滾動直線導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)

1、直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（含滾動導(dǎo)軌）newmaker1導(dǎo)軌的作用和設(shè)計(jì)要求當(dāng)運(yùn)動件沿著承導(dǎo)件作直線運(yùn)動時，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，即支承運(yùn)動件和保證運(yùn)動件在外力（載荷及運(yùn)動件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進(jìn)行直線運(yùn)動。對導(dǎo)軌的要求如下：1一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動件沿導(dǎo)軌移動的直線性，以及它與有關(guān)基面間的相互位置的準(zhǔn)確性。運(yùn)動輕便平穩(wěn)。工作時，應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速時應(yīng)無爬行現(xiàn)象。3良好的耐磨性。導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌長期使用后，能保持一定的使用精度。導(dǎo)軌在使用過程中要磨損，但應(yīng)使磨損量小，且磨損后能自動補(bǔ)償或便于調(diào)整。足夠的剛度。運(yùn)動件所受的外力， 是由導(dǎo)軌面承受的，故導(dǎo)軌

2、應(yīng)有足夠的接觸剛度。為此,常用加大導(dǎo)軌面寬度，以降低導(dǎo)軌面比壓；設(shè)置輔助導(dǎo)軌，以承受外載。溫度變化影響小。應(yīng)保證導(dǎo)軌在工作溫度變化的條件下，仍能正常工作。結(jié)構(gòu)工藝性好。在保證導(dǎo)軌其它要求的前提下，應(yīng)使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、測量、裝配和調(diào)整，降低成本。不同設(shè)備的導(dǎo)軌，必須作具體分析，對其提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。必須指出，上述六點(diǎn)要求是 相互影響的。2導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)導(dǎo)軌應(yīng)包括下列幾方面內(nèi)容：根據(jù)工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型。選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度。選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度，良好 的耐磨性，以及運(yùn)動輕便和平穩(wěn)。選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置

3、，經(jīng)長期使用后，通過調(diào)整能保持需要的導(dǎo)向精度。選擇合理的潤滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。制訂保證導(dǎo)軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，以及熱處理、精加工和測量方法等。3導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.滑動導(dǎo)軌（1）基本形式（見圖21-10）圖 21-10三角形導(dǎo)軌：該導(dǎo)軌磨損后能自動補(bǔ)償，故導(dǎo)向精度高。它的截面角度由載荷大小及導(dǎo)向要求而定，一般為90為增加承載面積，減小比壓，在導(dǎo)軌高度不變的條件下，采用較大的 頂角（110。120。）；為提高導(dǎo)向性，采用較小的頂角（60。如果導(dǎo)軌上所受的力，在兩個方向上的分力相差很大，應(yīng)采用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌面。矩

4、形導(dǎo)軌：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗(yàn)和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應(yīng)用廣泛。但它的導(dǎo)向精度沒有三角形導(dǎo)軌高；導(dǎo)軌間隙需用壓板或鑲條調(diào)整，且磨損后需重新調(diào)整。燕尾形導(dǎo)軌：燕尾形導(dǎo)軌的調(diào)整及夾緊較簡便，用一根鑲條可調(diào)節(jié)各面的間隙，且高度小，結(jié)構(gòu)緊湊；但制造檢驗(yàn)不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運(yùn)動速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的場合。圓形導(dǎo)軌：制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔珩磨可達(dá)精密的配合，但磨損后不能調(diào)整間隙。為防止轉(zhuǎn)動，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場合。(2)常用導(dǎo)軌組合形式三角形和矩形組合： 這種組合形式以三角導(dǎo)軌為導(dǎo)向面，導(dǎo)向精

