导轨设计及寿命计算

1、精选优质文档-倾情为你奉上第一节 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）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。一、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：磨粒磨损和咬合磨损。 磨粒磨损 磨粒是指存在于导轨面

2、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，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 开式 闭式 二、导轨的基本要

3、求 导向精度； 耐磨性； 低速运动平稳性； 刚度。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。 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。（用于速度较低场合） 凹形导轨 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

4、）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 燕尾形导轨：尺寸小、抗颠覆；制造困难。调整比矩形困难。导轨磨损后不能自动补偿间隙。 （4）圆柱形导轨 圆柱形导轨：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

5、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 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） （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。 平镶条 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

6、-7为窄导向结构形式；宽导向结构形式见图8-3b。第三节 其它类型导轨一、卸荷导轨 二、动压导轨 原理：与多油楔动压轴承相同。 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。 相当于滚动轴承，在动、静导轨间安放滚动体，变滑动摩擦为滚动摩擦。 滚动导轨的优点： 运动灵敏度高（一般滑动摩擦系

7、数：静 为0.20.4；动 为0.10.2） 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

8、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 是直线导轨的装配结构形式图8-18 是直线导轨的工作原理第四节 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。 耐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

9、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、