低。,d.滚珠滚柱组合导轨:在导轨方向上,滚珠滚柱交替放置,滚珠直径比滚
5、柱稍大,轻载时滚珠灵巧转动,重载时滚珠稍有变形,部分载荷由滚柱承担。,e.滚珠长圆柱滚动导轨:长圆柱固定在运动件上,滚珠装在导轨的V形槽内,制造精度要求较低。,1)滚珠导轨,各滚动体类型的特点,摩擦小,但承载能力差,刚度低,不能承受大的颠覆力矩和水平力。 适用于载荷不超过200N的小型部件,特点:,2)滚柱导轨,承载能力和刚度比滚珠导轨副要高,导向性能也高; 对安装精度的要求较高,特点:,3)滚针导轨,特点: 承载力比滚柱导轨大,但安装精度要求更高,适用于结构尺寸受限制的机床,b.按导轨截面形状分类,右左图所示为四方向等载荷式,导轨截面为矩形,承载时各方向受力大小相等。梯形截面如右图所示,导轨
6、能承受较大的垂直载荷,而其它方向的承载能力较低,但对于安装基准的误差调节能力较强。,c. 按滚道沟槽形状分类,有单圆弧和双圆弧二种,见右图。单圆弧沟槽为二点接触,如右上图所示。双圆弧沟槽为四点接触,如右下图所示。前者运动摩擦和安装基准平均作用比后者要小,但其静刚度比后者稍差。,滚动导轨是在导轨面之间放置滚珠、滚柱、滚针等滚动体,使导轨面之间的滑动摩擦变成为滚动摩擦。,一、原理,二、直线滚动导轨副的特点,优点,摩擦系数小(0.0030.005)运动灵活; 不易出现爬行; 可以预紧,刚度高; 寿命长 精度高; 润滑方便 由专业厂生产,可以外购选用,缺点,抗振性差,接触应力大; 对导轨的表面硬度、表
7、面形状精度和滚动体的尺寸精度要求高 结构复杂,制造困难,成本高; 对脏物比较敏感,必须有良好的防护装置。,导向精度 耐磨性 刚度 工艺性,三、对滚动导轨的基本要求,滚动导轨特别适用于机床的工作部件要求移动均匀、运动灵敏及定位精度高的场合。,四、适用场合,静导轨,动导轨,五结构形式,滑块,滑轨,滚动体,线性滑轨组成,回流系统 滚动体保持器 防尘机构 刮油片,回流系统 滚动体保持器 防尘机构 刮油片,六、滚动直线导轨的其他系统的功能,回流系统:端盖 一组线性滑轨有两个端盖组件,分别搭接在滑块两端而成为一道封闭的滚动体循环管路,简单来说就是让滚动体转弯的管路,滚动体保持器 在滑块未套上滑轨前,用来支
8、撑着滚动体,不至于掉离滑块,防尘机构 底部防尘片,装设于滑块下方,达到密封的功能,防止粉尘及切削侵入滚动体的循环路径,刮油片 装设在滑块两侧最外端达到密封的功能,防止粉尘及切削侵入滚动体的循环路径,七、导轨的材料 导轨的材料选择在满足以上要求的同时还应具备较高的强度、良好的工艺性、成本低、环境温度改变时的尺寸稳定性等,常见材料如下: 1)铸铁:灰铸铁(HT20-40),孕育铸铁(HT30-54),合金铸铁 铸铁导轨的热处理方法,通常有接触电阻淬火(借助与工件接触的电极(高导电材料的滚轮)通电后,因接触电阻而加热工件表面随之快速冷却的淬火工艺)和中高频感应淬火(使工件表面产生一定的感应电流,迅速
9、加热零件表面,然后迅速淬火的一种金属热处理方法)。接触电阻淬火,淬硬层为0.150.2mm。硬度可达HRC55。中高频感应淬火,淬硬层为23mm,硬度可达HRC4855,耐磨性可提高二倍,但在导轨全长上依次淬火易产生变形,同时淬火需要相应的设备。,2)钢:镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上。常用的钢有:9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr等采用表面淬火或整体淬硬处理,硬度为52-58HRC;20Cr、20CrMnTi、15等渗碳淬火,渗碳淬硬至56-62HRC;38CrMoAlA等采用氮化处理。 3)有色金属: 常用的有色金属有黄铜HPb59-l;锡青铜ZCuSn6Pb
10、3Zn6,铝青铜ZQAl9-2和锌合金ZZn-Al10-5,超硬铝LC4、铸铝ZL106等。其中以铝青铜较好。 4)塑料: 镶装塑料导轨具有耐磨性好(但略低于铝青铜),抗振性能好,工作温度适应范围广(-200+260),抗撕伤能力强,动、静摩擦系数低、差别小,可降低低速运动的临界速度,加工性和化学稳定性好,工艺简单,成本低等优点。缺点是压缩变形较大,易蠕变。塑料导轨多与不淬火的铸铁导轨搭配。,常见的塑料有:,聚四氟乙烯软带: 摩擦系数低,动静摩擦系数相近,低速运动稳定性好,不易产生爬行。摩擦系数一般为 0.03-0.05,耐磨系数为0.03-0.05。缺点是粘结时保持平整较为困难。,复合材料导
