机电装备设计

1、2021/2/1112021/2/1122021/2/113开式导轨开式导轨: 必须借助于运动件的必须借助于运动件的自重或外载荷自重或外载荷,保证在一保证在一定的空间位置和受力状态定的空间位置和受力状态下下,运动导轨和支承导轨运动导轨和支承导轨的工作面保持可靠的接触的工作面保持可靠的接触,从而保证运动导轨的规定从而保证运动导轨的规定运动。运动。结构简单结构简单,但不能承受但不能承受较大颠覆力矩的作用。较大颠覆力矩的作用。 2021/2/114闭式导轨闭式导轨:借助导轨副本身的封借助导轨副本身的封闭式结构闭式结构,保证在变化保证在变化的空间位置和受力状的空间位置和受力状态下态下,运动导轨和支承运

2、动导轨和支承导轨的工作面都能始导轨的工作面都能始终保持可靠的接触终保持可靠的接触,从从而保证运动导轨的规而保证运动导轨的规定运动。定运动。 2021/2/1154.6.2 导轨副应满足的要求1、导向精度 定义:运动导轨的实际运动方向与给定运动方向之间的偏差。影响导向精度的主要因素:导轨的几何精度、导轨的结构形式、装配质量、导轨及其支承件的刚度和热变形等。 2、接触精度定义:导轨副摩擦表面的实际接触面积占理论接触面积的百分比。 3、精度保持性 主要由导轨的耐磨件决定。影响因素有磨损性质、载荷状况、导轨材料、工艺方法和润滑防护条件等。 4、低速运动平稳性 低速运动速度可达0.05mm/min 。5

3、、刚度 6、结构简单、工艺性好等。(刮研)2021/2/116 2021/2/117导轨材料匹配及其相对寿命导轨材料匹配及其相对寿命导轨材料及热处理导轨材料及热处理相对相对寿命寿命导轨材料及热处理导轨材料及热处理相对相对寿命寿命铸铁铸铁/铸铁铸铁铸铁铸铁/淬火铸铁淬火铸铁铸铁铸铁/淬火钢淬火钢1232淬火铸铁淬火铸铁/淬火铸铁淬火铸铁铸铁铸铁/镀鉻或喷涂钼铸铁镀鉻或喷涂钼铸铁塑料塑料/铸铁铸铁45348注注:导轨材料前边为动导轨导轨材料前边为动导轨,后面为定导轨后面为定导轨2021/2/1182.导轨材料与热处理 铸铁（灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁） 铸铁是一种成本低、有良好的减振性和耐磨性、易

4、于铸造和切削加工的金属材料。灰铸铁: 应用最多的灰铸铁是HT200,铸铁铸铁的导轨摩擦副适用于需要手工刮研的导轨;对加工精度保持性要求不高的中等精度和运动速度低的导轨。孕育铸铁: 在铁水中加入少量孕育剂硅和铝而构成的孕育铸铁,可使铸件获得到均匀的强度和硬度。 耐磨铸铁: 高磷铸铁、磷铜钛铸铁和钒钛铸铁。高磷铸铁是指磷的质量分数高于0.3的铸铁、耐磨性比孕育铸铁提高1倍多。磷铜钛铸铁和钒钛铸铁是提高机床导轨耐磨性的好材料。具有力学性能好、耐磨性比孕育铸铁高1.52.0倍、铸铁质量容易控制等优点,但成本较高。目前多用于精密机床。2021/2/119铸铁导轨的淬火 接触电阻淬火淬硬深度很浅,对导轨耐

5、磨性提高的幅度不大。感应淬火有高频与中频感应加热淬火两种,硬度可达4555HRC,耐磨性可提高近两倍。中频加热淬硬层较深,可达23mm。高频与中频淬火后的导轨面要进行磨削加工。 火焰表面淬火的导轨因淬硬层深而使导轨耐磨性有较大的提高,但淬火后的变形较大,增加了磨削加工量。 2021/2/1110 钢: 采用淬火钢和氮化钢的镶钢导轨,可大幅度地提高导轨的耐磨性。 镶钢导轨材料有几类: 合金工具钢或轴承钢,牌号为9Mn2V、GrWMn、GGr l5等。整体淬硬,硬度60 HRC; 高碳工具钢,牌号为T8A、T10A等,整体淬硬,硬度58HRC; 中碳钢。牌号为45或40C r ,整体淬硬,硬48H

