导轨设计及寿命计算

1、第一节导轨概述导轨的功用导向和承载。导轨副由两根相互接触、并能作相对运动的导轨组成一根导轨运动、一根导轨固定（运动导轨在上，固定导轨在下）一根导轨较短、一根导轨较长（通常将长导轨作为固定导轨）a)以下a） . b）两图屮假设工作台而长度.导轨副接触而 长度、导轨行程均相等。固定甘轨b)固定导轨 a）图支承刚度明显好于 b）图； 短导轨更易磨损。显然，a）图短导轨卸下（拿去修复）更容易亠、导轨的分类1按运动轨迹分直线运动导轨圆周运动导轨2按工作性质分主运动导轨进给运动导轨调整导轨3按摩擦性质分（1）液体摩擦 （动压和静压导轨）（2） 滑动摩擦 （固体）（普通滑动导轨）磨损的基本形式是： 磨粒磨损

2、 和咬合磨损 。磨粒磨损 磨粒是指存在于导轨面间的微小硬粒 （如切 屑、尘粒和导轨自身的硬质点等） ，这些微小硬粒将使导轨面产生机 械划伤和磨损沟痕。咬合磨损 又称咬焊。是指相对运动的两个表面互相咬 合，并在表面产生撕裂的现象。 咬合的物理意义是： 两接触面的分子 相互渗透、吸引 （同种金属，分子间的亲和力更强） ，高温下将会产 生相互粘连、 甚至咬焊。 运动时则被撕裂。 这种磨损是决不允许发生 的。（3） 滚动摩擦 （固体）（滚动导轨）滚动导轨的磨损形式为疲劳磨损和压溃现象。 即，滚动 体施压，被施压点弹性变形、恢复，再 , ，反复循环一定次数后，产 生疲劳，出现点蚀。更严重的，将会压出凹坑

3、，这就是压溃现象，这种破坏也是不允许发生的4 按受力情况分8-1幵式导轨和州式普料1-Ei « i 2 L 样轨开式闭式1、导轨的基本要求刚度。导向精度；耐磨性；低速运动平稳性;三、导轨设计的步骤第二节 滑动导轨普通滑动导轨通常与支承件做成一体。运动导轨相对固定导轨，总是朝着一个确定的方向运动。所以，导轨副间的定位应消除五个自由度。一、滑动导轨的结构1直线滑动导轨的截面形状现在，滑动导轨的截面形状和尺寸已经标准化。即图8-2所示的：（a）矩形；（b）三角形；（c）燕尾形；（d）圆形。'/：（C）另外，根据导轨副中固定导轨的凹凸状态，可将导轨分为:凸形导轨 固定导轨凸起状态。（

4、用于速度较低场合）凹形导轨 一一固定导轨凹下状态。（用于速度较高场合）注图8-2中的（a）和（c）,在实际中均需留出间隙用以调整（1 ）矩形导轨矩形导轨：结构简单，承载能力强。安装和调整较方便（见 图8-3b），但磨损后不能自动补偿间隙。（2）三角形导轨凸三角形又称“山形”，凹三角形又称“ V形”。当三角形导轨水平布置时（三角形导轨一般水平布置），若切削力不大，在重力作用下，能自动贴紧定位面，则不需要调整。另 外，导轨磨损后能自动补偿间隙。三角形导轨：导向性好。（3）燕尾形导轨调整比矩形困燕尾形导轨：尺寸小、抗颠覆；制造困难 难。导轨磨损后不能自动补偿间隙。图”吒导執的组舍（4）圆柱形导轨圆柱

5、形导轨：制造工艺性好。但圆柱形导轨磨损后无法调整间隙，因此主要用在一些承受纯轴向力（如拉床），或受力较小（如珩磨机和机械手） 的场合。2. 直线运动导轨的组合形式（图8-3）3. 圆周运动导轨二、导轨的间隙调整装置1.间隙调整方法（1）压板如果导轨副水平放置， 上导轨所带支承件足够重，且工作 时不存在颠覆力矩，则矩形或三角形导轨可不必采用闭式导轨（燕尾形或圆柱形不存在此问题）。否则，用“压板”。压板 一一调整间隙并承受颠覆力矩。由于被压紧，所以需考虑调整间隙的大小。（见图8-5）图L :.屮肛导织f事用的二种压桓詰构(2)镶条镶条用来调整矩形 导轨和燕尾形 导轨的侧隙，以保证导轨 副的正常工作

