1、作者:日期:直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計（含轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌）1導(dǎo)軌的作用和設(shè)計要求A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正確性。2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。4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。5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。6“結(jié)構(gòu)工藝性好。在保證導(dǎo)軌其它要求的條件下，應(yīng)使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、丈量、裝配和調(diào)整，降低本錢。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)計的主要內(nèi)容設(shè)計導(dǎo)軌應(yīng)包括下列幾方面內(nèi)容：1根據(jù)工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型。2如選擇導(dǎo)軌的截面外形，以保證導(dǎo)向精度。3.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)。4選擇導(dǎo)軌的

3、補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長期使用后,通過調(diào)整能保持需要的導(dǎo)向精度。5.選擇公道的潤滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。6.制訂保證導(dǎo)軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧希约盁崽幚?、精加工和丈量方法等?導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計a1.滑動導(dǎo)軌（1）基本形式（見圖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。）；為進(jìn)步導(dǎo)向性，采用較小的頂角（60。）。假如導(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

4、直于導(dǎo)軌面。矩形導(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a三角形和矩形組合：這種組合形式以三角導(dǎo)軌為導(dǎo)

5、向面，導(dǎo)向精度較高，而平導(dǎo)軌的工藝I-,.性好，因此應(yīng)用最廣。A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。a雙三角形導(dǎo)軌:由于采用對稱結(jié)構(gòu)，兩條為使導(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a圖21-13圖21-14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，假如運(yùn)動部件熱變

6、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：&）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。a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)軌的間隙不能調(diào)整。匕

7、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。Ii!li=nW盤兒I卜亦塊1.釦射刀聚圧擔(dān)（5）進(jìn)步耐磨性措施導(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)。進(jìn)步導(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。進(jìn)步導(dǎo)軌耐磨性的措施有：1）選擇公道的比壓單位面積上的壓力成為比壓，即叩=P/S（公斤/厘米2）a式中P-作用在導(dǎo)軌上的力（公斤）/導(dǎo)軌的支承面積（厘米2）由上式可知，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

8、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。金降低導(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對選擇合適材料目前常采用的導(dǎo)軌材料有以下幾種：鑄鐵一導(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。它具有本錢低，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)增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可進(jìn)步導(dǎo)軌的耐磨性。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，可使

9、用耐磨鑄鐵，如高磷鑄鐵，硬度為HB=180220,耐磨性能比灰口鑄鐵高一倍左右。若加進(jìn)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。金此外，還可使用低合金鑄鐵及稀土鑄鐵。a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。a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），一般采用倒裝螺釘。結(jié)構(gòu)上不便于從下面伸進(jìn)螺釘固定時，可采用如圖2116所示的方法。螺釘固緊后，將六角頭磨平

10、，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，本錢較低。A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對熱處理為進(jìn)步鑄鐵導(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

11、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。金導(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)軌不過露等辦法。63)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)大于或即是零，即AminnO金導(dǎo)軌的最小間隙用下式計算:Amin=Dmin1+(t-t0)dmax1+az(t)1(mm)式中t工作溫度(9)述0制造時溫度(P)ADmin包容件在t0時的最小尺寸(mm)dma

12、x-被包容件在to時的最大尺寸(mm)ak-包容件材料的線膨脹系數(shù)(1/9)az-被包容件材料的線膨脹系數(shù)(1/C)a為保證導(dǎo)向精度，導(dǎo)軌的最大間隙Amax應(yīng)小于或即是答應(yīng)值，即Amax4公斤/厘米時;對于滾珠導(dǎo)軌，在每個滾珠上的載荷為p3（d）l/2公斤時，（d為滾珠直徑，毫米），載荷的分布比較均勻。a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，1/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）。3）轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法：如圖所示，a）當(dāng)工作臺往復(fù)移動時，工作臺壓在兩端轉(zhuǎn)動

13、體上的壓力會發(fā)生變化受力大的轉(zhuǎn)動體變形大，受力小的轉(zhuǎn)動體變形小。當(dāng)導(dǎo)軌在位置I時，兩端轉(zhuǎn)動體受力相等，工作臺保持水平;當(dāng)導(dǎo)軌移動到位置II或III時,兩端轉(zhuǎn)動體受力不相等,變形不一致,使工作臺傾斜a角,由此造成誤差。此外，轉(zhuǎn)動體支承工作臺，若工作臺剛度差，見下圖，則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會使工作臺下凹（有時還可能出現(xiàn)波浪形），影響導(dǎo)軌的精度。1JLJT/1QLr-2/10L屮J-j(tinm斤罕.3斤3昭rfL3涉Jok3/10L港動悴丟托雨工非合的I術(shù)1r二P工柞臺KffiS為減小導(dǎo)軌變形，進(jìn)步剛度，除公道選擇轉(zhuǎn)動體的外形、尺寸、數(shù)目和適當(dāng)增加工作臺的厚度外，常用預(yù)加載荷的辦法來進(jìn)步導(dǎo)軌的剛度。圖21-18所示的燕尾形轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌，用移動導(dǎo)軌板獲得并控制預(yù)加載荷。金試驗(yàn)證實(shí):隨著過盈量的增加，導(dǎo)軌的剛度開始急劇增加，達(dá)到一定程度后，再增加過盈量，剛度不會明顯進(jìn)步。牽引力隨著過盈量增加而增大，但在一定限度內(nèi)變化不大，過盈量超過一定值后，則急劇增加。因此，公道的過盈量應(yīng)使導(dǎo)軌剛度較好而牽引力不大。4）技術(shù)要求：導(dǎo)軌的質(zhì)量取決于它的制造精度和安裝精度，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)使用要求，制定出轉(zhuǎn)動導(dǎo)軌的若干技術(shù)條件,下列項目和數(shù)據(jù)可供參考