精密机械直线导轨结构及其他导轨.pptx

1、1.旋转支承的一般形式：水平 垂直 2.精密机械滑动旋转支承结构设计 3.滑动轴承材料 4.滑动轴承润滑：润滑油、润滑脂 5.轴向铅垂布置的常见形式 圆锥面支承设计：圆锥角 端面支承 摩擦力矩的近似计算 6.相关材料、工艺及热处理,上次课程主要内容,32/01,6.2 直线运动导轨,1.直线导轨 具有导向和承载功能，能保证运动件按 给定的方向获得足够精确的直线位移。 直线导轨副广泛应用于加工、检测、日 常用品等领域。 如：各类加工机床进给机构 测量仪、摄影机调整机构 移动式门、窗,32/02,（1）直线导轨的组成,导轨的作用在于运动和动力的准确传输， 主要由承导件和运动件两部分组成。 支承导轨

2、：相对地面静止，支承、导向作用 动导轨：沿支承导轨运动的部件 直线运动导轨：动导轨的运动轨迹为直线 本节学习直线运动导轨设计。,32/03,（2）导轨的分类,1）接触面的摩擦性质 滑动导轨： 静、动导轨间相对运动是滑动摩擦 滚动导轨： 静、动导轨间相对运动是滚动摩擦 静压导轨： 导轨移动面间通入压力油或压缩空气， 使运动件浮起，保证液体或气体摩擦。,32/04,燕尾式滑动摩擦导轨,2）按其结构特点,力封（开）式： 必须借助外力来保证 运动件和承导件导轨面间 的接触。 自封（闭）式： 依靠导轨本身结构 保证运动件和承导件导 轨面间的接触。,32/05,重力开式导轨,闭式圆柱面导轨,（3）导轨设计

3、的基本要求,导向精度系统刚性运动轻便平稳 耐磨性 温敏性 结构工艺性 在进行高精度直线运动导轨设计时，还 应注意两个要点： 承载面与导向面相互独立 运动件的支承严格遵循三点定位原理,32/06,1）导向精度,32/07,动导轨按给定方向作直线运动的准确 程度，是评价导轨副性能最重要的指标。 影响导向精度的主要因素： 导轨的结构类型 关键零件几何精度和接触精度 静、动导轨的配合间隙 油膜厚度和油膜刚度 导轨和基础件的刚度和热敏性,几何精度的评价指标：,导轨直线度（水平、垂直）,32/08,导轨间平行度,2）刚度,导轨承载时维持正常运行抵抗变形的能力。 静刚度：导轨承受恒定载荷时的相对变形 动刚度

4、：导轨承受交变载荷时的相对变形 导轨副的刚度取决于两个条件： 导轨副相关结构件刚度 静、动导轨之间具备一定的接触精度,32/09,3）运动的灵活性与平稳性,静、动导轨相对运动时摩擦力稳定，驱动轻 便省力，承载时速度均匀。 低速运动或微量位移时不出现爬行现象 高速运动时应无振动 主要影响因素： 导轨的配合间隙 配合表面形状误差 导轨表面粗糙度 动、静摩擦系数差 传动系统刚度和精度 润滑条件,32/10,4）耐磨性,导轨长期使用后能保证一定的导向精度。 导轨的耐磨性，主要取决于导轨的结构、材 料、摩擦性质、表面粗糙度、表面硬度、表面润 滑及受力情况等。 5）温敏性 环境温度变化的情况下，应能正常工

5、作。 6）结构工艺性 满足正常工作条件下,结构简单，制造容易， 装拆、调整、维修及检验方便。,32/11,（4）导轨设计的主要内容,1)导轨类型选择； 2)导轨截面形状选择； 3)导轨结构、尺寸确定； 在给定的载荷、工作温度范围内，有足够 的刚度、耐磨性、轻便和平稳性。 4)设计补偿及调整装置； 5)选择合理的润滑方法和防护装置； 6)制定工艺过程主要技术条件。 材料、热处理、精加工和测量方法等。,32/12,2. 滑动导轨设计,滑动导轨优点： 结构简单，整体工艺性好 刚性好，抗振性强，承载能力大 对几何形状误差不敏感 滑动导轨缺点： 摩擦阻力大，磨损快，运动灵活性较差 精度保持差，动、静摩擦

6、值相差大 重载或低速移动时易“爬行” 高速运动时容易发热,32/13,轻型圆柱导轨,（1）滑动导轨的结构设计,根据具体条件确定导轨截面形状，常 用导轨截面见教材P200表6-3。 1）三角形导轨（见表，分对称、不对称） 2）矩形导轨 3）燕尾形导轨 4）圆形导轨,32/14,（2）导轨设计常用组合,综合考虑前述滑动导轨性能特点，实用 中通常根据功能要求采用组合导轨。 1）双三角形截面导轨 用于荷载较大、精度高的机床设备，两 条导轨平行、对称，同时承载和导向。,32/15,双三角组合导轨特点及应用分析：,结构对称，受力均衡，驱动元件可对称布置 于两导轨中间； 导轨均匀磨损后相对位置不变，能自动补

