機(jī)械系統(tǒng)導(dǎo)向支承部件的選擇與設(shè)計(jì)

1、導(dǎo)向支承部件的選擇與設(shè)計(jì)導(dǎo)向支承部件的選擇與設(shè)計(jì)一一. .導(dǎo)軌副的組成、種類及其應(yīng)滿足的要求導(dǎo)軌副的組成、種類及其應(yīng)滿足的要求導(dǎo)軌支承部件的作用：支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求和規(guī)定運(yùn)動(dòng)方向作直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌副的組成導(dǎo)軌副的組成1 . 1 . 導(dǎo)軌副的種類導(dǎo)軌副的種類n 按按運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)方式可分為：直可分為：直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。軌。n 按按接觸表面的摩擦性質(zhì)接觸表面的摩擦性質(zhì)可分為：滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)可分為：滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等。等。柔性鉸鏈型膜片型片簧型彈性摩擦導(dǎo)軌動(dòng)靜壓型靜壓型動(dòng)壓型氣體、液體導(dǎo)軌流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌滾

2、動(dòng)軸承型滾動(dòng)滑塊型滾珠型滾柱型滾動(dòng)導(dǎo)軌組合型棱柱型圓柱型滑動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)軌副2、導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求 （1）導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度指導(dǎo)軌副中運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與給定運(yùn)動(dòng)方向之間的準(zhǔn)確程度。導(dǎo)向精度指導(dǎo)軌副中運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與給定運(yùn)動(dòng)方向之間的準(zhǔn)確程度。 包括直線度、平行度及角度公差等。包括直線度、平行度及角度公差等。（2）接觸精度 以導(dǎo)軌表面的實(shí)際接觸面積占理論接觸面積的百分比或以導(dǎo)軌表面的實(shí)際接觸面積占理論接觸面積的百分比或25mm25mm25mm25mm面積上接面積上接觸點(diǎn)的數(shù)目和分布狀況來表示。觸點(diǎn)的數(shù)目和分布狀況來表示。 一般由精刨、磨削、刮研等加工方法按標(biāo)準(zhǔn)決定。一般由精刨、磨削、刮研等加工方法

3、按標(biāo)準(zhǔn)決定。（3）精度保持性 指導(dǎo)軌在長期使用后，對導(dǎo)向精度的保持能力，主要由導(dǎo)軌的耐磨性決定。指導(dǎo)軌在長期使用后，對導(dǎo)向精度的保持能力，主要由導(dǎo)軌的耐磨性決定。 影響因素：摩擦磨損性質(zhì)、受力狀況、導(dǎo)軌材料及工藝方法等，其中主要影響因素：摩擦磨損性質(zhì)、受力狀況、導(dǎo)軌材料及工藝方法等，其中主要是磨損性質(zhì)。是磨損性質(zhì)。（4）運(yùn)動(dòng)的靈活性和低速運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性具體指導(dǎo)軌要有良好的靈活性和平穩(wěn)性，工作時(shí)要速度均勻，低速時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生具體指導(dǎo)軌要有良好的靈活性和平穩(wěn)性，工作時(shí)要速度均勻，低速時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。爬行現(xiàn)象。產(chǎn)生爬行現(xiàn)象的原因：一是傳動(dòng)系統(tǒng)剛度不足，二是摩擦系數(shù)隨相對運(yùn)動(dòng)速度產(chǎn)生爬行現(xiàn)象的原因：一是傳

4、動(dòng)系統(tǒng)剛度不足，二是摩擦系數(shù)隨相對運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化（主要原因）。的變化而變化（主要原因）。起始：起始：V V很低，很低，f f很高；運(yùn)動(dòng)過程中很高；運(yùn)動(dòng)過程中V V增大，增大，f f降低；降低；V V至臨界點(diǎn)，至臨界點(diǎn)，f f 升高。升高。避免措施：采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌；普通導(dǎo)軌上使用避免措施：采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌；普通導(dǎo)軌上使用含有極性添加劑的導(dǎo)軌油；提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度；提高液壓系統(tǒng)的剛度。含有極性添加劑的導(dǎo)軌油；提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度；提高液壓系統(tǒng)的剛度。3.3.導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求（1）導(dǎo)向精度 指動(dòng)導(dǎo)軌沿給定方向作直線

5、運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)保證的準(zhǔn)確程度。設(shè)計(jì)或選用導(dǎo)軌副時(shí)，影響導(dǎo)向精度的主要因素設(shè)計(jì)或選用導(dǎo)軌副時(shí)，影響導(dǎo)向精度的主要因素 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)類型。 導(dǎo)向精度（直線度）和接觸精度（平面度和接觸面積）。 導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)配合精度（間隙）。 油膜厚度和油膜剛度。 導(dǎo)軌和機(jī)架的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。 導(dǎo)軌和機(jī)架的熱變形（熱敏感性）。 裝配質(zhì)量以及液體動(dòng)壓和靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度、油膜剛度等。（2）剛度導(dǎo)軌的剛度：導(dǎo)軌抵抗外載荷的能力，從而不影響導(dǎo)向部件的導(dǎo)向精度（運(yùn)動(dòng)精度）。通常分為：靜剛度 抵抗恒定載荷的能力。 動(dòng)剛度 抵抗交變載荷的能力。每一類剛度都包括：結(jié)構(gòu)剛度(自身變形，由導(dǎo)軌面上零部件重量引起)、接觸剛度（接觸變形，由接觸處的

