機電裝備支承件和導軌設(shè)計-機電裝備設(shè)計

第四章機電裝備支承件和導軌設(shè)計

BearingPartAndGuidewayDesignforElectro-mechanicalEquipment4.6導軌的類型及基本要求4.7滑動導軌設(shè)計4.8卸荷導軌設(shè)計4.9滾動導軌設(shè)計4.10潤滑與防護、提高耐磨性的措施本節(jié)主要內(nèi)容14.6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。2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3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?！窠Y(jié)構(gòu)簡單，但不能承受較大顛覆力矩的作用。4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。

54.6.2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。64.7滑動導軌4.7.1材料與熱處理

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。7導軟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8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?；诣T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。9

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?！鸶袘?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。10電極間的的短路電電流控制制在400～600A，工作時時滾輪在在20N的壓力下下與HT導軌保持持接觸。。導軌與與滾輪接接觸產(chǎn)生生電熱效應(yīng),自行冷卻卻。淬硬硬深度0.15mm左右，硬度達55HRC。11鋼：采用淬火火鋼和氮氮化鋼的的鑲鋼導導軌，可可大幅度度地提高高導軌的的耐磨性性。鑲鋼導軌軌材料有有幾類：：①合金工具具鋼或軸軸承鋼，，牌號為為9Mn2V、GrWMn、GGrl5等。整體體淬硬，，硬度≥≥60HRC；②高碳工具具鋼，牌牌號為T8A、T10A等，整體體淬硬，，硬度≥58HRC；③中碳鋼。。牌號為為45或40Cr，整體淬淬硬，硬硬≥48HRC；④低碳鋼，，牌號為為20Cr，滲碳淬淬硬，硬硬度≥61HRC；⑤氮化鋼，，牌號為為38CrMoALA以，氮化化處理，，表面硬硬度≥850HV（相當于64～65HRC)。12有色金屬屬用于鑲裝裝導軌的的有色金金屬板的的材料，，主要有有：錫青青銅ZCuSn6Pb6Zn3、鋁青銅銅ZCuAl9Mn2和鋅合金金ZZuAl-10-5等。多用于重重型機床床的動導導軌上，，與鑄鐵鐵的支撐撐導軌相相配偶，，用于防止止撕傷、、保證運運動的平平穩(wěn)性和和提高移移動精度度。從摩擦狀狀態(tài)和耐耐磨性來來看，鋁鋁青銅ZCnAl9Mn2與錫青銅銅ZCuSn6Pb6Zn3相仿，抗抗磨料磨磨損的耐耐磨性比比鋅合金金ZZnAl-10-5高，但鋅鋅合金的的抗撕傷傷能力比比較強。。從成本本來看，，鋁青銅ZCnAl9Mn2比錫青銅銅ZCuSn6Pb6Zn3低，但比比鋅合金金ZZnAl-10-5高。13高分子材材料鑲裝高分分子材料料導軌具具有摩擦擦因數(shù)低低、耐磨磨性好、、抗損傷能能力強、、低速時時不易出出現(xiàn)爬行行、加工工性和化化學穩(wěn)定性好好、工藝藝簡單和和成本低低等優(yōu)點點，在各各類機床床的動導軌上上都有應(yīng)應(yīng)用，在在精密、、數(shù)控和和重型機機床動導導軌上的應(yīng)用用在逐漸漸增多。。塑料導導軌可與與不淬硬硬的鑄鐵鐵導軌組成對對偶摩擦擦副，也也可與鑲鑲鋼導軌軌組成對對偶摩擦擦副。144.7.2結(jié)構(gòu)形式式

a)凸矩形b)凹矩形

矩形導軌軌：剛度高，，加工、、檢驗和和維修都都較方便便的優(yōu)點點。但矩矩形導軌軌存在側(cè)側(cè)向間隙隙，導向向性差。。矩形導軌軌適用于于載荷較較大而導導向性要要求略低低的機床床。矩形形導軌的的承載面(頂面)和導向面(側(cè)面)分開，精精度保持持性較好好。導向向面磨損損量直接接影響導導向精度度。凹矩矩形導軌軌易存潤潤滑油，，但也易易積灰塵塵污物，，必須進進行防護護。直線運動動導軌：：15a)凸三角形b)凹三角形

