機電裝備設(shè)計(9)資料第一頁，共44頁。4.6導軌的類型及基本要求4.61功用和分類

功用：使運動部件沿一定的軌跡(直線或圓周)運動，并承受運動部件上的載荷即起導向和承載作用。在導軌副中，運動的一方稱作運動導軌，不動的一方稱作支承導軌。支承導軌用以支承和約束運動導軌，使之按功能要求作正確運動。第二頁，共44頁。按運動導軌的軌跡分：直線運動導軌副：一個直線運動自由度圓周運動導軌副：一個旋轉(zhuǎn)自由度按導軌面間的摩擦特性分：滑動摩擦導軌副：是基礎(chǔ)滾動摩擦導軌副：導向精度高液體摩擦導軌副：吸振性好，摩擦系數(shù)小 導軌面間有一層油膜，實現(xiàn)液體摩擦，導軌間不相互接觸，摩擦因數(shù)為0.0005～0.0010，不會磨損，有利于保持導軌的導向精度，在低速下不宜產(chǎn)生爬行，在機床上得到廣泛應(yīng)用。

分類第三頁，共44頁。按結(jié)構(gòu)形式分：開式導軌和閉式導軌開式導軌：●必須借助于運動件的自重或外載荷，保證在一定的空間位置和受力狀態(tài)下，運動導軌和支承導軌的工作面保持可靠的接觸，從而保證運動導軌的規(guī)定運動。●結(jié)構(gòu)簡單，但不能承受較大顛覆力矩的作用。第四頁，共44頁。閉式導軌：借助導軌副本身的封閉式結(jié)構(gòu)，保證在變化的空間位置和受力狀態(tài)下，運動導軌和支承導軌的工作面都能始終保持可靠的接觸，從而保證運動導軌的規(guī)定運動。

第五頁，共44頁。4.6.2導軌副應(yīng)滿足的要求1、導向精度

定義：運動導軌的實際運動方向與給定運動方向之間的偏差。影響導向精度的主要因素：導軌的幾何精度、導軌的結(jié)構(gòu)形式、裝配質(zhì)量、導軌及其支承件的剛度和熱變形等。2、接觸精度定義：導軌副摩擦表面的實際接觸面積占理論接觸面積的百分比。3、精度保持性主要由導軌的耐磨件決定。影響因素有磨損性質(zhì)、載荷狀況、導軌材料、工藝方法和潤滑防護條件等。4、低速運動平穩(wěn)性

低速運動速度可達0.05mm/min。5、剛度

6、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好等。(刮研)第六頁，共44頁。4.7滑動導軌4.7.1材料與熱處理1.對導軌材料的要求和匹配●材料應(yīng)具有良好的耐磨件、摩擦因數(shù)小和動靜摩擦因數(shù)差??；●加工和使用時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，工藝性和尺寸穩(wěn)定性好及成本低等性能；●導軌副應(yīng)盡量由不同材料組成，如果選用相同材料，應(yīng)采用不同的熱處理或不同的硬度；●通常動導軌用較軟、耐磨性低的材料，固定導軌用較硬和耐磨材料制造。第七頁，共44頁。導軌材料匹配及其相對壽命導軌材料及熱處理相對壽命導軌材料及熱處理相對壽命鑄鐵/鑄鐵鑄鐵/淬火鑄鐵鑄鐵/淬火鋼12~3＞2淬火鑄鐵/淬火鑄鐵鑄鐵/鍍鉻或噴涂鉬鑄鐵塑料/鑄鐵4~53~48注：導軌材料前邊為動導軌，后面為定導軌第八頁，共44頁。2.導軌材料與熱處理鑄鐵（灰鑄鐵、孕育鑄鐵、耐磨鑄鐵）鑄鐵是一種成本低、有良好的減振性和耐磨性、易于鑄造和切削加工的金屬材料。灰鑄鐵：應(yīng)用最多的灰鑄鐵是HT200，鑄鐵—鑄鐵的導軌摩擦副適用于需要手工刮研的導軌；對加工精度保持性要求不高的中等精度和運動速度低的導軌。孕育鑄鐵：在鐵水中加入少量孕育劑硅和鋁而構(gòu)成的孕育鑄鐵，可使鑄件獲得到均勻的強度和硬度。耐磨鑄鐵：

