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1、直线导轨的构造设计（含滚动导轨）nwmakr1 导轨的作用和设计规定 当运动件沿着承导件作直线运动时，承导件上的导轨起支承和导向的作用,即支承运动件和保证运动件在外力（载荷及运动件自身的重量）的作用下,沿给定的方向进行直线运动。对导轨的规定如下:1.一定的导向精度。导向精度是指运动件沿导轨移动的直线性,以及它与有关基面间的互相位置的精确性。 2运动轻便平稳。工作时，应轻便省力，速度均匀，低速时应无爬行现象。 3.良好的耐磨性。导轨的耐磨性是指引轨长期使用后,能保持一定的使用精度。导轨在使用过程中要磨损，但应使磨损量小,且磨损后能自动补偿或便于调节。 4.足够的刚度。运动件所受的外力,是由导轨面
2、承受的,故导轨应有足够的接触刚度。为此，常用加大导轨面宽度,以减少导轨面比压;设立辅助导轨,以承受外载。 5.温度变化影响小。应保证导轨在工作温度变化的条件下，仍能正常工作。 .构造工艺性好。在保证导轨其他规定的前提下，应使导轨构造简朴，便于加工、测量、装配和调节，减少成本。 不同设备的导轨，必须作具体分析,对其提出相应的设计规定。必须指出,上述六点规定是互相影响的。 2 导轨设计的重要内容 设计导轨应涉及下列几方面内容： 1.根据工作条件,选择合适的导轨类型。2.选择导轨的截面形状，以保证导向精度? 3.选择合适的导轨构造及尺寸,使其在给定的载荷及工作温度范畴内，有足够的刚度,良好的耐磨性，
3、以及运动轻便和平稳。 4.选择导轨的补偿及调节装置，经长期使用后，通过调节能保持需要的导向精度。选择合理的润滑措施和防护装置,使导轨有良好的工作条件,以减少摩擦和磨损。.制定保证导轨所必须的技术条件,如选择合适的材料,以及热解决、精加工和测量措施等。 3导轨的构造设计1. 滑动导轨 （1)基本形式(见图21-) 图2-10三角形导轨：该导轨磨损后能自动补偿，故导向精度高。它的截面角度由载荷大小及导向规定而定，一般为9。为增长承载面积，减小比压,在导轨高度不变的条件下,采用较大的顶角(110120）；为提高导向性,采用较小的顶角（0)。如果导轨上所受的力,在两个方向上的分力相差很大，应采用不对称
4、三角形，以使力的作用方向尽量垂直于导轨面。 矩形导轨:长处是构造简朴，制造、检查和修理以便；导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。但它的导向精度没有三角形导轨高;导轨间隙需用压板或镶条调节,且磨损后需重新调节。 燕尾形导轨:燕尾形导轨的调节及夹紧较简便,用一根镶条可调节各面的间隙，且高度小,构造紧凑；但制造检查不以便，摩擦力较大，刚度较差。用于运动速度不高,受力不大,高度尺寸受限制的场合。 圆形导轨：制造以便,外圆采用磨削，内孔珩磨可达精密的配合,但磨损后不能调节间隙。为避免转动,可在圆柱表面开键槽或加工出平面,但不能承受大的扭矩。宜用于承受轴向载荷的场合。 （2)常用导轨组合形式 三角
5、形和矩形组合：这种组合形式以三角导轨为导向面，导向精度较高,而平导轨的工艺性好,因此应用最广。 这种组合有V-平组合、棱平组合两种形式。V-平组合导轨易储存润滑油,低、高速都能采用;棱-平组合导轨不能储存润滑油，只用于低速移动。见图1-1。 图21-11为使导轨移动轻便省力和两导轨磨损均匀，驱动元件应设在三角形导轨之下，或偏向三角形导轨。 矩形和矩形组合:承载面和导向面分开,因而制造和调节简朴。导向面的间隙用镶条调节，接触刚度低。见图21-12。 图1双三角形导轨：由于采用对称构造，两条导轨磨损均匀,磨损后对称位置位置不变，故加工精度影响小。接触刚度好，导向精度高，但工艺性差，四个表面刮削或磨
