直線導(dǎo)軌選型培訓(xùn)教程課件.ppt

機(jī)械設(shè)計(jì),第十八章,直線導(dǎo)軌,第一節(jié)概述第二節(jié)滑動(dòng)導(dǎo)軌第三節(jié)滾動(dòng)導(dǎo)軌,返回章目錄,第一節(jié)概述,直線導(dǎo)軌的作用是支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件按給定的方向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件形成一對(duì)導(dǎo)軌副。,設(shè)在支承部件2上的配合面稱為靜導(dǎo)軌；設(shè)在運(yùn)動(dòng)部件1上的配合面稱為動(dòng)導(dǎo)軌。,具有動(dòng)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)部件常稱為工作臺(tái)、滑臺(tái)、滑板、導(dǎo)靴、頭架等。,按摩擦性質(zhì)分,一、導(dǎo)軌的分類,滑動(dòng)導(dǎo)軌,靜壓導(dǎo)執(zhí)動(dòng)壓導(dǎo)軌普通滑動(dòng)導(dǎo)軌,滾動(dòng)導(dǎo)軌,滾珠導(dǎo)軌滾柱導(dǎo)軌滾針導(dǎo)軌滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌,兩導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)是滑動(dòng)摩擦,兩導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)是滾動(dòng)摩擦,按受力情況分,必須借助于外力才能保證動(dòng)、靜導(dǎo)軌面間的接觸,開式導(dǎo)軌,閉式導(dǎo)軌,依靠導(dǎo)軌本身的幾何形狀保證動(dòng)、靜導(dǎo)軌面間的接觸,導(dǎo)向精度指運(yùn)動(dòng)部件按給定方向作直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度。精度保持性指導(dǎo)軌在工作過程中保持原有幾何精度的能力。運(yùn)動(dòng)精度包括低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無爬行、定位準(zhǔn)確。足夠的剛度在載荷的作用下，導(dǎo)軌的變形不應(yīng)超過允許值。結(jié)構(gòu)工藝性好導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、便于制造、檢驗(yàn)和調(diào)整，從而降低成本。具有良好的潤(rùn)滑和防護(hù)裝置,二、導(dǎo)軌的基本要求,根據(jù)機(jī)器的工作條件、性能特點(diǎn)、精度要求，選擇導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型、導(dǎo)軌截面形狀。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、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)緊載荷的加載方式與裝置。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。,三、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)程序及內(nèi)容,第二節(jié)滑動(dòng)導(dǎo)軌,滑動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)、靜導(dǎo)軌面直接接觸。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、接觸剛度大；缺點(diǎn)是摩擦阻力大、磨損快、低速運(yùn)動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。,1、導(dǎo)軌截面的基本形式,一、滑動(dòng)導(dǎo)軌的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用,V形導(dǎo)軌,導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，故導(dǎo)向精度較高。它的截面角度由載荷大小及導(dǎo)向要求而定，一般為90。,矩形導(dǎo)軌,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和修理較易。矩形導(dǎo)軌可以做得較寬，因而承載能力和剛度較大，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，用鑲條調(diào)整時(shí)，會(huì)降低導(dǎo)向精度。,燕尾形導(dǎo)軌,主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整間隙方便。