5、度較高，而平導(dǎo)軌的工藝性好，因此應(yīng)用最廣。這種組合有V-平組合、棱-平組合兩種形式。V-平組合導(dǎo)軌易儲存潤滑油，低、高速都能采 用；棱-平組合導(dǎo)軌不能儲存潤滑油，只用于低速移動。見圖21-11。圖 21-11為使導(dǎo)軌移動輕便省力和兩導(dǎo)軌磨損均勻，驅(qū)動元件應(yīng)設(shè)在三角形導(dǎo)軌之下，或偏向三角形導(dǎo)軌。矩形和矩形組合：承載面和導(dǎo)向面分開，因而制造和調(diào)整簡單。導(dǎo)向面的間隙用鑲條調(diào)整,接觸剛度低。見圖 21-12。圖 21-12雙三角形導(dǎo)軌：由于采用對稱結(jié)構(gòu)， 兩條導(dǎo)軌磨損均勻， 磨損后對稱位置位置不變，故加工 精度影響小。接觸剛度好，導(dǎo)向精度高，但工藝性差，四個表面刮削或磨削也難以完全接觸， 如果運(yùn)動部件

6、熱變形不同，也不能保證四個面同時接觸，故不宜用在溫度變化大的場合。(3 )間隙調(diào)整為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過小，會增加摩擦阻力；間隙過大，會降低導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的間隙如依靠刮研來保證，要廢很大的勞動量， 而且導(dǎo)軌經(jīng)過長期使用后，會因磨損而增大間隙，需要及時調(diào)整，故導(dǎo)軌應(yīng)有間隙調(diào)整裝置。矩形導(dǎo)軌需要在垂直和水平兩個方向上調(diào)整間隙。在垂直方向上，一般采用下壓板調(diào)整它的低面間隙，其方法有：a )刮研或配磨下壓板的結(jié)合面；b )用螺釘調(diào)整鑲條位置；c)改變墊片的片數(shù)或厚度；見圖21-13。在水平方向上，常用平鑲條或斜鑲條調(diào)整它的側(cè)面間隙。見圖21-14。圓形導(dǎo)軌的間隙不

7、能調(diào)整。圖 21-13圖 21-14(4 )夾緊裝置有些導(dǎo)軌（如非水平放置的導(dǎo)軌） 在移動之后要求將它的位置固定，因而要用專用的鎖（夾）緊裝置。常用的鎖緊方式有機(jī)械鎖緊和液壓鎖緊。見圖21-15。2-詡幣兒伴3-儀賞塊仁5-槪梁6-橫刀E 7H-.板（5 ）提高耐磨性措施導(dǎo)軌的使用壽命取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量、熱處理方法，以及使用與維護(hù)。提高導(dǎo)軌的耐磨性，使其在較長的時間內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度，就能延長設(shè)備的使用壽命。 提高導(dǎo)軌耐磨性的措施有：1）選擇合理的比壓 單位面積上的壓力成為比壓，即p=P/S （公斤/厘米2）式中P-作用在導(dǎo)軌上的力（公斤）S-導(dǎo)軌的支承面積（厘米 2）由上式可

8、知，要減小導(dǎo)軌的比壓， 應(yīng)減輕運(yùn)動部件的重量和增大導(dǎo)軌支承面的面積。減小兩導(dǎo)軌面之間的中心距，可以減小外形尺寸和減輕運(yùn)動部件的重量。但減小中心距受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制，同時中心距太小，將導(dǎo)致運(yùn)動不穩(wěn)定。降低導(dǎo)軌比壓的另一辦法， 是采用卸荷裝置， 即在導(dǎo)軌載荷的相反方向， 增加彈簧或液壓作 用力，以抵消導(dǎo)軌所承受的部分載荷。2）選擇合適材料 目前常采用的導(dǎo)軌材料有以下幾種：鑄鐵 - 導(dǎo)軌與承導(dǎo)件或運(yùn)動件鑄成一體，其材料常用灰口鑄鐵。它具有成本低，工藝性好，熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。在潤滑和防護(hù)良好的情況下，具有一定的耐磨性。常用的是HT200HT400，硬度以HB=180200較為合適。適當(dāng)增加鑄鐵中含碳量