6、微觀不平度引起）、局部剛度（局部變形，發(fā)生在載荷集中的地方）。在一般情況下，為減輕或平衡外力的影響，可采用加大導(dǎo)軌尺寸、添加輔助導(dǎo)軌、增加接觸面積的方法提高剛度。 精度保持性要求：指導(dǎo)軌副表面的耐磨性（耐磨能力）應(yīng)達(dá)到導(dǎo)軌面的使用壽命要求。 主要取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、摩擦性質(zhì)、表面粗糙度、表面硬度、表面潤滑及受力情況等。 提高導(dǎo)軌的精度保持性，必須進(jìn)行正確的潤滑與保護(hù)。（3）精度的保持性 （4）導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)靈活性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性靈活性 指對系統(tǒng)控制指令的反映能力。 低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 指低速運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)波動(dòng)誤差（低速“爬行現(xiàn)象”）。為防止爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可同時(shí)采取以下幾項(xiàng)措施： 采用滾動(dòng)導(dǎo)軌

7、、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌、貼塑料層導(dǎo)軌等； 在普通滑動(dòng)導(dǎo)軌上使用含有極性添加劑的導(dǎo)軌油； 用減小結(jié)合面、增大結(jié)構(gòu)尺寸、縮短傳動(dòng)鏈、減少傳動(dòng)副等方法來提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。（5）溫度敏感性和結(jié)構(gòu)工藝性要求 溫度敏感性 指導(dǎo)軌在環(huán)境溫度和導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)摩擦發(fā)熱的影響下，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)靈活性、平穩(wěn)性、導(dǎo)向精度產(chǎn)生變化的反映程度。 結(jié)構(gòu)工藝性要求 結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、裝配調(diào)整、維修維護(hù)、檢測方便，生產(chǎn)成本低動(dòng)導(dǎo)軌動(dòng)導(dǎo)軌靜導(dǎo)軌靜導(dǎo)軌動(dòng)導(dǎo)軌動(dòng)導(dǎo)軌靜導(dǎo)軌靜導(dǎo)軌二、導(dǎo)軌的材料 導(dǎo)軌的材料選擇在滿足以上要求的同時(shí)還應(yīng)具備較高的導(dǎo)軌的材料選擇在滿足以上要求的同時(shí)還應(yīng)具備較高的強(qiáng)度、良好的工藝性、成本低、環(huán)境溫度改變時(shí)的尺寸穩(wěn)定強(qiáng)度

8、、良好的工藝性、成本低、環(huán)境溫度改變時(shí)的尺寸穩(wěn)定性等，常見材料如下：性等，常見材料如下：1 1）鑄鐵：灰鑄鐵（）鑄鐵：灰鑄鐵（HT20-40HT20-40），孕育），孕育鑄鐵鑄鐵(HT30-54)(HT30-54)，合金鑄鐵，合金鑄鐵 鑄鐵導(dǎo)軌的熱處理方法，通常有接觸電阻淬火（借助與鑄鐵導(dǎo)軌的熱處理方法，通常有接觸電阻淬火（借助與工件接觸的電極工件接觸的電極( (高導(dǎo)電材料的滾輪高導(dǎo)電材料的滾輪) )通電后，因接觸電阻而通電后，因接觸電阻而加熱工件表面隨之快速冷卻的淬火工藝）和中高頻感應(yīng)淬火加熱工件表面隨之快速冷卻的淬火工藝）和中高頻感應(yīng)淬火（使工件表面產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，迅速加熱零件表面，然

9、（使工件表面產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，迅速加熱零件表面，然后迅速淬火的一種金屬熱處理方法）。接觸電阻淬火，淬硬后迅速淬火的一種金屬熱處理方法）。接觸電阻淬火，淬硬層為層為0.150.150.2mm0.2mm。硬度可達(dá)。硬度可達(dá)HRC55HRC55。中高頻感應(yīng)淬火，淬硬。中高頻感應(yīng)淬火，淬硬層為層為2 23mm3mm，硬度可達(dá)，硬度可達(dá)HRC48HRC485555，耐磨性可提高二倍，但，耐磨性可提高二倍，但在導(dǎo)軌全長上依次淬火易產(chǎn)生變形，同時(shí)淬火需要相應(yīng)的設(shè)在導(dǎo)軌全長上依次淬火易產(chǎn)生變形，同時(shí)淬火需要相應(yīng)的設(shè)備備。2 2）鋼：鑲鋼導(dǎo)軌的耐磨性較鑄鐵可提高五倍以上。常用的鋼有：）鋼：鑲鋼導(dǎo)軌的耐磨性較鑄

10、鐵可提高五倍以上。常用的鋼有：9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn、GCr15GCr15、T8AT8A、4545、40Cr40Cr等采用表面淬火或整體淬等采用表面淬火或整體淬硬處理，硬度為硬處理，硬度為52-58HRC52-58HRC；20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、1515等滲碳淬火，滲等滲碳淬火，滲碳淬硬至碳淬硬至56-62HRC56-62HRC；38CrMoAlA38CrMoAlA等采用氮化處理。等采用氮化處理。3）有色金屬：）有色金屬： 常用的有色金屬有黃銅常用的有色金屬有黃銅HPb59-l；錫青銅；錫青銅ZCuSn6Pb3Zn6，鋁，鋁青銅青銅ZQAl9-2和鋅合金和鋅合金ZZn-Al10-5，超硬鋁，超硬鋁LC4、鑄鋁、鑄鋁ZL106等。其中以鋁等。其中以鋁青銅較好。青銅較好。4）塑料：）塑料： 鑲裝塑料導(dǎo)軌具有耐磨性好鑲裝塑料導(dǎo)軌具有耐磨性好(但略低于鋁青銅但略低于鋁青銅)，抗振性能好，抗振性能好，工作溫度適應(yīng)范圍廣工作溫度適應(yīng)范圍廣(-200+260)，抗撕傷能力強(qiáng)，動(dòng)、