缺點(diǎn)是幾何形狀比較復(fù)雜，難于達(dá)到很高的配合精度，并且導(dǎo)軌中的摩擦力較大，運(yùn)動(dòng)靈活性較差，因此，通常用在結(jié)構(gòu)尺寸較小及導(dǎo)向精度與運(yùn)動(dòng)靈活性要求不高的場(chǎng)合。,圓形導(dǎo)軌,圓形導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)軌面的加工和檢驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，易于獲得較高的精度；缺點(diǎn)是導(dǎo)軌間隙不能調(diào)整，特別是磨損后間隙不能調(diào)整和補(bǔ)償，閉式圓形導(dǎo)軌對(duì)溫度變化比較敏感。,為防止轉(zhuǎn)動(dòng)，可在圓柱表面開槽或加工出平面,開槽制出平面,雙V形組合,兩條導(dǎo)軌同時(shí)起著支承和導(dǎo)向作用，故導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度高，承載能力大，兩條導(dǎo)軌磨損均勻，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，精度保持性好。但這種導(dǎo)軌的制造、檢驗(yàn)和維修都比較困難，因?yàn)樗笏膫€(gè)導(dǎo)軌面都均勻接觸，刮研勞動(dòng)量較大。此外，這種導(dǎo)軌對(duì)溫度變化比較敏感。,2、常用導(dǎo)軌的組合形式,一條導(dǎo)軌往往不能承受力矩載荷，故通常都采用兩條導(dǎo)軌來承受載荷和進(jìn)行導(dǎo)向。常用滑動(dòng)導(dǎo)軌的組合形式有：,V形和平面形組合,這種組合保持了雙V形組合導(dǎo)向精度高、承載能力大的特點(diǎn)，避免了由于熱變形所引起的配合狀況的變化，且工藝性比雙V形組合導(dǎo)軌大為改觀，因而應(yīng)用很廣。缺點(diǎn)是兩條導(dǎo)軌磨損不均勻，磨損后不能自動(dòng)調(diào)整間隙。,矩形和平面形組合,承載能力高，制造簡(jiǎn)單。間隙受溫度影響小，導(dǎo)向精度高。容易獲得較高的平行度。側(cè)導(dǎo)向面間隙用鑲條調(diào)整，側(cè)向接觸剛度較低。,雙矩形組合,特點(diǎn)與矩形和平面形組合相同，但導(dǎo)向面之間的距離較大，側(cè)向間隙受溫度影響大，導(dǎo)向精度較矩形和平面形組合差。,燕尾形和矩形組合,能承受傾覆力矩，用矩形導(dǎo)軌承受大部分壓力，用燕尾形導(dǎo)軌作側(cè)導(dǎo)向面，可減少壓板的接觸面。調(diào)整間隙簡(jiǎn)便。,V形和燕尾形組合,組合成閉式導(dǎo)軌的接觸面較少，便于調(diào)整間隙。V形導(dǎo)軌起導(dǎo)向作用，導(dǎo)向精度高。加工和測(cè)量都比較復(fù)雜。,雙圓形組合,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，圓柱面既是導(dǎo)向面又是支承面。對(duì)兩導(dǎo)軌的平行度要求嚴(yán)。導(dǎo)軌剛度較差，磨損后不易補(bǔ)償。,圓形和矩形組合,矩形導(dǎo)軌可用鑲條調(diào)整，對(duì)圓形導(dǎo)軌的位置精度要求較雙圓形組合要求低。,二、導(dǎo)軌間隙的調(diào)整,為了保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動(dòng)表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過小會(huì)增大摩擦力，間隙過大又會(huì)降低導(dǎo)向精度。為此常采用鑲條和壓板來調(diào)整導(dǎo)軌的間隙。,平鑲條,1、鑲條,楔形鑲條,2、壓板,（a）用磨或刮壓板的結(jié)合面來調(diào)整；（b）用改變墊片的厚度來調(diào)整,三、滑動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算,1、壓強(qiáng)驗(yàn)算,導(dǎo)軌的失效形式主要是磨損，而導(dǎo)軌的磨損又與導(dǎo)軌表面的壓強(qiáng)密切相關(guān)。,（1）導(dǎo)軌面上的壓強(qiáng),假設(shè)：導(dǎo)軌本身剛度大于接觸剛度，只考慮接觸變形對(duì)壓強(qiáng)的影響；接觸變形和壓強(qiáng)沿導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向線性分布，沿導(dǎo)軌寬度方向均勻分布。,當(dāng)導(dǎo)軌面上作用有法向力F和傾覆力矩M時(shí),最大壓強(qiáng),最小壓強(qiáng),平均壓強(qiáng),（2）導(dǎo)軌面上的最大壓強(qiáng),當(dāng)M/(FL)1/6時(shí)，主導(dǎo)軌面上的最小壓強(qiáng)為負(fù)，應(yīng)采用輔助導(dǎo)軌面和壓板。