導(dǎo)軌設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、直線軸承與導(dǎo)軌一、概述支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件沿著一定軌跡運(yùn)動(dòng)的零件稱(chēng)為導(dǎo)軌副，也常簡(jiǎn)稱(chēng)為導(dǎo)軌。運(yùn)動(dòng)部件的 運(yùn)動(dòng)軌跡有直線、圓或曲線，滾動(dòng)圓導(dǎo)軌可歸人滾動(dòng)推力軸承，曲線導(dǎo)軌在機(jī)械中極少應(yīng) 用。導(dǎo)軌在機(jī)器中是個(gè)十分重要的部件，在機(jī)床中尤為重要。機(jī)床的加工精度與導(dǎo)軌精度有直 接的聯(lián)系，小批量生產(chǎn)的精密機(jī)床，導(dǎo)軌的加工工作量占整個(gè)機(jī)床加工工作量的40%左右。 而且，導(dǎo)軌一旦損壞，維修十分困難。按運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，所謂導(dǎo)軌就是將運(yùn)動(dòng)構(gòu)件約束到只有一個(gè)自由度的裝置。導(dǎo)軌副中設(shè)在支 承構(gòu)件上的導(dǎo)軌面為承導(dǎo)面，稱(chēng)為靜導(dǎo)軌，它比較長(zhǎng)；另一個(gè)導(dǎo)軌面設(shè)在運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上，稱(chēng) 為動(dòng)導(dǎo)軌，它比較短。具有動(dòng)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件常稱(chēng)為工作臺(tái)、滑

2、臺(tái)、常用導(dǎo)軌面有平面和 圓弧面。圓弧導(dǎo)軌面構(gòu)成圓柱形導(dǎo)軌；不同的平導(dǎo)軌面組合，構(gòu)成矩形導(dǎo)軌面間的摩擦為 滑動(dòng)摩擦者稱(chēng)為滑動(dòng)導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌面間置人滾動(dòng)元件，使摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦者稱(chēng)為滾動(dòng) 導(dǎo)軌。導(dǎo)軌有閉式和開(kāi)式之分，閉式導(dǎo)軌可以承受傾覆力矩，而開(kāi)式導(dǎo)軌則不能。二、導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的基本要求導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的基本要求導(dǎo)向精度導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)構(gòu)件沿導(dǎo)軌承導(dǎo)面運(yùn)動(dòng)時(shí)其運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確程度。影響導(dǎo) 向精度的主要因素有導(dǎo)軌承導(dǎo)面的幾何精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、導(dǎo)軌副的接觸精度、表面 粗糙度、導(dǎo)軌和支承件的剛度、導(dǎo)軌副的油膜厚度及油膜剛度，以及導(dǎo)軌和支承件的熱變 形等。直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的幾何精度一般包括：垂直平面和水平平面內(nèi)的直線度；

3、兩條導(dǎo)軌面間的平 行度。導(dǎo)軌幾何精度可以用導(dǎo)軌全長(zhǎng)上的誤差或單位長(zhǎng)度上的誤差表示。精度保持性精度保持性是指導(dǎo)軌工作過(guò)程中保持原有幾何精度的能力。導(dǎo)軌的精度保 持性主要取決于導(dǎo)軌的耐磨性及其尺寸穩(wěn)定性。耐磨性與導(dǎo)軌副的材料匹配、受力、加工 精度、潤(rùn)滑方式和防護(hù)裝置的性能等因素有關(guān)，另外，導(dǎo)軌及其支承件內(nèi)的殘余應(yīng)力也會(huì) 影響導(dǎo)軌的精度保持性。運(yùn)動(dòng)靈敏度和定位精度運(yùn)動(dòng)靈敏度是指運(yùn)動(dòng)構(gòu)件能實(shí)現(xiàn)的最小行程；定位精度是指運(yùn) 動(dòng)構(gòu)件能按要求停止在指定位置的能力。運(yùn)動(dòng)靈敏度和定位精度與導(dǎo)軌類(lèi)型、摩擦特性、 運(yùn)動(dòng)速度、傳動(dòng)剛度、運(yùn)動(dòng)構(gòu)件質(zhì)量等因素有關(guān)。運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性是指導(dǎo)軌在低速運(yùn)動(dòng)或微量移動(dòng)時(shí)不出現(xiàn)

