導軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、作者:日期:直線導軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計（含轉(zhuǎn)動導軌）1導軌的作用和設(shè)計要求A當運動件沿著承導件作直線運動時，承導件上的導軌起支承和導向的作用，即支承運動件和保證運動件在外力（載荷及運動件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進行直線運動。對導軌的要求如下：1一定的導向精度。導向精度是指運動件沿導軌移動的直線性，以及它與有關(guān)基面間的相互位置的正確性。2運動輕便平穩(wěn)。工作時，應輕便省力，速度均勻，低速時應無爬行現(xiàn)象。3良好的耐磨性。導軌的耐磨性是指導軌長期使用后，能保持一定的使用精度。導軌在使用過程中要磨損，但應使磨損量小,且磨損后能自動補償或便于調(diào)整。4足夠的剛度。運動件所受的外力，是由導軌面承受的，故導軌

2、應有足夠的接觸剛度。為此，常用加大導軌面寬度,以降低導軌面比壓;設(shè)置輔助導軌，以承受外載。5溫度變化影響小。應保證導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。在保證導軌其它要求的條件下，應使導軌結(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)備的導軌，必須作具體分析,對其提出相應的設(shè)計要求。必須指出，上述六點要求是相互影響的。2導軌設(shè)計的主要內(nèi)容設(shè)計導軌應包括下列幾方面內(nèi)容：1根據(jù)工作條件，選擇合適的導軌類型。2如選擇導軌的截面外形，以保證導向精度。3.選擇適當?shù)膶к壗Y(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，以及運動輕便和平穩(wěn)。4選擇導軌的

3、補償及調(diào)整裝置，經(jīng)長期使用后,通過調(diào)整能保持需要的導向精度。5.選擇公道的潤滑方法和防護裝置，使導軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。6.制訂保證導軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適當?shù)牟牧?，以及熱處理、精加工和丈量方法等?導軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計a1.滑動導軌（1）基本形式（見圖21-10）三角形導軌：該導軌磨損后能自動補償,故導向精度高。它的截面角度由載荷大小及導向要求而定，一般為90。為增加承載面積，減小比壓，在導軌高度不變的條件下，采用較大的頂角（110。120。）；為進步導向性，采用較小的頂角（60。）。假如導軌上所受的力，在兩個方向上的分力相差很大，應采用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂

4、直于導軌面。矩形導軌：優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗和修理方便;導軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應用廣泛。但它的導向精度沒有三角形導軌高；導軌間隙需用壓板或鑲條調(diào)整，且磨損后需重新調(diào)整。燕尾形導軌:燕尾形導軌的調(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；但制造檢驗不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運動速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的場合。圓形導軌:制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔珩磨可達精密的配合，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）常用導軌組合形式a三角形和矩形組合：這種組合形式以三角導軌為導

5、向面，導向精度較高，而平導軌的工藝I-,.性好，因此應用最廣。A這種組合有V-平組合、棱-平組合兩種形式。V平組合導軌易儲存潤滑油，低、高速都能采用；棱-平組合導軌不能儲存潤滑油，只用于低速移動。見圖21-11。a雙三角形導軌:由于采用對稱結(jié)構(gòu)，兩條為使導軌移動輕便省力和兩導軌磨損均勻，驅(qū)動元件應設(shè)在三角形導軌之下，或偏向三角形導軌。矩形和矩形組合:承載面和導向面分開，因而制造和調(diào)整簡單。導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)整為保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當?shù)拈g隙。間隙過小，會增加摩擦阻力;間隙過大，會降低導向精度。導軌的間隙如依靠刮研來保證，要廢很大的勞動量，而且導軌經(jīng)過長期使用后,會因磨損而增大間隙，需要及時調(diào)整,故導軌應有間隙調(diào)整裝置。矩形導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。圓形導軌的間隙不能調(diào)整。匕

