导轨设计基础

1、直线轴承与导轨一、概述支承和引导运动构件沿着一定轨迹运动的零件称为导轨副，也常简称为导轨。运动部件的 运动轨迹有直线、圆或曲线，滚动圆导轨可归人滚动推力轴承，曲线导轨在机械中极少应 用。导轨在机器中是个十分重要的部件，在机床中尤为重要。机床的加工精度与导轨精度有直 接的联系，小批量生产的精密机床，导轨的加工工作量占整个机床加工工作量的40%左右。 而且，导轨一旦损坏，维修十分困难。按运动学原理，所谓导轨就是将运动构件约束到只有一个自由度的装置。导轨副中设在支 承构件上的导轨面为承导面，称为静导轨，它比较长；另一个导轨面设在运动构件上，称 为动导轨，它比较短。具有动导轨的运动构件常称为工作台、滑

2、台、常用导轨面有平面和 圆弧面。圆弧导轨面构成圆柱形导轨；不同的平导轨面组合，构成矩形导轨面间的摩擦为 滑动摩擦者称为滑动导轨，在导轨面间置人滚动元件，使摩擦转变为滚动摩擦者称为滚动 导轨。导轨有闭式和开式之分，闭式导轨可以承受倾覆力矩，而开式导轨则不能。二、导轨设计的基本要求导轨设计的基本要求导向精度导向精度是指运动构件沿导轨承导面运动时其运动轨迹的准确程度。影响导 向精度的主要因素有导轨承导面的几何精度、导轨的结构类型、导轨副的接触精度、表面 粗糙度、导轨和支承件的刚度、导轨副的油膜厚度及油膜刚度，以及导轨和支承件的热变 形等。直线运动导轨的几何精度一般包括：垂直平面和水平平面内的直线度；

3、两条导轨面间的平 行度。导轨几何精度可以用导轨全长上的误差或单位长度上的误差表示。精度保持性精度保持性是指导轨工作过程中保持原有几何精度的能力。导轨的精度保 持性主要取决于导轨的耐磨性及其尺寸稳定性。耐磨性与导轨副的材料匹配、受力、加工 精度、润滑方式和防护装置的性能等因素有关，另外，导轨及其支承件内的残余应力也会 影响导轨的精度保持性。运动灵敏度和定位精度运动灵敏度是指运动构件能实现的最小行程；定位精度是指运 动构件能按要求停止在指定位置的能力。运动灵敏度和定位精度与导轨类型、摩擦特性、 运动速度、传动刚度、运动构件质量等因素有关。运动平稳性导轨运动平稳性是指导轨在低速运动或微量移动时不出现

4、爬行现象的性 能。平稳性与导轨的结构、导轨副材料的匹配、润滑状况、润滑剂性质及导轨运动之传动 系统的刚度等因素有关。抗振性与稳定性抗振性是指导轨副承受受迫振动和冲击的能力，而稳定性是指在给定 的运转条件下不出现自激振动的性能。刚度导轨抵抗受力变形的能力。变形将影响构件之间的相对位置和导向精度，这对于 精密机械与仪器尤为重要。导轨变形包括导轨本体变形和导轨副接触变形，两者均应考虑。结构工艺性结构工艺性是指导轨副(包括导轨副所在构件)NSK轴承加工的难易程度。在 满足设计要求的前提下，应尽量做到制造和维修方便，成本低廉。导轨设计的主要内容导轨设计的主要内容有：根据导轨工作条件、承载特性，选择导轨的

5、结构类型、截面形状及其组合形式。进行导轨的力学计算，确定结构尺寸。确定导轨副的间隙、公差和加工精度。选择导轨材料、摩擦面硬度匹配和表面精加工和热处理方法。选择导轨的预紧载荷，设计预紧载荷的加载方法与装置。选择导轨面磨损后的补偿方式和调整装置。选择导轨的润滑方式，设计润滑系统和防护装置。精密导轨的设计原则对几何精度、运动精度和定位精度要求都较高的精密导轨(如数控 机床和测量机的导轨)，在设计时应遵循如下一些原则：误差补偿原则满足下列三项要求，以使导轨系统实现误差相互补偿：导轨间必须设置中间弹性环节，如滚动体塑料带(片)或流体膜等。导轨间要有足够的预紧力，以便补偿接触误差。导轨的制造误差应小于中间

6、弹性体(元件)的变形量。进口轴承精度互不干涉原则制造和使用时导轨的各项精度互不影响才易得到较高的精 度。如：矩形导轨的直线性与侧面导轨的直线性在制造时互不影响；平T导轨组合导轨横 向尺寸的变化不会影响导轨的工作精度。动、静摩擦因数接近原则设计导轨副时应使导轨接触面的动、静摩擦因数尽量接近， 以便获得高的重复定位精度和低速平稳性，滚动导轨、镶装塑料板或贴塑料片的普通滑动 导轨，摩擦因数小且静、动摩擦因数接近。导轨副自动贴合原则要使导轨精度高，必须使导轨副有自动贴合的特性。水平导轨可 以靠运动构件的重量来贴合；其他导轨必须附加弹簧力或者滚轮压力使其贴合。全部接触原则固定导轨的长度必须保证动导轨在最大行程的两个极限位置，与固定导 轨全长接触(不会超出固定导轨)，以保证在接触过程中导轨副始终全部接触。补偿力变