4、爬行現(xiàn)象的性 能。平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌副材料的匹配、潤(rùn)滑狀況、潤(rùn)滑劑性質(zhì)及導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)之傳動(dòng) 系統(tǒng)的剛度等因素有關(guān)?？拐裥耘c穩(wěn)定性抗振性是指導(dǎo)軌副承受受迫振動(dòng)和沖擊的能力，而穩(wěn)定性是指在給定 的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下不出現(xiàn)自激振動(dòng)的性能。剛度導(dǎo)軌抵抗受力變形的能力。變形將影響構(gòu)件之間的相對(duì)位置和導(dǎo)向精度，這對(duì)于 精密機(jī)械與儀器尤為重要。導(dǎo)軌變形包括導(dǎo)軌本體變形和導(dǎo)軌副接觸變形，兩者均應(yīng)考慮。結(jié)構(gòu)工藝性結(jié)構(gòu)工藝性是指導(dǎo)軌副(包括導(dǎo)軌副所在構(gòu)件)NSK軸承加工的難易程度。在 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，應(yīng)盡量做到制造和維修方便，成本低廉。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：根據(jù)導(dǎo)軌工作條件、承載特性，選擇導(dǎo)軌的

5、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、截面形狀及其組合形式。進(jìn)行導(dǎo)軌的力學(xué)計(jì)算，確定結(jié)構(gòu)尺寸。確定導(dǎo)軌副的間隙、公差和加工精度。選擇導(dǎo)軌材料、摩擦面硬度匹配和表面精加工和熱處理方法。選擇導(dǎo)軌的預(yù)緊載荷，設(shè)計(jì)預(yù)緊載荷的加載方法與裝置。選擇導(dǎo)軌面磨損后的補(bǔ)償方式和調(diào)整裝置。選擇導(dǎo)軌的潤(rùn)滑方式，設(shè)計(jì)潤(rùn)滑系統(tǒng)和防護(hù)裝置。精密導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)原則對(duì)幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度和定位精度要求都較高的精密導(dǎo)軌(如數(shù)控 機(jī)床和測(cè)量機(jī)的導(dǎo)軌)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循如下一些原則：誤差補(bǔ)償原則滿(mǎn)足下列三項(xiàng)要求，以使導(dǎo)軌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)誤差相互補(bǔ)償：導(dǎo)軌間必須設(shè)置中間彈性環(huán)節(jié)，如滾動(dòng)體塑料帶(片)或流體膜等。導(dǎo)軌間要有足夠的預(yù)緊力，以便補(bǔ)償接觸誤差。導(dǎo)軌的制造誤差應(yīng)小于中間

6、彈性體(元件)的變形量。進(jìn)口軸承精度互不干涉原則制造和使用時(shí)導(dǎo)軌的各項(xiàng)精度互不影響才易得到較高的精 度。如：矩形導(dǎo)軌的直線性與側(cè)面導(dǎo)軌的直線性在制造時(shí)互不影響；平T導(dǎo)軌組合導(dǎo)軌橫 向尺寸的變化不會(huì)影響導(dǎo)軌的工作精度。動(dòng)、靜摩擦因數(shù)接近原則設(shè)計(jì)導(dǎo)軌副時(shí)應(yīng)使導(dǎo)軌接觸面的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)盡量接近， 以便獲得高的重復(fù)定位精度和低速平穩(wěn)性，滾動(dòng)導(dǎo)軌、鑲裝塑料板或貼塑料片的普通滑動(dòng) 導(dǎo)軌，摩擦因數(shù)小且靜、動(dòng)摩擦因數(shù)接近。導(dǎo)軌副自動(dòng)貼合原則要使導(dǎo)軌精度高，必須使導(dǎo)軌副有自動(dòng)貼合的特性。水平導(dǎo)軌可 以靠運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的重量來(lái)貼合；其他導(dǎo)軌必須附加彈簧力或者滾輪壓力使其貼合。全部接觸原則固定導(dǎo)軌的長(zhǎng)度必須保證動(dòng)導(dǎo)軌在最大行程的兩個(gè)極限位置，與固定導(dǎo) 軌全長(zhǎng)接觸(不會(huì)超出固定導(dǎo)軌)，以保證在接觸過(guò)程中導(dǎo)軌副始終全部接觸。補(bǔ)償力變