三角形導導軌：承載面與與導向面面重合，，磨損量量能自動動補償，，導向精精度較高高。頂角在60～120度內(nèi)變化化，頂角越小小，導向向精度越越高，但但摩擦力力也越大大。◆小頂角用用于輕載載精密機機械，大大頂角用用于大型型機械；；◆凸三角形形支承導導軌，不不易積存存切屑，，不易存存留潤滑滑油，適適用于不不易防護護、速度度較低的的進給運運動導軌軌；◆凹三角形形支承導導軌，能能得到較較充足的的潤滑，，除用于于精密與與大型機機床的進進給導軌軌外，還還可用于于主運動動導軌，，但是必必須很好好地防護護，以免免落入切切屑和灰灰塵。1617

a)凸燕尾形b)凹燕尾形

燕尾形導導軌：在承受顛顛覆力矩矩的條件件下高度度較小，，用于多多坐標多多層工作作臺，使使總高度度減小。。◆加工、維維修較困困難，磨磨損后不不能自動動補償；；◆可用鑲條條來調(diào)整整間隙，，結(jié)構(gòu)緊緊湊。上三種導導軌形狀狀均由直直線組成成，稱為為棱柱面導導軌。18a)凸圓形b)凹圓形

圓形導軌軌：制造方便便，工藝藝性好，，但磨損損后難于于調(diào)整間間隙。多多用于只只承受軸軸向力的的部件，，如立式式導軌。。天津海特特直線軸軸承19直線運動動導軌的的組合形形式：雙矩形組組合：兩條矩形形導軌的的組合突突出了矩矩形導軌軌承載能能力較大大的特點點，但導導向性稍稍差。多多用于于普通精精度的機機床和重重型機床床?！鹩梢粭l導導軌的兩兩側(cè)導向向時，為為窄式組合合；○分別由兩兩條導軌軌的外側(cè)側(cè)導向時時，為寬式組合合?！饘к壥軣釤崤蛎洉r時寬式組組合的矩矩形導軌軌比窄式式變形量量大，調(diào)調(diào)整時應(yīng)應(yīng)留較大大的側(cè)向向間隙，，因而導導向性較較差。雙矩形導導軌窄式式組合比寬式用用得更多多一些。。20雙三角組組合：兩條三角角形導軌軌的組合合突出了了三角形形導軌的的優(yōu)缺點點?！饘蛐院秃途缺１３中?；；○由于超定位，，加工、檢驗驗和維修都比比較困難?！鸲嘤糜诰纫筝^高的機機床，如絲杠杠車床、單柱柱坐標鏜床和和齒輪加工機機床等。21矩--三角組合：兼有導向性好好、制造方便便和剛度高的的優(yōu)點，承載載能力優(yōu)于雙雙三角組合，，導向性優(yōu)于于雙矩形組合合，工藝性介介于二者之間間，應(yīng)用廣泛泛。雙圓柱導軌：：常用于只受軸軸向力的場合合，如拉床、、攻螺紋機和和機械手等。。22旋轉(zhuǎn)運動的導導軌：平面環(huán)形導軌軌只能承受軸軸向載荷，因因而必須與主主軸聯(lián)合使用用，由主軸來來承受徑向載載荷。這種導導軌適用于由由主軸定心的的各種回轉(zhuǎn)運運動導軌的機機床，例如立立式車床。2．錐面導軌母線傾角在15度～45度范圍內(nèi)變化化，常取30度。除軸向載載荷外還能承承受一定的徑徑向載荷。1．平面環(huán)形導導軌承載能力大、、結(jié)構(gòu)簡單、、工藝性較好好、制造方便便的優(yōu)點。23雙錐面(V形)導軌除軸向載荷和和徑向載荷外外，能承受一一定顛覆力矩矩。其缺點是是工藝性差，，在與主軸聯(lián)聯(lián)合使用時既既要保證導軌軌面的接觸，，又要保證導導軌面與主軸軸的同心是相相當困難的，，因此有被平面環(huán)形導軌軌取代的趨勢。。20度～70度244.7.3導軌壓強計算算◆分析導軌面上上的受力和比壓；；◆探討合適適的導軌結(jié)構(gòu)構(gòu)，減小導軌軌的比壓；◆力求磨損均勻勻，使導軌結(jié)結(jié)構(gòu)上保證磨磨損后對加工精度影響響盡可能的小??；◆磨損后能調(diào)整整間隙。