6、削也难以完全接触，如果运动部件热变形不同,也不能保证四个面同步接触,故不适宜用在温度变化大的场合。(3）间隙调节 为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持合适的间隙。间隙过小，会增长摩擦阻力；间隙过大，会减少导向精度。导轨的间隙如依托刮研来保证,要废很大的劳动量,并且导轨通过长期使用后,会因磨损而增大间隙，需要及时调节,故导轨应有间隙调节装置。 矩形导轨需要在垂直和水平两个方向上调节间隙。在垂直方向上,一般采用下压板调节它的低面间隙,其措施有：a）刮研或配磨下压板的结合面;b）用螺钉调节镶条位置；c）变化垫片的片数或厚度；见图1-13。 在水平方向上,常用平镶条或斜镶条调节它的侧面间隙。见图
7、21-14。 圆形导轨的间隙不能调节。 图211图21-1（4）夹紧装置 有些导轨(如非水平放置的导轨）在移动之后规定将它的位置固定,因而要用专用的锁(夹）紧装置。常用的锁紧方式有机械锁紧和液压锁紧。见图-15。（5)提高耐磨性措施导轨的使用寿命取决于导轨的构造、材料、制造质量、热解决措施，以及使用与维护。提高导轨的耐磨性，使其在较长的时间内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。提高导轨耐磨性的措施有： 1)选择合理的比压 单位面积上的压力成为比压,即p=PS（公斤/厘米2） 式中P作用在导轨上的力（公斤)S-导轨的支承面积(厘米2) 由上式可知，要减小导轨的比压,应减轻运动部件的重量和
8、增大导轨支承面的面积。减小两导轨面之间的中心距,可以减小外形尺寸和减轻运动部件的重量。但减小中心距受到构造尺寸的限制，同步中心距太小,将导致运动不稳定。 减少导轨比压的另一措施，是采用卸荷装置,即在导轨载荷的相反方向，增长弹簧或液压作用力，以抵消导轨所承受的部分载荷。 2）选择合适材料 目前常采用的导轨材料有如下几种： 铸铁- 导轨与承导件或运动件铸成一体,其材料常用灰口铸铁。它具有成本低，工艺性好，热稳定性高等长处。在润滑和防护良好的状况下，具有一定的耐磨性。常用的是H20HT00,硬度以HB=18020较为合适。合适增长铸铁中含碳量和含磷量,减少含硅量,可提高导轨的耐磨性。若灰口铸铁不能满
9、足耐磨性规定，可使用耐磨铸铁，如高磷铸铁，硬度为H=80220,耐磨性能比灰口铸铁高一倍左右。若加入一定量的铜和钛，成为磷铜钛铸铁,其耐磨性比灰口铸铁高两倍左右。但高磷系铸铁的脆性和锻造应力较大,易产生裂纹,应采用合适的锻造工艺。 此外，还可使用低合金铸铁及稀土铸铁。 钢规定较高的或焊接机架上的导轨，常用淬火的合金钢制造。淬硬的钢导轨的耐磨性比一般灰铸铁高51倍。常用的有20r钢渗碳淬火和40r高频淬火。 钢导轨镶接的措施有：螺钉连接，应使螺钉不受剪切；为避免导轨上有孔（孔内积存赃物而加速磨损）,一般采用倒装螺钉。构造上不便于从下面伸入螺钉固定期，可采用如图1-6所示的措施。螺钉固紧后，将六角
10、头磨平，使导轨上的螺钉孔和螺钉头之间没有间隙。 图2-6用环氧树脂胶接，胶接面之间的间隙不超过5毫米。胶粘导轨具有一定的胶接刚度和强度，尚有一定的抗冲击性能,工艺简朴，成本较低。 塑料-用聚四氟乙烯为基材,添加不同的填充剂作为导轨材料。它具有耐磨、抗振以及动、静摩擦系数低(0.4），可消除低速爬行现象，在实际应用中获得良好的效果。3)热解决 为提高铸铁导轨的耐磨性，常对导轨表面进行淬火解决。表面淬火措施有:火焰淬火、高频淬火和电接触淬火。 4)润滑和防护 润滑油能使导轨间形成一层极薄的油膜，制止或减少导轨面直接接触,减小摩擦和磨损,以延长导轨的使用寿命。同步，对低速运动，润滑可以避免爬行；对高