6、RC; 低碳钢,牌号为20 C r,渗碳淬硬,硬度61HRC ; 氮化钢,牌号为38CrMoAlA以,氮化处理,表面硬度850HV。 2021/2/1111 有色金属有色金属 用于镶装导轨的有色金属板的材料用于镶装导轨的有色金属板的材料,主要有主要有:锡青铜锡青铜ZCuSn6Pb6Zn3、铝青铜、铝青铜ZCuAL9Mn2和锌合金和锌合金ZZnAl-10-5等。等。 多用于重型机床的动导轨上多用于重型机床的动导轨上,与铸铁的支撑导轨相配偶与铸铁的支撑导轨相配偶,用于防止撕伤、用于防止撕伤、保证运动的平稳性和提高移动精度。保证运动的平稳性和提高移动精度。 从摩擦状态和耐磨性来看从摩擦状态和耐磨性来

7、看: 铝青铜铝青铜ZCuAl9Mn2锡青铜锡青铜ZCuSn6Pb6Zn3 ZZnAl-10-5高高,但锌合但锌合金的抗撕伤能力比较强。金的抗撕伤能力比较强。 从成本来看从成本来看 锌合金锌合金ZZnAl-10-5铝青铜铝青铜ZCuAl9Mn2锡青铜锡青铜ZCuSn6Pb6Zn32021/2/1112 高分子材料 镶装高分子材料导轨具有摩擦因数低、耐磨性好、抗损伤能力强、低速时不易出现爬行、加工性和化学稳定性好、工艺简单和成本低等优点,在各类机床的动导轨上都有应用,在精密、数控和重型机床动导轨上的应用在逐渐增多。 塑料导轨可与不淬硬的铸铁导轨组成对偶摩擦副,也可与镶钢导轨组成对偶摩擦副。 202

8、1/2/11134.7.2 结构形式 a)凸矩形凸矩形 b)凹矩形凹矩形 矩形导轨:刚度高,加工、检验和维修都较方便的优点。但矩形导轨存在侧向间隙,导向性差。矩形导轨适用于载荷较大而导向性要求略低的机床。矩形导轨的承载面(顶面) 和导向面(侧面)分开,精度保持性较好。导向面磨损量直接影响导向精度。凹矩形导轨易存润滑油,但也易积灰尘污物,必须进行防护。 2021/2/1114 a)凸三角形凸三角形 b)凹三角形凹三角形 三角形导轨三角形导轨:承载面与导向面重合承载面与导向面重合,磨损量能自动补偿磨损量能自动补偿,导向精度较高。导向精度较高。顶角在顶角在60120度内变化度内变化,顶角越小顶角越小

9、,导向精度越高导向精度越高,但摩擦力也越大。但摩擦力也越大。 小顶角用于轻载精密机械小顶角用于轻载精密机械,大顶角用于大型机械大顶角用于大型机械; 凸三角形支承导轨凸三角形支承导轨,不易积存切屑不易积存切屑,不易存留润滑油不易存留润滑油,适用于不易防适用于不易防护、速度较低的进给运动导轨护、速度较低的进给运动导轨; 凹三角形支承导轨凹三角形支承导轨,能得到较充足的润滑能得到较充足的润滑,除用于精密与大型机床除用于精密与大型机床的进给导轨外的进给导轨外,还可用于主运动导轨还可用于主运动导轨,但是必须很好地防护但是必须很好地防护,以免落入以免落入切屑和灰尘。切屑和灰尘。 2021/2/1115 a