9、和含磷量，減少含硅量， 可提高導(dǎo)軌的耐磨性。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求， 可使用耐磨鑄鐵， 如高磷鑄鐵，硬 度為 HB=180 220，耐磨性能比灰口鑄鐵高一倍左右。若加入一定量的銅和鈦，成為磷銅 鈦鑄鐵， 其耐磨性比灰口鑄鐵高兩倍左右。 但高磷系鑄鐵的脆性和鑄造應(yīng)力較大， 易產(chǎn)生裂 紋，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)蔫T造工藝。此外，還可使用低合金鑄鐵及稀土鑄鐵。鋼-要求較高的或焊接機(jī)架上的導(dǎo)軌，常用淬火的合金鋼制造。淬硬的鋼導(dǎo)軌的耐磨性比普 通灰鑄鐵高 510 倍。常用的有 20Cr 鋼滲碳淬火和 40Cr 高頻淬火。鋼導(dǎo)軌鑲接的方法有：螺釘連接，應(yīng)使螺釘不受剪切；為避免導(dǎo)軌上有孔（孔內(nèi)積存贓物而加速磨損）

10、，一般采用 倒裝螺釘。結(jié)構(gòu)上不便于從下面伸入螺釘固定時，可采用如圖21-16 所示的方法。螺釘固緊后，將六角頭磨平，使導(dǎo)軌上的螺釘孔和螺釘頭之間沒有間隙。用環(huán)氧樹脂膠接，膠接面之間的間隙不超過0.25毫米。膠粘導(dǎo)軌具有一定的膠接剛度和強(qiáng) 度，尚有一定的抗沖擊性能，工藝簡單，成本較低。塑料-用聚四氟乙烯為基材，添加不同的填充劑作為導(dǎo)軌材料。它具有耐磨、抗振以及動、 靜摩擦系數(shù)低（0.04 ），可消除低速爬行現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的效果。3）熱處理 為提高鑄鐵導(dǎo)軌的耐磨性，常對導(dǎo)軌表面進(jìn)行淬火處理。表面淬火方法有：火焰 淬火、高頻淬火和電接觸淬火。4）潤滑和防護(hù) 潤滑油能使導(dǎo)軌間形成一層極薄的

11、油膜，阻止或減少導(dǎo)軌面直接接觸，減小摩擦和磨損，以延長導(dǎo)軌的使用壽命。同時，對低速運(yùn)動，潤滑可以防止爬行”；對高速運(yùn)動，可減少摩擦熱，減少熱變形。導(dǎo)軌潤滑的方式有澆杯、油杯、手動油泵和自動潤滑等。導(dǎo)軌的防護(hù)裝置用來防止切削、灰塵等贓物落到導(dǎo)軌表面，以免使導(dǎo)軌擦傷、生銹和過早的磨損。為此，在運(yùn)動導(dǎo)軌端部安裝刮板；采用各種式樣的防護(hù)罩，使導(dǎo)軌不外露等辦法。（6）結(jié)構(gòu)尺寸的驗(yàn)算1） 校核溫度變化對導(dǎo)軌間隙的影響 導(dǎo)軌在溫度變化較大的環(huán)境中工作，應(yīng)在選定精度和配 合后，作導(dǎo)軌間隙驗(yàn)算。為了保證工作時不致卡住，導(dǎo)軌的最小間隙應(yīng)大于或等于零，即min 0導(dǎo)軌的最小間隙用下式計(jì)算：min=Dmi n1+ a

12、k（t-to）-dmax1+ az（t-to） （mm）式中t-工作溫度（C）t0-制造時溫度（C）Dmin- 包容件在 t0 時的最小尺寸（ mm ）dmax- 被包容件在 t0 時的最大尺寸（ mm ）ak包容件材料的線膨脹系數(shù)（1/ C ）az被包容件材料的線膨脹系數(shù)（1/ C ）為保證導(dǎo)向精度，導(dǎo)軌的最大間隙 max應(yīng)小于或等于允許值，即 maxc max導(dǎo)軌的最大間隙用下式計(jì)算：max=Dmax1+a k（t-t0）-dmin1+ az（t-t0） （mm）式中 Dmax- 包容件在 t0 時的最大尺寸（ mm ） dmin- 被包容件在 t0 時的最小尺寸（ mm）2）不自鎖條件和