11、速运动，可减少摩擦热,减少热变形。 导轨润滑的方式有浇杯、油杯、手动油泵和自动润滑等。 导轨的防护装置用来避免切削、灰尘等赃物落到导轨表面,以免使导轨擦伤、生锈和过早的磨损。为此,在运动导轨端部安装刮板;采用多种式样的防护罩,使导轨不外露等措施。 (6) 构造尺寸的验算 1)校核温度变化对导轨间隙的影响 导轨在温度变化较大的环境中工作，应在选定精度和配合后，作导轨间隙验算。为了保证工作时不致卡住，导轨的最小间隙应不小于或等于零,即mn0 导轨的最小间隙用下式计算：mi=Din+k(t-t0)-dax1+z(t-t0) (mm）式中t工作温度(） t0-制造时温度(） Din-包容件在t0时的最
12、小尺寸（m) dax-被包容件在0时的最大尺寸（mm） 包容件材料的线膨胀系数(1/C) z-被包容件材料的线膨胀系数(1C) 为保证导向精度,导轨的最大间隙max应不不小于或等于容许值，即mxma 导轨的最大间隙用下式计算: ma=Dmx1+k(t-t0）-din1+z(t0) (mm） 式中 max-包容件在0时的最大尺寸() dmn-被包容件在0时的最小尺寸(mm) 2)不自锁条件和导轨间隙计算当时定导轨的构造形式和尺寸后，应注意作用力的方向和作用点的位置,力求使导轨的倾斜力矩小，否则使导轨的摩擦力增大，磨损加快,从而减少导轨的灵活性和导向精度，甚至回使导轨卡住。其验算公式见表21-6。
13、 表21-6 2.滚动导轨 在承导件和运动件之间放入某些滚动体（滚珠、滚柱或滚针)，使相配的两个导轨面不直接接触的导轨，称为滚动导轨。 滚动导轨的特点是摩擦阻力小，运动轻便灵活;磨损小，能长期保持精度；动、静摩擦系数差别小，低速时不易浮现爬行现象,故运动均匀平稳。因此，滚动导轨在规定微量移动和精拟定位的设备上,获得日益广泛的运用。 滚动导轨的缺陷是：导轨面和滚动体是点接触或线接触，抗振性差，接触应力大，故对导轨的表面硬度规定高；对导轨的形状精度和滚动体的尺寸精度规定高。 (1)构造形式 滚珠导轨-图示2-17为平截面的滚珠导轨、双形截面的滚珠导轨和圆形截面滚珠导轨。由于滚珠和导轨面是点接触,故
14、运动轻便,但刚度低，承载能力小。常用于运动件重量、载荷不大的场合。 图1-17滚柱（滚针)导轨滚柱导轨中的滚柱与导轨面是线接触,故它的承载能力和刚度比滚珠导轨大,耐磨性较好,灵活性稍差。如图118,滚柱对导轨的不平度较敏感，容易产生侧向偏移和滑动，而使导轨的阻力增长,磨损加快，精度减少。滚柱的直径越大,对导轨的不平度越为敏感。图21-18当构造尺寸受限制时，可采用直径较小的滚柱，这种导轨称为滚针导轨。 滚柱导轨支承为原则部件,具有安装、润滑简朴，调节防护容易等长处。其构造如图21-19所示。由于滚柱在封闭的滚道内滚动，故可用于行程很大的导轨上。滚动导轨支撑 1-本体2-滚柱 -导向片 4-反射
15、器滚柱导轨可采用原则的滚动轴承,装在偏心轴上，如图21-0所示，以便于调节。其偏心量一般取.2-5毫米。 图21-0（)滚动导轨设计的一般问题 1)构造形式的选择：滚动导轨按其构造特点，分为开式和闭式两种。开式滚动导轨用于外加载荷作用在两条导轨中间，依托运动件自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佳，构造简朴,制造容易,但承载能力小,刚度低，常用于精度规定高、运动灵活、轻载的场合。滚柱(针)导轨刚度大，承载能力强,但对位置精度规定高。滚动导轨采用原则滚动轴承，构造简朴，制造容易，润滑以便。宜用于中档精度的场合。为了增长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，尽量使导轨的长度短某些。 为避免滚动体在行程的极端位置时脱落，运动件的长度应为L=l+a+Smax/式中L-运