高磷鑄鐵、磷銅鈦鑄鐵和釩鈦鑄鐵。高磷鑄鐵是指磷的質(zhì)量分數(shù)高于0.3％的鑄鐵、耐磨性比孕育鑄鐵提高1倍多。磷銅鈦鑄鐵和釩鈦鑄鐵是提高機床導軌耐磨性的好材料。具有力學性能好、耐磨性比孕育鑄鐵高1.5～2.0倍、鑄鐵質(zhì)量容易控制等優(yōu)點，但成本較高。目前多用于精密機床。第九頁，共44頁。

鑄鐵導軌的淬火

○接觸電阻淬火淬硬深度很淺，對導軌耐磨性提高的幅度不大。○感應(yīng)淬火有高頻與中頻感應(yīng)加熱淬火兩種，硬度可達45～55HRC，耐磨性可提高近兩倍。中頻加熱淬硬層較深，可達2～3mm。高頻與中頻淬火后的導軌面要進行磨削加工?；鹧姹砻娲慊鸬膶к壱虼阌矊由疃箤к壞湍バ杂休^大的提高，但淬火后的變形較大，增加了磨削加工量。第十頁，共44頁。鋼：采用淬火鋼和氮化鋼的鑲鋼導軌，可大幅度地提高導軌的耐磨性。鑲鋼導軌材料有幾類：①合金工具鋼或軸承鋼，牌號為9Mn2V、GrWMn、GGrl5等。整體淬硬，硬度≥60HRC；②高碳工具鋼，牌號為T8A、T10A等，整體淬硬，硬度≥58HRC；③中碳鋼。牌號為45或40Cr，整體淬硬，硬≥48HRC；④低碳鋼，牌號為20Cr，滲碳淬硬，硬度≥61HRC；⑤氮化鋼，牌號為38CrMoAlA以，氮化處理，表面硬度≥850HV。

第十一頁，共44頁。有色金屬

用于鑲裝導軌的有色金屬板的材料，主要有：錫青銅ZCuSn6Pb6Zn3、鋁青銅ZCuAL9Mn2和鋅合金ZZnAl-10-5等。多用于重型機床的動導軌上，與鑄鐵的支撐導軌相配偶，用于防止撕傷、保證運動的平穩(wěn)性和提高移動精度。

從摩擦狀態(tài)和耐磨性來看:鋁青銅ZCuAl9Mn2≈錫青銅ZCuSn6Pb6Zn3

>ZZnAl-10-5高，但鋅合金的抗撕傷能力比較強。從成本來看鋅合金ZZnAl-10-5<鋁青銅ZCuAl9Mn2<錫青銅ZCuSn6Pb6Zn3第十二頁，共44頁。高分子材料鑲裝高分子材料導軌具有摩擦因數(shù)低、耐磨性好、抗損傷能力強、低速時不易出現(xiàn)爬行、加工性和化學穩(wěn)定性好、工藝簡單和成本低等優(yōu)點，在各類機床的動導軌上都有應(yīng)用，在精密、數(shù)控和重型機床動導軌上的應(yīng)用在逐漸增多。塑料導軌可與不淬硬的鑄鐵導軌組成對偶摩擦副，也可與鑲鋼導軌組成對偶摩擦副。第十三頁，共44頁。4.7.2結(jié)構(gòu)形式

a)凸矩形b)凹矩形

矩形導軌：剛度高，加工、檢驗和維修都較方便的優(yōu)點。但矩形導軌存在側(cè)向間隙，導向性差。矩形導軌適用于載荷較大而導向性要求略低的機床。矩形導軌的承載面(頂面)和導向面(側(cè)面)分開，精度保持性較好。導向面磨損量直接影響導向精度。凹矩形導軌易存潤滑油，但也易積灰塵污物，必須進行防護。直線運動導軌：第十四頁，共44頁。a)凸三角形b)凹三角形