7、偿 垂直和水平方向的磨损； 导向、承载、精度保持高，接触刚度好； 工艺性差，导轨四个表面铲、刮削或磨削皆 难以完全接触； 静、动部件热变形不同，很难保证四个面 同时接触。,32/16,2）矩形和矩形组合,注意事项：承载面、导向分离 合理选择：顶面承载、侧面导向 矩形截面导轨制造简单、调整方便。如图 为常用导向侧面间隙调节结构，接触刚度低。,32/17,活动镶条,调节螺栓,限位压条,限位压条,定导轨,动导轨,动导轨,定导轨,滚动调隙机构,滚轮,3）三角形和矩形组合,常见的设计形式，兼有三角形的导向+承载 和矩形承载+导向的特点。 由于结构不对称，驱动系统需中心偏移； 导轨磨损不均匀，三角一侧磨损

8、快于矩形。 两种组合形式：V形矩形、三角矩形 V形矩形组合 导轨易储存润滑油，适 应各类低、高速都能采用，但易存集铁屑； 三角矩形组合 不能储存润滑油，用于 低速移动场合。,32/18,4）三角形和平面导轨组合,具有三角形和矩形组合 导轨的基本特点，但由于总 体没有闭合导轨装置，因此只适用于工作荷 载向下的场合。 驱动问题：阻力合力与驱动力共线 工作荷载、摩擦阻力的合力与牵引力处于 同一直线，确保导向精度和运动灵活性。 对称结构取横截面形心 非对称结构取合阻力作用点,32/19,5）燕尾形导轨及其组合应用,燕尾形导轨是三角导轨的改进，可设计 成整体式 或装配式 。 特点：性能稳定，制造、安装、

9、调试方便 燕尾形导轨还可与其他形式导轨组合使 用，功能、效果与前面分析相似。,32/20,燕尾与矩形组合（教材P203）,（3）导轨间隙调整,正常工作时导轨滑动表面之间应保持适 当的间隙。间隙过小，会增加摩擦阻力；间 隙过大，会降低导向精度。 三角、燕尾 铅垂方向间隙调整 矩形 铅垂、水平两个方向间隙调整 考虑常规工艺及磨合问题，目前滑动导 轨的静、动零件配合精度设计无必要完全满 足互换性要求，可作配对处理。,32/21,1）铲、刮、研磨调整法,如图为三角、平面组合导轨，共有三个导 轨平面。由于静导轨长，机械加工的直线度、 平面度通常不能直接达到技术要求。 误差结果：静、动件导轨平面不完全接触

10、 处理方法： 各配合面上涂红丹粉 相对摩擦移动 观察红丹磨损情况 对突出点铲、刮 达到规定接触面xx%。,32/22,工艺顺序,2）机构调整法,用铲、刮、研的方法提高导轨接触面积来调节间隙，需要高技能、大劳动量， 且使用磨损后难以及时调整。 导轨设计应有专门的间隙调整装置。,32/23,制造容易、但易变 形，用于受力较小且 长度较短的导轨。,轴向剖视图,斜镶条调整机构,为了缩短斜镶条的长 度，镶条放在移动件上； 斜镶条在全长上支承， 其斜度为1:401:100。镶 条长度越长，斜度越小； 镶条两侧面与导轨面全 部接触，刚性好，但斜镶条 与导轨面必须加工成斜度， 制造难度大。,32/24,燕尾导

11、轨 斜镶条机构,斜镶条示意图,3. 滑动导轨材料及热处理,导轨常用材料有铸铁、钢、有色金属和塑 料等，其中铸铁类应用最为广泛。 （1）常用材料 铸铁类： 高磷铸铁含P0.30.65灰口铸铁 低合金铸铁 钒钛铸铁（耐磨性） 稀土铸铁强度高、韧性（成本高） 孕育铸铁球墨铸铁（综合）,32/25,其他材料：,各类钢：优质碳素结构钢15、25（渗碳） 合金结构钢40Cr、20CrMnTi 碳素工具钢T8A、T10A 特殊性能钢GCr15、GCr15SiMn 有色金属：铜合金（黄铜、锡青铜、铝青铜） 锌合金ZZn-Al10-5 铝合金超硬铝LC4、铸铝ZL6 非金属：塑料（酚醛夹布、聚四氟乙烯、锦纶、

12、环氧树脂）,32/26,（2）滑动导轨材料匹配,为了提高导轨的耐磨性，动导轨和支承导 轨应具有不同的硬度。 若采用相同的材料，也应采用不同的热处 理方法，以便动、静导轨的硬度不同。 (见教材P206表6-3) 常用材料匹配： 铸铁淬火钢 钢青铜 铸铁塑料,32/27,（3）热处理,两类：普通热处理、表面热处理 目的：改善材料微观结构，消除内应力，增加 金属导轨表面硬度，提高导轨的耐磨性。 常用表面热处理：表面高频淬火、表面化学处 理（如渗碳、渗氮、磷化等）。 注意的问题：变形、裂纹、硬度检测 后续工艺：人工时效处理、表面磨削、研磨,32/28,4. 提高滑动导轨耐磨性的措施,影响导轨使用寿命的主要因素： 结构设计 材料选择 制造质量、 热处理方法 使用与维护 提高导轨耐磨性有利于保持导向精度，具体 实施有三种途径。 （1）减小导轨比压 设导轨面上作用力F(N) ，导轨的支承面积 A(m2)，则单位面积上的压力p（比压）,32/29,卸荷装置：,实用的导轨系统，其荷载 F、导轨面积A 及整体结构尺寸等参数受诸多性能因素影响， 一般不便（不能）任意调整。 利用辅助装置分担荷载。,32/30,机械式弹簧卸荷,滚动轴承或合适的滚动体,调节 螺钉,G,液、气静压卸荷：,利用恒定压力的封闭流体系统，维