25比壓計算：許用壓強的計計算方法，見見表5-2（導軌的許用用壓強）264.7.4靜壓導軌工作原理與靜靜壓軸承相同同。在導軌的的油腔中通入入一定壓強的的潤滑油，使動導導軌微微抬起起，在導軌面面間充滿潤滑滑油所形成的的油膜，使導軌處于純純液體摩擦狀狀態(tài)。優(yōu)點：①靜壓油膜膜使導軌面分分開，導軌即即使在起動和和停止階段也也沒有磨損，精度保持持性好。②靜壓導軌軌的油膜較厚厚，有均化誤誤差的作用，，可以提高精精度。③摩擦因數(shù)數(shù)很小，大大大降低傳動功功率，減少摩摩擦發(fā)熱。④低速移動動準確、均勻勻，運動平穩(wěn)穩(wěn)性好。⑤與滾動導軌軌相比，靜壓壓的油膜具有有吸振作用。。缺點：①結(jié)構(gòu)比較較復(fù)雜，增加加了液壓設(shè)備備。②調(diào)整比較較麻煩。多用于精密級級和高精度級級機床的進給給運動和低速速運動導軌。。27284.8卸荷導軌設(shè)計計機械卸荷導軌軌導軌上的一部部分載荷由支支承在輔助導導軌面4上的滾動軸承承3承受。卸荷力力的大小通過過螺釘1和碟形彈簧2調(diào)節(jié)。卸荷點點的數(shù)目取決決于動導軌的的載荷和卸荷荷系數(shù)的大小小。為了減小小滾動軸承的的支承軸的中中心線與支承承導軌面不平平行的影響，，可以采用用自動調(diào)心的的球面軸承。。29卸荷導軌的特特點和應(yīng)用：：○采用卸荷導軌可可以減輕支承導軌的負荷和降低低導軌的靜摩擦因數(shù)；；○提高導軌的耐耐磨性和低速速運動的平穩(wěn)穩(wěn)性，減少或或防止爬行；○手動操作的部部件采用卸荷荷導軌后，可可使操作輕便便；○卸荷導軌由于于導軌面仍然然是直接接觸觸的，剛度較較高?！鹦逗蓪к壎嘤糜糜谝缶榷雀吆徒佑|剛剛度高的機床床?！饘к壍男逗煞椒绞接幸簤盒缎逗?、機械卸卸荷和氣壓卸卸荷，其中液壓和機機械卸荷方式式應(yīng)用較多。。304.9滾動導軌設(shè)計計滾動導軌是在在靜、動導軌軌面之間放置置滾動體如滾滾珠、滾柱、、滾針或滾動動導軌塊而構(gòu)構(gòu)成的。滾動導軌與滑滑動導軌相比比具有以下特特點。(1)摩擦因數(shù)小(0.003～0.005)，運動靈活；；(2)動、靜摩擦因因數(shù)很接近，，因而起動阻阻力小，低速速運動平穩(wěn)性性好，不易發(fā)發(fā)生爬行。(3)可以預(yù)緊，剛剛度高。31(4)壽命長。(5)精度高。定位位精度可達0.1~0.2μm，重復(fù)精度可達0.2μm。(6)潤滑方便，可可以采用潤滑滑脂，一次裝裝填，長期使用。(7)由專業(yè)廠生產(chǎn)產(chǎn)，可外購選選用。(8)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜雜、制造比較較困難、成本本比較高。(9)抗振和抗沖擊擊能力差，對對灰塵屑末較較敏感，必須有良好的防防護裝置。3233滾動導軌設(shè)計計舉例：34353637PC是當量載荷求導軌的額定定壽命：38計算額定動載載荷，根據(jù)算算出的額定動動載荷，查產(chǎn)產(chǎn)品的手冊，，選出最終的的導軌型號，，本例中為：：HJG-DA20A型的滾動導軌軌副。394.10潤滑與防護、、提高耐磨性性的措施潤滑的目的：：降低摩擦力以以提高機械效效率；減少磨磨損以延長壽壽命；降低溫溫度以改善工工作條件；防防止生誘。潤滑的要求：：保證按規(guī)定供供應(yīng)清潔的潤潤滑油，油量量可以調(diào)節(jié)，，盡量采用自自動和強制潤潤滑，潤滑元元件可靠。。40潤滑油的選擇擇導軌常用的潤潤滑劑有潤滑滑油和潤滑脂脂?；瑒訉к売脻櫇櫥?，滾動動導軌則兩種種潤滑油都