三角形導軌：承載面與導向面重合，磨損量能自動補償，導向精度較高。頂角在60～120度內(nèi)變化，頂角越小，導向精度越高，但摩擦力也越大?！粜№斀怯糜谳p載精密機械，大頂角用于大型機械；◆凸三角形支承導軌，不易積存切屑，不易存留潤滑油，適用于不易防護、速度較低的進給運動導軌；◆凹三角形支承導軌，能得到較充足的潤滑，除用于精密與大型機床的進給導軌外，還可用于主運動導軌，但是必須很好地防護，以免落入切屑和灰塵。第十五頁，共44頁。

a)凸燕尾形b)凹燕尾形

燕尾形導軌：在承受顛覆力矩的條件下高度較小，用于多坐標多層工作臺，使總高度減小。◆加工、維修較困難，磨損后不能自動補償；◆可用鑲條來調(diào)整間隙，結(jié)構(gòu)緊湊。上三種導軌形狀均由直線組成，稱為棱柱面導軌。第十六頁，共44頁。a)凸圓形b)凹圓形

圓形導軌：制造方便，工藝性好，但磨損后難于調(diào)整間隙。多用于只承受軸向力的部件，如立式導軌。

天津海特直線軸承第十七頁，共44頁。直線運動導軌的組合形式：雙矩形組合：兩條矩形導軌的組合突出了矩形導軌承載能力較大的特點，但導向性稍差。多用于普通精度的機床和重型機床?！鹩梢粭l導軌的兩側(cè)導向時，為窄式組合；○分別由兩條導軌的外側(cè)導向時，為寬式組合。○導軌受熱膨脹時寬式組合的矩形導軌比窄式變形量大，調(diào)整時應(yīng)留較大的側(cè)向間隙，因而導向性較差。雙矩形導軌窄式組合比寬式用得更多一些。第十八頁，共44頁。雙三角組合：兩條三角形導軌的組合突出了三角形導軌的優(yōu)缺點。○導向性和精度保持性；○由于超定位，加工、檢驗和維修都比較困難?！鸲嘤糜诰纫筝^高的機床，如絲杠車床、單柱坐標鏜床和齒輪加工機床等。第十九頁，共44頁。矩--三角組合：兼有導向性好、制造方便和剛度高的優(yōu)點，承載能力優(yōu)于雙三角組合，導向性優(yōu)于雙矩形組合，工藝性介于二者之間，應(yīng)用廣泛。

雙圓柱導軌：常用于只受軸向力的場合，如拉床、攻螺紋機和機械手等。第二十頁，共44頁。旋轉(zhuǎn)運動的導軌：平面環(huán)形導軌只能承受軸向載荷，因而必須與主軸聯(lián)合使用，由主軸來承受徑向載荷。這種導軌適用于由主軸定心的各種回轉(zhuǎn)運動導軌的機床，例如立式車床。2．錐面導軌母線傾角在15度～45度范圍內(nèi)變化，常取30度。除軸向載荷外還能承受一定的徑向載荷。1．平面環(huán)形導軌承載能力大、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性較好、制造方便的優(yōu)點。第二十一頁，共44頁。雙錐面(v形)導軌

除軸向載荷和徑向載荷外，能承受一定顛覆力矩。其缺點是工藝性差，在與主軸聯(lián)合使用時既要保證導軌面的接觸，又要保證導軌面與主軸的同心是相當困難的，因此有被平面環(huán)形導軌取代的趨勢。