13、導(dǎo)軌間隙計(jì)算當(dāng)初定導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式和尺寸后， 應(yīng)注意作用力的方向和作用點(diǎn)的位置， 力求使導(dǎo)軌的傾斜 力矩小，否則使導(dǎo)軌的摩擦力增大， 磨損加快，從而降低導(dǎo)軌的靈活性和導(dǎo)向精度，甚至回 使導(dǎo)軌卡住。其驗(yàn)算公式見表 21-6。表 21-6受力情況不自鎖條件件用力拄導(dǎo)桃的詁繪軸尙力Fa-D運(yùn)動件的毎平面內(nèi)且石尋軌的cm7 Fa/ Igos Y -Ls i n Pfl+L) /L的最述丸J作HP F平行于號軌2 rT/L1 A為伐甲軌巽柚與導(dǎo)軌的算離n/L(1/1 rTL護(hù)值小一為W對于i型和癢形導(dǎo)執(zhí)可R/L (2一滑渤摩,對于m那導(dǎo)軌，寸取A/L （L5匚仃丿兀時于磁嵐型導(dǎo)軌，可v-ro服 A/L (

14、145?-a，-2.滾動導(dǎo)軌在承導(dǎo)件和運(yùn)動件之間放入一些滾動體（滾珠、滾柱或滾針），使相配的兩個導(dǎo)軌面不直接接觸的導(dǎo)軌，稱為滾動導(dǎo)軌。滾動導(dǎo)軌的特點(diǎn)是摩擦阻力小，運(yùn)動輕便靈活；磨損小，能長期保持精度；動、靜摩擦系數(shù) 差別小，低速時不易出現(xiàn)”爬行現(xiàn)象，故運(yùn)動均勻平穩(wěn)。因此，滾動導(dǎo)軌在要求微量移動和 精確定位的設(shè)備上，獲得日益廣泛的運(yùn)用。滾動導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是： 導(dǎo)軌面和滾動體是點(diǎn)接觸或線接觸，抗振性差，接觸應(yīng)力大， 故對導(dǎo)軌的表面硬度要求高；對導(dǎo)軌的形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高。(1)結(jié)構(gòu)形式滾珠導(dǎo)軌-圖示21-17為V-平截面的滾珠導(dǎo)軌、雙V形截面的滾珠導(dǎo)軌和圓形截面滾珠導(dǎo)軌。 由于滾珠和導(dǎo)軌面

15、是點(diǎn)接觸，故運(yùn)動輕便，但剛度低，承載能力小。常用于運(yùn)動件重量、載 荷不大的場合。圖 21-17滾柱(滾針)導(dǎo)軌-滾柱導(dǎo)軌中的滾柱與導(dǎo)軌面是線接觸，故它的承載能力和剛度比滾珠導(dǎo)軌大，耐磨性較好，靈活性稍差。如圖21-18，滾柱對導(dǎo)軌的不平度較敏感，容易產(chǎn)生側(cè)向偏移和滑動，而使導(dǎo)軌的阻力增加，磨損加快，精度降低。滾柱的直徑越大，對導(dǎo)軌的不平 度越為敏感。當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸受限制時，可采用直徑較小的滾柱，這種導(dǎo)軌稱為滾針導(dǎo)軌。滾柱導(dǎo)軌支承為標(biāo)準(zhǔn)部件，具有安裝、潤滑簡單，調(diào)整防護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)如圖21-19所示。由于滾柱在封閉的滾道內(nèi)滾動，故可用于行程很大的導(dǎo)軌上。12 3 4滾動導(dǎo)軌支撐1-本體2-滾柱

