4.6 导轨设计幻灯片

第四章机械系统设计 机电一体化系统设计 4 6导轨设计 4 6 1导轨概述4 6 2导轨基本结构4 6 3导轨间隙的调整4 6 4导轨副的材料选择与技术要求4 6 5滚动导轨副 4 6 1导轨概述 各种机械运行时 由导轨副保证执行件的正确运动轨迹 并影响执行件的运动特性 导轨副包括运动导轨和支承导轨两部分 支承导轨用以支承和约束运动导轨 使之按功能要求作正确的运动 1 按导轨副运动导轨的轨迹分类 a 直线运动导轨副支承导轨约束了运动导轨的五个自由度仅保留沿给定方向的直线移动自由度 b 旋转运动导轨副支承导轨约束了运动导轨的五个自由度 仅保留绕给定轴线的旋转运动自由度 2 按导轨副导轨面间的摩擦性质分类 a 滑动摩擦导轨副 b 滚动摩擦导轨副 c 流体摩擦导轨副 一 导轨副的种类 3 按导轨副结构分类 a 开式导轨必须借助运动件的自重或外载荷 才能保证在一定的空间位置和受力状态下 运动导轨和支承导轨的工作面保持可靠的接触 从而保证运动导轨的规定运动 b 闭式导轨借助导轨副本身的封闭式结构 保证在变化的空间位置和受力状态下 运动导轨和支承导轨的工作面都能保持可靠的接触 从而保证运动导轨的规定运动 开式导轨 闭式导轨 4 按直线运动导轨副的基本截面形状分类 不同截面形状导轨的特点 二 基本要求 爬行 导轨低速运动时 速度不是匀速 而是时快时慢 时走时停 原因 静摩擦系数大于动摩擦系数 注 为支承面 为导向面 为压板面 不需要镶条调整间隙 接触刚度好 导向性和精度保持性好 工艺性差 加工 检验和维修不方便 常用于在精度要求较高的机电设备 一 双三角形导轨的组合 4 6 2导轨基本结构 二 三角形 平面导轨 三角形导向 用矩形导轨承载 应用广泛 但若两根导轨上载荷相等 则摩擦力不同 合力可能不通过两个导轨中心 若驱动力矩不合理 易形成力偶 因此设计时应尽量使驱动力矩通过摩擦力的合力 三 双矩形导轨 宽式组合 两条导轨的外侧导向窄式组合 一条导轨的两侧导向 承载能力大 制造简单 常用于在普通精度和重型机电设备 导向方式 四 燕尾导轨 结构紧凑 调整间隙方便 形状复杂 摩擦力大 运动灵活性差 保证导轨副的导向精度降低对导轨制造公差的要求 1 目的 导轨装配时导轨磨损后 2 间隙调整方法 镶条 作用 调整矩形和燕尾形导轨的导向面间隙 种类 平镶条斜镶条 4 6 3导轨间隙的调整 平镶条 外形 长度方向上厚度相等 横截面为矩形 平行四边形或直角梯形 调整方法 通过横向移动来调整间隙 特点 a 镶条制造容易 各处间隙不易调整均匀 刚件差 c 镶条刚性好 装配方便 但调整麻烦 斜镶条 沿其长度方向有一定斜度 靠纵向位移使其两个侧面分别与动导轨和支撑导轨接触 调整导轨间隙 常用斜度在1 100 1 40之间 特点 在全长上两个面分别同动导轨和固定导轨均匀接触 支承面积同调整位置无关 刚度比平镶条高 但加工困难 b a 图 a 结构简单 但螺钉凸肩和镶条凹槽之间的间隙会引起镶条在往复运动中的窜动 影响导向精度和刚度 图 b 对图 a 的改进 为避免窜动增加了锁紧螺母3 其结构简单 应用广泛 图 c 通过螺母3 4调整间隙 用螺母5锁紧 工作可靠 但结构相对复杂 图 d 是通过分别位于镶条两端的螺钉2 3调整间隙 避免了镶条l的窜动 适于镶条较短的场合 压板 作用 用于承受颠覆力矩和调整辅助导轨面间隙 刮研垫片镶块 滑动导轨常用材料有铸铁 钢 有色金属和塑料等1 铸铁铸铁有良好的耐磨性 抗振性和工艺性 2 钢镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上 3 有色金属包括黄铜 锡青铜 铝青铜和锌合金 超硬铝其中以铝青铜较好 4 塑料镶装塑料导轨具有耐磨性好 抗振性能好 工作温度适应范围广 200 260 塑料导轨多与不淬火的铸铁导轨搭配 1 导轨副的材料选择 4 6 4导轨副的材料选择与技术要求 2 技术要求 1 配合性质和精度等级对精度高的可采用H6 h5 H7 h6 H6 g5等 不高的可采用H8 f7 H8 f8等 2 表面粗糙度一般精度Ra0 63 2 5 高精度Ra0 16 0 63 包容件比被包容件粗糙度低一级 滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球 使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦 大大降低二者之间的运动摩擦阻力 4 6 5滚动导轨副 1 摩擦系数低 摩擦系数为滑动导轨的l 50左右 2 动静摩擦系数差小 不易爬行 运动平稳性好 3 定位精度高 可达0 1 0 2um 运动平稳 可微量移动 4 可以预紧 提高刚度和抗震性 能承受冲击和振动 5 润滑方便 寿命 6 成本高 滚动导轨的特点 应用场合用于实现微量进给 用于精密定位 用于对运动灵敏度要求高的场合 滚动直线导轨的分类 1 按滚动体的形状分类 滚珠式 点接触摩擦小 承载力小 刚度低 滚柱式 线接触 摩擦大 承载力大 刚度高 对导轨平行度敏感 2 按导轨截面形状分类 导轨截面为矩形 承载时各方向受力大小相等 导轨截面为梯形 能承受较大的垂直载荷 而其它方向的承载能力较低 但对于安装基准的误差调节能力较强 3 按滚道沟槽形状分类 有单圆弧和双圆弧二种 见右图 单圆弧沟槽为二点接触 如右上图所示 双圆弧沟槽为四点接触 如右下图所示 前者运动摩擦和安装基准平均作用比后者要小 但其静刚度比后者稍差 基本组成 齿条一体化直线