20度～70度第二十二頁，共44頁。4.7.3導軌壓強計算：◆分析導軌面上的受力和比壓；◆探討合適的導軌結(jié)構(gòu)，減小導軌的比壓；◆力求磨損均勻，使導軌結(jié)構(gòu)上保證磨損后對加工精度影響盡可能的??；◆磨損后能調(diào)整間隙。第二十三頁，共44頁。比壓計算：許用壓強的選擇方法，見表5-2（導軌的許用壓強）第二十四頁，共44頁。4.7.4靜壓導軌工作原理與靜壓軸承相同。在導軌的油腔中通入一定壓強的潤滑油，使動導軌微微抬起，在導軌面間充滿潤滑油所形成的油膜，使導軌處于純液體摩擦狀態(tài)。優(yōu)點：①靜壓油膜使導軌面分開，導軌即使在起動和停止階段也沒有磨損，精度保持性好。②靜壓導軌的油膜較厚，有均化誤差的作用，可以提高精度。③摩擦因數(shù)很小，大大降低傳動功率，減少摩擦發(fā)熱。④低速移動準確、均勻，運動平穩(wěn)性好。⑤與滾動導軌相比，靜壓的油膜具有吸振作用。缺點：①結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，增加了液壓設(shè)備。②調(diào)整比較麻煩。

多用于精密級和高精度級機床的進給運動和低速運動導軌。第二十五頁，共44頁。第二十六頁，共44頁。4.8卸荷導軌設(shè)計機械卸荷導軌導軌上的一部分載荷由支承在輔助導軌面4上的滾動軸承3承受。卸荷力的大小通過螺釘1和碟形彈簧2調(diào)節(jié)。卸荷點的數(shù)目取決于動導軌的載荷和卸荷系數(shù)的大小。為了減小滾動軸承的支承軸的中心線與支承導軌面不平行的影響，可以采用自動調(diào)心的球面軸承。

第二十七頁，共44頁。卸荷導軌的特點和應(yīng)用：○采用卸荷導軌可以減輕支承導軌的負荷和降低導軌的靜摩擦因數(shù)；○提高導軌的耐磨性和低速運動的平穩(wěn)性，減少或防止爬行；○手動操作的部件采用卸荷導軌后，可使操作輕便；○卸荷導軌由于導軌面仍然是直接接觸的，剛度較高?！鹦逗蓪к壎嘤糜谝缶雀吆徒佑|剛度高的機床。○導軌的卸荷方式有液壓卸荷、機械卸荷和氣壓卸荷，其中液壓和機械卸荷方式應(yīng)用較多。第二十八頁，共44頁。4.9滾動導軌設(shè)計

滾動導軌是在靜、動導軌面之間放置滾動體如滾珠、滾柱、滾針或滾動導軌塊而構(gòu)成的。滾動導軌與滑動導軌相比具有以下特點。(1)摩擦因數(shù)小(0.003～0.005)，運動靈活；(2)動、靜摩擦因數(shù)很接近，因而起動阻力小，低速運動平穩(wěn)性好，且不易發(fā)生爬行(3)可以預(yù)緊，剛度高。第二十九頁，共44頁。(4)壽命長。(5)精度高。定位精度可達0.1~0.2μm，重復(fù)精度可達0.2μm。(6)潤滑方便，可以采用潤滑脂，一次裝填，長期使用。(7)由專業(yè)廠生產(chǎn)，可外購選用。(8)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、制造比較困難、成本比較高。(9)抗振和抗沖擊能力差，對灰塵屑末較敏感，必須有良好的防護裝置。第三十頁，共44頁。第三十一頁，共44頁。滾動導軌設(shè)計舉例：第三十二頁，共44頁。第三十三頁，共44頁。第三十四頁，共44頁。第三十五頁，共44頁。PC是當量載荷求導軌的額定壽命：第三十六頁，共44頁。計算額定動載荷，根據(jù)算出的額定動載荷，查產(chǎn)品的手冊，選出最終的導軌型號，本例中為：HJG-DA20A型的滾動導軌副。

第三十七頁，共44頁。4.10潤滑與防護、提高耐磨性的措施潤滑的目的：降低摩擦力以提高機械效率；減少磨損以延長壽命；降低溫度以改善工作條件；防止生誘。潤滑的要求：保證按規(guī)定供應(yīng)清潔的潤滑油，油量可以調(diào)節(jié)，盡量采用自動和強制潤滑，潤滑元件可靠第三十八頁，共44頁。潤滑油的選擇導軌常用的潤滑劑有潤滑油