10、)凸燕尾形凸燕尾形 b)凹燕尾形凹燕尾形 燕尾形导轨燕尾形导轨:在承受颠覆力矩的条件下高度较小在承受颠覆力矩的条件下高度较小,用于多坐标用于多坐标多层工作台多层工作台,使总高度减小。使总高度减小。 加工、维修较困难加工、维修较困难,磨损后不能自动补偿磨损后不能自动补偿; 可用镶条来调整间隙可用镶条来调整间隙,结构紧凑。结构紧凑。上三种导轨形状均由直线组成上三种导轨形状均由直线组成,称为称为棱柱面导轨棱柱面导轨。2021/2/1116 a)凸圆形凸圆形 b)凹圆形凹圆形 圆形导轨圆形导轨:制造方便制造方便,工艺性好工艺性好,但磨损后难于调整间隙。多但磨损后难于调整间隙。多用于只承受轴向力的部件用

11、于只承受轴向力的部件,如立式导轨。如立式导轨。 天津海特直线轴承天津海特直线轴承2021/2/1117双矩形组合双矩形组合:两条矩形导轨的组合两条矩形导轨的组合突出了矩形导轨承载能力较大的特突出了矩形导轨承载能力较大的特点点,但导向性稍差。但导向性稍差。 多用于普通精多用于普通精度的机床和重型机床。度的机床和重型机床。由一条导轨的两侧导向时由一条导轨的两侧导向时,为为窄窄式组合式组合;分别由两条导轨的外侧导向时分别由两条导轨的外侧导向时,为为宽式组合宽式组合。导轨受热膨胀时宽式组合的矩形导轨受热膨胀时宽式组合的矩形导轨比窄式变形量大导轨比窄式变形量大,调整时应留调整时应留较大的侧向间隙较大的侧

12、向间隙,因而导向性较差。因而导向性较差。双矩形导轨窄式组合双矩形导轨窄式组合比宽式用得更比宽式用得更多一些。多一些。 2021/2/1118双三角组合双三角组合: 两条三角形导轨两条三角形导轨的组合突出了三角形导轨的优的组合突出了三角形导轨的优缺点。缺点。 导向性和精度保持性导向性和精度保持性; 由于超定位由于超定位,加工、检验和维加工、检验和维修都比较困难。修都比较困难。 多用于精度要求较高的机床多用于精度要求较高的机床,如丝杠车床、单柱坐标镗床和如丝杠车床、单柱坐标镗床和齿轮加工机床等。齿轮加工机床等。 2021/2/1119矩矩-三角组合三角组合:兼有导向性好、制造方兼有导向性好、制造方

13、便和刚度高的优点便和刚度高的优点,承载能力优于双承载能力优于双三角组合三角组合,导向性优于双矩形组合导向性优于双矩形组合,工工艺性介于二者之间艺性介于二者之间,应用广泛。应用广泛。 双圆柱导轨双圆柱导轨:常用于只受轴向力的常用于只受轴向力的场合场合,如拉床、攻螺纹机和机械手如拉床、攻螺纹机和机械手等。等。 2021/2/1120平面环形导轨只能承受平面环形导轨只能承受轴向载荷轴向载荷,因而必须与主轴联合因而必须与主轴联合使用使用,由主轴来承受径向载荷。这种导轨适用于由主轴由主轴来承受径向载荷。这种导轨适用于由主轴定心的各种回转运动导轨的机床定心的各种回转运动导轨的机床,例如立式车床。例如立式车

14、床。2锥面导轨锥面导轨 母线倾角在母线倾角在15度度45度范围内变化度范围内变化,常取常取30度。除轴度。除轴向载荷外还能承受一定的径向载荷。向载荷外还能承受一定的径向载荷。 1平面环形导轨平面环形导轨 承载能力大、结构简承载能力大、结构简单、工艺性较好、制造方单、工艺性较好、制造方便的优点。便的优点。2021/2/1121双锥面双锥面(v(v形形) )导轨导轨 除轴向载荷和径向载荷外除轴向载荷和径向载荷外, ,能承受一定颠覆力矩。其缺能承受一定颠覆力矩。其缺点是工艺性差点是工艺性差, ,在与主轴联合使用时既要保证导轨面的在与主轴联合使用时既要保证导轨面的接触接触, ,又要保证导轨面与主轴的同