6、。平镶条 一一 沿间隙方向，镶条的全长厚度相等；平镶条的调整见图8-6(a)。斜镶条 沿间隙方向，镶条的全长厚度呈一角度变化;斜镶条的调整见图8-6 (b)。2 镶条的安放位置和导向面的选择注图8-7为窄导向结构形式；宽导向结构形式见 图8-3b。第三节其它类型导轨亠、卸荷导轨罔卸荷导轴1. £ r.fVEftt* 惭助坤tv 斗一弟于； j R tt ； 驿賞可以是机械式，也可以是液压式， 图乩&是机械式卸荷导轨口卜:导轨面（导向.承受主要载荷）卸荷导轨 （承受部分载荷）（适用于大、重型机床；牯密机床）（a）（b）（c）泪8 9 出H：讨竝的油耗1、动压导轨原理：与多油楔动

7、压轴承相同。注 轴承单向性，导轨双向性。形成压力油楔的条件：运动速度必须高于一定数值； 油腔沿运动方向间隙逐渐减小速度越高，油楔承载能力越强。所以，适用于：主运动导轨 （如：立式车床和龙门刨床的工作台导轨）三、静压导轨原理： 与静压轴承相似。注 动压导轨： 启动及低速时，具有干摩擦现象；静 压导轨： 无干摩擦现象。四、滚动导轨目前，在数控机床上已普遍采用滚动导轨。变滑动摩擦动 为 0.10.2)相当于滚动轴承， 在动、 静导轨间安放滚动体， 为滚动摩擦。滚动导轨的优点： 运动灵敏度高 （一般滑动摩擦系数：静 为 0.20.4； 动、静摩擦系数极为接近 （基本可消除爬行现象） 所需牵引力小，移动

8、轻便 （功率消耗少） 定位精度高 精度保持性好 润滑简单 （广泛采用脂润滑）滚动导轨的缺点： 抗振性差 防护要求高 （对赃物很敏感） 成本高1滚动体不做循环运动的滚动导轨(图8-11)(1) 滚珠导轨图8-11a :闭式。刚度低，承载能力较小，适用于载荷较小的机床(2) 滚柱导轨图8-11b :开式。结构简单，成本低，使用方便，应用较多 。图8-11C :闭式。滚柱十字交叉，可承受多向载荷，结构相对紧凑,精度和刚度较高；但制造比较困难。(3) 滚针导轨承载能力强，摩擦力较大。适用于结构尺寸受限制的场合2 滚动体不做循环运动的滚动导轨(1)直线滚动导轨副(简称“直线导轨”)图8-17是直线导轨的

9、装配结构形式图R7T 直找證聃导執刑的駅科2 jft号轨棒I J橋壊图8-18是直线导轨的工作原理si(d)& IS 匱戏溝型仔轨1 液昧I 2fi-i 3 E ffi tlAi 4-增面P構决占6 iU|«L 7丼轨基第四节 导轨的材料与热处理一、铸铁导轨导轨常用的铸铁有：灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁等。灰铸铁常选用HT200。孕育铸铁 常选用HT300。其耐磨性高于灰铸铁，但较硬脆，不 易刮研，且成本较高。常用于较精密的机床导轨。而寸磨铸铁 中应用较多的是高磷铜钛铸铁及钒钛铸铁。 与孕育铸 铁相比，其耐磨性提高1 2倍，但成本较高。常用于精密机床导轨。铸铁导轨 可进行表面淬

10、火 以提高其耐磨性。导轨表面的淬火 加热方法有：感应加热和火焰加热等。 感应加热有高频加热（淬硬 层1.5 - 3mm）和中频加热（淬硬层2 - 3mm）两种，火焰加热的淬硬层 较深，但热变形较大，感应和火焰淬火后都必须进行磨削加工。另外，电接触淬火淬硬层较浅，效果不大。目前主要用于维修。二、钢导轨钢导轨可镶接到铸铁或钢焊接件上。常用材料有：45或40Cr，表面淬硬至 52 - 58HRC ;或 20Cr、20CrMnTi 等， 经渗碳并淬硬至 56 - 62HRC。钢导轨成本高，工艺性较差， 尤其是不能刮研，用于滑动导轨中较少。三、有色金属导轨常用于重型机床的 动导轨 上，与铸铁的支承导轨搭 配，以防止咬合磨损。四、塑料导轨（又称“贴塑导轨”）通过粘接或喷涂，把塑料覆盖在 动导轨表面上，称为 <塑料导轨的优点是： 摩擦系数低；抗咬合磨损能力强（自润滑能力强）；低速时不易出现爬行；加工简单，工艺性好；化学稳定性好（耐水、耐油）；成本低。塑料导轨的缺点是： 易蠕变且承载能力低；接触刚度低；导热性差等。适用于中、小型精密机床和数控机床；也