此種情況下，主導(dǎo)軌面上的最大壓強(qiáng)可按下式計(jì)算,當(dāng)導(dǎo)軌上只有傾覆力矩作用時(shí)（F=0），考慮間隙、剛度的影響，取,式中，Km為考慮壓板和輔助導(dǎo)軌面的影響系數(shù)，見圖1810；為間隙影響系數(shù)，見圖1811（a）。,系數(shù)Km根據(jù)參數(shù)m按表182選取，KD系數(shù)根據(jù)參數(shù)m和按圖1811（b）選取。,（3）輔助導(dǎo)軌面上的壓強(qiáng),當(dāng)導(dǎo)軌面上作用有法向力F和傾覆力矩M時(shí)，輔助導(dǎo)軌面最大壓強(qiáng)可按下式計(jì)算,式中，pmax是主導(dǎo)軌面上的最大壓強(qiáng)；K是系數(shù)，其值見圖1812。,當(dāng)導(dǎo)軌面上只作用有傾覆力矩M時(shí)，輔助導(dǎo)軌面上的最大壓強(qiáng)可按下式計(jì)算,式中系數(shù)K查表182。,2019/12/15,23,可編輯,（4）許用壓強(qiáng),為了保證導(dǎo)軌有足夠的耐磨性，設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，應(yīng)使導(dǎo)軌面上的平均壓強(qiáng)不超過許用平均壓強(qiáng)，最大壓強(qiáng)不超過許用最大壓強(qiáng)，即,不同工作條件下導(dǎo)軌的許用壓強(qiáng)值不同。鑄鐵導(dǎo)軌的許用平均壓強(qiáng)和許用最大壓強(qiáng)見表183，鋼導(dǎo)軌可將表中數(shù)值提高2030。,2、運(yùn)動(dòng)部件不被卡住的條件,保證運(yùn)動(dòng)部件不被卡住的條件是,當(dāng)dL很小時(shí)，上式fVd/L項(xiàng)可略去，則有,當(dāng)H=0時(shí)，即驅(qū)動(dòng)力F的作用點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)部件的軸線上，可得運(yùn)動(dòng)部件正常運(yùn)動(dòng)的條件為,為了保證運(yùn)動(dòng)靈活，建議設(shè)計(jì)時(shí)取,當(dāng)H及a均為零時(shí)，即驅(qū)動(dòng)力F通過運(yùn)動(dòng)件軸線，可得F=Fa，此時(shí)驅(qū)動(dòng)力不會(huì)產(chǎn)生附加的摩擦力，導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)靈活性最好，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求符合這種情況。,當(dāng)a=0時(shí)，即驅(qū)動(dòng)力F平行于運(yùn)動(dòng)部件軸線，可得,3、導(dǎo)軌主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定,增大動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度L，有利于提高導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度和運(yùn)動(dòng)靈活性，但卻使運(yùn)動(dòng)部件的尺寸和重量加大。因此，設(shè)計(jì)時(shí)一般取L=(1.21.8)a，其中a為兩導(dǎo)軌之間的距離。如結(jié)構(gòu)允許，則可取La。靜導(dǎo)軌的長(zhǎng)度則主要取決于動(dòng)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度及工作行程。,導(dǎo)軌的主要尺寸有動(dòng)導(dǎo)軌L和靜導(dǎo)軌的長(zhǎng)度、導(dǎo)軌寬度b、兩導(dǎo)軌之間的距離a等。,導(dǎo)軌寬度b可根據(jù)導(dǎo)軌面上的壓強(qiáng)不超過許用壓強(qiáng)的條件求出。兩導(dǎo)軌之間的距離a減小，則導(dǎo)軌尺寸減小，但導(dǎo)軌穩(wěn)定性變差。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在保證導(dǎo)軌工作穩(wěn)定的前提下，減小兩導(dǎo)軌之間的距離。,四、提高導(dǎo)軌耐磨性的措施,合理選擇導(dǎo)軌的材料及熱處理,減小導(dǎo)軌面壓強(qiáng),保證導(dǎo)軌良好的潤(rùn)滑和防護(hù),提高導(dǎo)軌的精度,第三節(jié)滾動(dòng)導(dǎo)軌,滾動(dòng)導(dǎo)軌是在運(yùn)動(dòng)部件和支承部件之間放置滾動(dòng)體(滾珠、滾柱、滾動(dòng)軸承等)，使導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)處于滾動(dòng)摩擦狀態(tài)。