机械设计基础-第二节 (3)

第二节 滑动摩擦导轨,二、常用的结构类型与特点,1、圆柱面导轨 (sylindrical surface lead rail)2、棱柱面导轨 (prismatic surface lead rail),三、滑动导轨的间隙调整,1、驱动力方向和作用点对导轨工作的影响2、温度变化对导轨间隙的影响,四、滑动导轨设计中参数关系,五、导轨主要尺寸的确定,一、滑动摩擦导轨,The end,滑动摩擦导轨,滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。,优点：结构简单、接触刚度大；缺点：摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。,圆柱面导轨,优点：加工和检验比较简单，易于达到较高精度。缺点：对温度变化比较敏感，间隙不能调整。 防转结构,有防转结构的圆柱面导轨,平面、凸起、凹槽、辅助导向面,动画,棱柱面导轨,1、三角形导轨2、矩形导轨3、燕尾形导轨4、组合导轨,双三角形导轨 三角形平面导轨 双矩形导轨,依靠三角形两侧面导向，磨损后能自动补偿间隙，导向精度高 。导向精度随顶角 的增加而减小，承载能力随倒角 的增大而增大，通常 。,三角形导轨,矩形导轨,制造简单，承载能力大，具有水平和垂直两个方向的导轨面，而且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装调整。磨损后不能补偿，需要有间隙调整装置，导向精度低。适用于载荷较大而导向性要求不高的机床。,燕尾形导轨,结构紧凑，高度尺寸小，可承受倾覆力矩。磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整，刚性较差，摩擦力较大，制造、检修比较复杂。,双三角形导轨,两条三角形导轨同时起支承和导向作用，其导向性和精度保持性都高。但由于超定位，加工、检验和维修都比较困难，因此多用于精度要求较高的场合。,三角形平面导轨,兼有三角形导轨导向性好、矩形导轨的制造方便和刚度高等优点，避免了由于热变形所引起的配合变化，无过定位，应用最广。缺点是导轨磨损不均匀，一般是三角形导轨比矩形导轨磨损块，磨损后不能自动调整间隙，故对位置精度有影响。,双矩形导轨,采用双矩形导轨时，应合理选择导向面。图(a)窄导向：以一条导轨的内外侧作导向面，距离小，热膨胀变形小，加工测量方便，易获得较高的平行度，因而导向精度较高。但两导轨的摩擦力将不相同。图(b)宽导向：以两导轨的外侧面为导向面，无上述缺点，导轨面间距大，易受热膨胀影响，要求间隙大，因而导向精度低，但承载能力大。,滑动导轨的间隙调整,1、采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法2、采用平镶条调整3、采用斜镶条调整,平镶条调整,制造容易、但易变形，用于受力较小导轨。,当 ，镶条压力基本上均匀分布。,斜镶条调整,调整容易、受力均匀，但制造较难。图(a) 结构简单，但螺钉凸肩与斜镶条的缺口存在间隙，使镶条窜动；图(b) 镶条无窜动，轴向尺寸较长，调整较麻烦。图(c) 由斜镶条两端的螺钉进行调整，镶条的形状简单，便于制造。图(d) 用斜镶条调整燕尾间隙，优缺点同图(a)。,a),b),c),d),驱动力方向和作用点对导轨工作的影响,设计导轨时，必须合理确定驱动力的方向和作用点，使导轨的倾覆力矩尽可能小。,（1）,（2）,（3）,欲能驱动运动件，驱动力F 应为有限值，因此，保证运动件不被卡住的条件为：,当 很小时，略去 项，则有,（4）,驱动力方向和作用点对导轨工作的影响,驱动力方向和作用点对导轨工作的影响,矩形导轨 燕尾形和三角形导轨圆柱面导轨,式中 滑动摩擦系数 燕尾轮廓角或三角形底角,式中， 为当量滑动摩擦系数，对于不同的导轨， 值为,（4）,下面分几种情况讨论：,一定时， 有限制（不能过长）,当 时，即驱动力 的作用点在运动件的轴线上，由式（4）可得运动件正常运动的条件为,驱动力方向和作用点对导轨工作的影响,为了保证运动灵活，建议设计时取,当 时，即驱动力 平行于运动件轴线，得,应用：立式光学比较仪,驱动力方向和作用点对导轨工作的影响,当 ， 时，得 ，此时驱动力不会产生附加摩擦力，导轨运动灵活性最好，设计时应力求符合这种情况。,驱动力方向和作用点对导轨工作的影响,立式光学比较仪导轨设计,导轨不被卡死的条件：,越长， 越短，则运动件的移动越不灵活，这一性质与重量 的大小无关，只和导轨的结构尺寸和驱动力的作用部位有关，因此在设计时应尽可能减小 的比值。,滑动摩擦导轨对温度变化比较敏感。为减小温度变化对导轨的影响，承导件和运动件最好用膨胀系数相同或相近的材料。为了保证导轨在工作时不致卡住，应使导轨的 。,温度变化对导轨间隙的影响,式中,包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸；被包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸；,， 被包容件与包容件材料的线膨胀系数；,导轨制造时的温度；,导轨工作时的最高或最低温度。,为保证导轨的工作精度，导轨副中的最大间隙 导轨中的最大间隙 为,包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸；被包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸；,式