16、3-導(dǎo)向片4-反射器滾柱導(dǎo)軌可采用標(biāo)準(zhǔn)的滾動軸承，裝在偏心軸上，如圖21-20所示，以便于調(diào)整。其偏心量一般取0.2-0.5毫米。圖 21-20（2）滾動導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的一般問題1）結(jié)構(gòu)形式的選擇：滾動導(dǎo)軌按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分為開式和閉式兩種。開式滾動導(dǎo)軌用于外加載荷作用在兩條導(dǎo)軌中間， 依靠運(yùn)動件本身重量即可保持導(dǎo)軌良好接觸的場合。閉式導(dǎo)軌則相反。滾珠導(dǎo)軌的靈活性最好， 結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但承載能力小，剛度低，常用于精度要求高、 運(yùn)動靈活、輕載的場合。滾柱（針）導(dǎo)軌剛度大，承載能力強(qiáng)，但對位置精度要求高。滾動 導(dǎo)軌采用標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，潤滑方便。宜用于中等精度的場合。為了增 加滾動導(dǎo)

17、軌的承載能力，可施預(yù)加載荷。這時剛度大，且沒有間隙，精度相應(yīng)提高，但阻尼 比無預(yù)加載荷時大，制造復(fù)雜，成本高。故多用于精密導(dǎo)軌。2）選擇長度：一般應(yīng)在滿足導(dǎo)軌運(yùn)動行程的前提下，盡可能使導(dǎo)軌的長度短一些。為防止?jié)L動體在行程的極端位置時脫落，運(yùn)動件的長度應(yīng)為L=l+2a+Smax/2式中L-運(yùn)動件或承導(dǎo)件的長度，計(jì)算時取較短者的長度（毫米）；3）滾動導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法：如圖21-22所示,I-支承點(diǎn)的距離（毫米）；a-在極端位置時的余量；如圖 21-21。Q 亠 SmaxSnoix/2 + oiSmax/2采用循環(huán)式的滾動導(dǎo)軌支承時，運(yùn)動件的行程長度不受限制。滾動體尺寸和數(shù)目：滾動體直徑大，承載能

18、力大，摩擦阻力小。對于滾珠導(dǎo)軌，滾珠直徑增 大，剛度增高（滾柱導(dǎo)軌的剛度與滾柱直徑無關(guān)）。因此，如果不受結(jié)構(gòu)的限制，應(yīng)有限選 用尺寸較大的滾動體。滾針導(dǎo)軌的摩擦阻力較大，且滾針可能產(chǎn)生滑動。所以盡可能不采用滾針導(dǎo)軌（特別是滾針 直徑小于4毫米時）。當(dāng)滾動體的數(shù)目增加時，導(dǎo)軌的承載能力和剛度也增加。但滾動體的數(shù)目不宜太多，過多會增加載荷在滾動體上分布的不均勻性，剛度反而下降。若滾動體數(shù)目太少， 制造誤差將會顯著地影響運(yùn)動件的導(dǎo)向精度。一般在一個滾動帶歸上，滾動體的數(shù)目最少為12個。經(jīng)驗(yàn)表明：運(yùn)動部件的重量，使?jié)L柱單位長度上的載荷q4公斤/厘米時；對于滾珠導(dǎo)軌，在每個滾珠上的載荷為p3 （d） 1/2公斤時，（d為滾珠直徑，毫米），載荷的分布比較均勻。在滾柱導(dǎo)軌中，增加滾柱的長度，可減小接觸應(yīng)力和增大剛度，但載荷分布的不均勻性也增 大。對于鋼制摸削導(dǎo)軌，滾柱導(dǎo)軌和直徑之比l/d1.5，對于鑄鐵導(dǎo)軌，l/d可增大些（滾柱直徑一般不小于6毫米，滾針直徑不小于 4毫米）。圖 21-22(a)當(dāng)工作臺往復(fù)移動時，工作臺壓在兩端滾動體上的壓力會發(fā)生變化，受力大的滾動體變 形大，受力小的滾動體變形小。當(dāng)導(dǎo)軌在位置I時，兩端滾動體受力相等， 工作臺保持水平;當(dāng)導(dǎo)軌移動到位置n或川時，兩端滾動體受力不相等，變形不一致，使工作