,與滑動(dòng)導(dǎo)軌比較，滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，并且靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差很小，故運(yùn)動(dòng)靈便，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；導(dǎo)向和定位精度高，且精度保持性好；磨損較小，壽命長(zhǎng)，潤(rùn)滑簡(jiǎn)便；結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工比較困難，成本較高；對(duì)臟物及導(dǎo)軌面的誤差比較敏感。,滾珠導(dǎo)軌,一、滾動(dòng)導(dǎo)軌的類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn),滾柱導(dǎo)軌,（e）,滾針導(dǎo)軌,十字交叉滾柱導(dǎo)軌,滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌,按導(dǎo)軌承受載荷種類的能力，滾動(dòng)導(dǎo)軌分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。按滾動(dòng)體是否循環(huán)，滾動(dòng)導(dǎo)軌分為循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌和非循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌。非循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌通常稱為滾動(dòng)導(dǎo)軌，而把循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌稱為直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)支承。,二、滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊,采用過盈裝配形成預(yù)加載荷,用移動(dòng)導(dǎo)軌板的方法實(shí)現(xiàn)預(yù)緊,三、導(dǎo)軌主要參數(shù)的確定,1、導(dǎo)軌的長(zhǎng)度,動(dòng)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度,靜導(dǎo)軌的長(zhǎng)度,2、滾動(dòng)體的尺寸和數(shù)量,增大滾動(dòng)體直徑，可以減小摩擦系數(shù)和接觸應(yīng)力，不易產(chǎn)生滑動(dòng)。若采用滾柱，推薦其直徑d68mm，滾柱的長(zhǎng)徑比bd1.52.0。,滾動(dòng)體的數(shù)量取決于導(dǎo)軌的長(zhǎng)度和剛度條件，每一條導(dǎo)軌上一般不少于1216個(gè)。若數(shù)量過多，會(huì)因制造誤差引起載荷分布不均勻。推薦取,滾珠數(shù)量,滾柱數(shù)量,上兩式中，F(xiàn)為每條導(dǎo)軌所承受的載荷（N）；d為滾珠直徑（mm）；b為滾柱長(zhǎng)度（mm）。,3、導(dǎo)軌強(qiáng)度計(jì)算,滾動(dòng)導(dǎo)軌受力圖,按接觸區(qū)不產(chǎn)生塑性變形計(jì)算導(dǎo)軌面的靜強(qiáng)度，強(qiáng)度條件為,作用于一個(gè)滾動(dòng)體上的許用載荷F由下式求得,對(duì)滾珠導(dǎo)軌,對(duì)滾柱導(dǎo)軌,式中，d為滾珠或滾柱直徑（mm）；b為滾柱長(zhǎng)度（mm）；K1為材料系數(shù)（MPa），按表184選?。籏2為硬度系數(shù)，按表185選??；K3為精度系數(shù)，按表186選取。,4、接觸變形,對(duì)滾珠導(dǎo)軌,對(duì)滾柱導(dǎo)軌,上兩式中，F(xiàn)為一個(gè)滾珠上的載荷（N）；F1為一個(gè)滾柱單位長(zhǎng)度上的載荷（N/mm）；k為滾珠導(dǎo)軌的接觸剛度系數(shù)（N/mm），按圖1821（a）選??；k1為滾珠導(dǎo)軌的接觸剛度系數(shù)（N/(mmmm)），按圖1821（b）選取。,5、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選用計(jì)算,（1）額定壽命計(jì)算,式中，L為額定壽命（km）；C為基本額定動(dòng)載荷（kN），從樣本中查??；Pd當(dāng)量動(dòng)載荷（kN）；為壽命指數(shù)，當(dāng)滾動(dòng)體為球時(shí)，3；當(dāng)滾動(dòng)體為滾子時(shí)，10/3；K為額定壽命單位，當(dāng)滾動(dòng)體為球時(shí)，K50km；當(dāng)滾動(dòng)體為滾子時(shí)，K100km；fh為硬度系數(shù)，按圖1823選取，通常滾道硬度不低于58HRC，故可取fh1；ft為溫度系數(shù)，按表187選??；fc為接觸系數(shù)，按表188選取；fa為精度系數(shù)，按表