15、心是相当困难的又要保证导轨面与主轴的同心是相当困难的, ,因此因此有被平面环形导轨取代的趋势。有被平面环形导轨取代的趋势。 20度70度2021/2/11222021/2/1123)6(1maxLMFaLp)6(1minLMFaLppaLFPav比压计算比压计算:许用压强的选择方法许用压强的选择方法,见表见表5-2（导轨的许用压强）（导轨的许用压强）2021/2/11242021/2/11252021/2/1126机械卸荷导轨机械卸荷导轨导轨上的一部分载荷由支承导轨上的一部分载荷由支承在辅助导轨面在辅助导轨面4上的滚动轴上的滚动轴承承3承受。卸荷力的大小通承受。卸荷力的大小通过螺钉过螺钉1和碟

16、形弹簧和碟形弹簧2调节。调节。卸荷点的数目取决于动导轨卸荷点的数目取决于动导轨的载荷和卸荷系数的大小。的载荷和卸荷系数的大小。为了减小滚动轴承的支承轴为了减小滚动轴承的支承轴的中心线与支承导轨面不平的中心线与支承导轨面不平行的影响行的影响,可可 以采用自动调以采用自动调心的球面轴承。心的球面轴承。 2021/2/11272021/2/1128滚动导轨是在静、动导轨面之间放置滚动体如滚珠、滚柱、滚针或滚动导轨块而构成的。滚动导轨与滑动导轨相比具有以下特点。(1) 摩擦因数小(0.0030.005),运动灵活;(2) 动、静摩擦因数很接近,因而起动阻力小,低速运动平稳性好,且不易发生爬行(3)可以

17、预紧,刚度高。2021/2/1129(4) 寿命长。(5) 精度高。定位精度可达0.10.2m,重复精度可达0.2m。(6) 润滑方便,可以采用润滑脂,一次装填,长期使用。(7) 由专业厂生产,可外购选用。 (8) 结构比较复杂、制造比较困难、成本比较高。(9) 抗振和抗冲击能力差,对灰尘屑末较敏感,必须有良好的防护装置。 2021/2/11302021/2/11312021/2/11322021/2/11332021/2/11342021/2/1135PC是当量载荷是当量载荷求导轨的额定寿命求导轨的额定寿命:2021/2/1136计算额定动载荷计算额定动载荷,根据算出的额定动载荷根据算出的额

18、定动载荷,查产品的手册查产品的手册,选出最终的导轨型号选出最终的导轨型号,本例中为本例中为:HJG-DA20A型的滚动型的滚动导轨副。导轨副。 2021/2/1137 润滑的目的润滑的目的: 降低摩擦力以提高机械效率降低摩擦力以提高机械效率;减少磨损以延长减少磨损以延长寿命寿命;降低温度以改善工作条件降低温度以改善工作条件;防止生诱。防止生诱。 润滑的要求润滑的要求: 保证按规定供应清洁的润滑油保证按规定供应清洁的润滑油,油量可以调节油量可以调节,尽量采用自动和强制润滑尽量采用自动和强制润滑,润滑元件可靠润滑元件可靠 2021/2/1138 润滑油的选择润滑油的选择 导轨常用的润滑剂有润滑油和

19、润滑脂。导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂。 滑动导轨用润滑油滑动导轨用润滑油,滚动导轨则两种润滑剂都能用。滚动导轨则两种润滑剂都能用。 导轨润滑油的黏度可以根据导轨的工作条件和润滑方导轨润滑油的黏度可以根据导轨的工作条件和润滑方式选择。式选择。 例如例如,低载荷（压强低载荷（压强p0.1Mpa）的高、中速的中、）的高、中速的中、小型机床进给导轨小型机床进给导轨,可采用可采用N32全损耗系统用油全损耗系统用油;中等载中等载荷荷(压强压强p0.2MPa) 的中、低速机床导轨的中、低速机床导轨,采用采用N46或或N68全损耗系统用油全损耗系统用油,重型机床重型机床(压强压强p0.4MPa)的低速的低速导轨导轨,可用可用N68或或N100全损耗系统用油全损耗系统用油;竖直导轨和倾斜竖直导轨和倾斜导轨导轨,可采用可采用N46或或N68全损耗系统用油。全损耗系统用油。2021/2/11392021/2/