11、轨板:具有良好的摩擦特性,又有一定的刚性和导热性,自润滑性能也较好,但是成本较高。,其他涂料:棉纶和酚醛夹布塑料等,这些材料 撕伤能力强。,耐磨涂料:常见的是环氧树脂耐磨涂料(适用 于导轨修复)和含氟耐磨涂料等。,八、滚动导轨的预紧,目的:提高刚度,预紧的方法:,采用过盈配合 采用调整元件,1)采用过盈配合,2)采用调整元件,九、滚动直线导轨的有关计算 循环式直线导轨副的承载能力用额定动载荷Ca和额定静载荷Coa表示。其额定寿命L用下式计算:,式中: 额定寿命(km); 行程长度(m); 每分钟往复次数; 小时为单位的额定寿命。,额定动载荷Ca:,式中: 钢球直径(mm); 钢球循环系列数;
12、钢座的有效长度(mm); 接触角,45 有效接触的钢球数; 倾斜角,0 额定动载荷(N)。 适应比系数,额定静载荷Coa:,额定寿命L与额定动载荷Ca的关系式可表示为:,其中: 实际工作载荷(kN); 指数,滚珠, 滚子 额定寿命单位,滚珠, 滚子 硬度系数, 温度系数,查表1; 接触系数,查表2; 精度系数,查表3; 载荷系数,查表4;,请多指教! 谢 谢!,直线运动导轨副 回转运动导轨副,导轨副的分类(按运动轨迹分),表1 温度系数,表2 接触系数,表3 精度系数,表4 载荷系数,六、滚动导轨设计的一般问题,1、结构形式的选择: 滚动导轨按其结构特点,分为开式和闭式两种。开式滚动导轨用于外
13、加载荷作用在两条导轨中间,依靠运动件本身重量即可保持导轨良好接触的场合。闭式导轨则相反。 滚珠导轨的灵活性最好,结构简单,制造容易,但承载能力小,刚度低,常用于精度要求高、运动灵活、轻载的场合。滚柱(针)导轨刚度大,承载能力强,但对位置精度要求高。滚动导轨采用标准滚动轴承,结构简单,制造容易,润滑方便。宜用于中等精度的场合。为了增加滚动导轨的承载能力,可施预加载荷。这时刚度大,且没有间隙,精度相应提高,但阻尼比无预加载荷时大,制造复杂,成本高。故多用于精密导轨。,2、选择长度: 一般应在满足导轨运动行程的前提下,尽可能使导轨的长度短一些。 为防止滚动体在行程的极端位置时脱落,运动件的长度应为
14、L=l+2a+Smax/2 式中L-运动件或承导件的长度,计算时取较短者的长度(毫米); l-支承点的距离(毫米); 在极端位置时的余量;如图21-21。,采用循环式的滚动导轨支承时,运动件的行程长度不受限制。 滚动体尺寸和数目:滚动体直径大,承载能力大,摩擦阻力小。对于滚珠导轨,滚珠直径增大,刚度增高(滚柱导轨的刚度与滚柱直径无关)。因此,如果不受结构的限制,应有限选用尺寸较大的滚动体。 滚针导轨的摩擦阻力较大,且滚针可能产生滑动。所以尽可能不采用滚针导轨(特别是滚针直径小于4毫米时)。 当滚动体的数目增加时,导轨的承载能力和刚度也增加。但滚动体的数目不宜太多,过多会增加载荷在滚动体上分布的
15、不均匀性,刚度反而下降。若滚动体数目太少,制造误差将会显著地影响运动件的导向精度。一般在一个滚动带归上,滚动体的数目最少为12个。经验表明:运动部件的重量,使滚柱单位长度上的载荷q4公斤/厘米时;对于滚珠导轨,在每个滚珠上的载荷为p3(d)1/2公斤时,(d为滚珠直径,毫米),载荷的分布比较均匀。 在滚柱导轨中,增加滚柱的长度,可减小接触应力和增大刚度,但载荷分布的不均匀性也增大。对于钢制摸削导轨,滚柱导轨和直径之比l/d1.5,对于铸铁导轨,l/d可增大些(滚柱直径一般不小于6毫米,滚针直径不小于4毫米)。,3、滚动导轨刚度及预紧方法:如图所示,,当工作台往复移动时,工作台压在两端滚动体上的
16、压力会发生变化,受力大的滚动体变形大,受力小的滚动体变形小。当导轨在位置时,两端滚动体受力相等,工作台保持水平;当导轨移动到位置或时,两端滚动体受力不相等,变形不一致,使工作台倾斜角,由此造成误差。此外,滚动体支承工作台,若工作台刚度差,见图21-23,则在自重和载荷作用下产生弹性变形,会使工作台下凹(有时还可能出现波浪形),影响导轨的精度。,为减小导轨变形,提高刚度,除合理选择滚动体的形状、尺寸、数量和适当增加工作台的厚度外,常用预加载荷的办法来提高导轨的刚度。燕尾形滚动导轨,用移动导轨板获得并控制预加载荷。 试验证明:随着过盈量的增加,导轨的刚度开始急剧增加,达到一定程度后,再增加过盈量,刚度不会显著提高。牵引力随着过盈量增加而增大,但在一定限度内变化不大,过盈量超过一定值后,则