7、4）夾緊裝置有些導軌（如非水平放置的導軌）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（5）進步耐磨性措施導軌的使用壽命取決于導軌的結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量、熱處理方法，以及使用與維護。進步導軌的耐磨性，使其在較長的時間內(nèi)保持一定的導向精度，就能延長設(shè)備的使用壽命。進步導軌耐磨性的措施有：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-作用在導軌上的力（公斤）/導軌的支承面積（厘米2）由上式可知，要減小導軌的比壓，應減輕運動部件的重量和增大導軌支承面的面

8、積。減小兩導軌面之間的中心距，可以減小外形尺寸和減輕運動部件的重量。但減小中心距受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制，同時中心距太小，將導致運動不穩(wěn)定。金降低導軌比壓的另一辦法，是采用卸荷裝置，即在導軌載荷的相反方向，增加彈簧或液壓作用力，以抵消導軌所承受的部分載荷。2對選擇合適材料目前常采用的導軌材料有以下幾種：鑄鐵一導軌與承導件或運動件鑄成一體，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。在潤滑和防護良好的情況下，具有一定的耐磨性。常用的是HT200HT400,硬度以HB=180200較為合適。適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可進步導軌的耐磨性。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力較大易產(chǎn)生裂紋，應采用適當?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架上的導軌,常用淬火的合金鋼制造。淬硬的鋼導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鋼導軌鑲接的方法有：螺釘連接,應使螺釘不受剪切；為避免導軌上有孔（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。膠粘導軌具有一定的膠接剛度和強度，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，在實際應用中取得良好的效果。3對熱處理為進步鑄鐵導軌的耐磨性，常對導軌表面進行淬火處理。表面淬火方法有:火焰淬火、高頻淬火和電接觸淬火。4)潤滑和防護潤滑油能使導軌間形成一層極薄的油膜，阻止或減少導軌面直接接觸，減小摩擦和磨損，以延長導軌的使用壽命。同時，對低速運動，潤滑可以防止爬行”；對高速運動，可減

11、少摩擦熱，減少熱變形。導軌潤滑的方式有澆杯、油杯、手動油泵和自動潤滑等。金導軌的防護裝置用來防止切削、灰塵等贓物落到導軌表面，以免使導軌擦傷、生銹和過早的磨損。為此在運動導軌端部安裝刮板；采用各種式樣的防護罩使導軌不過露等辦法。63)結(jié)構(gòu)尺寸的驗算1)校核溫度變化對導軌間隙的影響導軌在溫度變化較大的環(huán)境中工作，應在選定精度和配合后，作導軌間隙驗算。為了保證工作時不致卡住，導軌的最小間隙應大于或即是零，即AminnO金導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為保證導向精度，導軌的最大間隙Amax應小于或即是答應值，即Amax4公斤/厘米時;對于滾珠導軌，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在滾柱導軌中，增加滾柱的長度,可減小接觸應力和增大剛度，但載荷分布的不均勻性也增大。對于鋼制摸削導軌，滾柱導軌和直徑之比l/d1.5,對于鑄鐵導軌，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)動導軌剛度及預緊方法：如圖所示，a）當工作臺往復移動時，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。當導軌在位置I時，兩端轉(zhuǎn)動體受力相等，工作臺保持水平;當導軌移動到位置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為減小導軌變形，進步剛度，除公道選擇轉(zhuǎn)動體的外形、尺寸、數(shù)目和適當增加工作臺的厚度外，常用預加載荷的辦法來進步導軌的剛度。圖21-18所示的燕尾形轉(zhuǎn)動導軌，用移動導軌板獲得并控制預加載荷。金試驗證實:隨著過盈量的增加，導軌的剛度開始急劇增加，達到一定程度后，再增加過盈量，剛度不會明顯進步。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，公道的過盈量應使導軌剛度較好而牽引力不大。4）技術(shù)要求：導軌的質(zhì)量取決于它的制造精度和安裝精度，設(shè)計時應根據(jù)使用要求，制定出轉(zhuǎn)動導軌的若干技術(shù)條件,下列項目和數(shù)據(jù)可供參考