精密机械设计_第14章+直线运动导轨.ppt

1、第14章 导轨和基座,直线运动导轨限制了其他五个自由度，只剩下单向的移动.,导轨的导向面,1）棱柱面,2）圆柱面,1 导轨的作用、特点和分类,直线运动导轨的作用是支承和引导运动部件作直线运动.,导轨的组成 运动件 承导件,导轨的分类,滑动摩擦导轨 滚动摩擦导轨 弹性摩擦导轨 流体摩擦导轨,导轨的基本要求,导向精度高 运动轻便、平稳、低速时无爬行现象 耐磨性好 对温度变化不敏感 足够的刚度 结构工艺性好,2 导轨设计的基本要求,1、 导向精度 导向精度是运动副的主要技术指标，它是指导轨副 中运动件沿给定方向做直线或旋转运动的精确程度,直线运动导轨几何精度的几项指标, 导轨在水平平面和垂直平面的直

2、线度,图（a) 图（b）为V型导轨在水平平面和垂直平面 的直线度，其误差为。, 导轨间的平行度和垂直度,导轨在垂直平面内的直线度误 差对工作平面加工精度的影响,两导轨面的平行度,二 刚度,导轨的刚度是指外力作用下导轨本身抵抗变形 的能力,1刀具；2横梁；3主轴箱,1立柱；2纵梁；3横梁；4滚动轴承； 5小车；6滚轮；7校正板；8螺杆,三 耐磨性,减少磨损的措施,1降低导轨面比压,导轨面比压是指导轨单位面积上承受载荷的能力，即,式中 p导轨面比压； W作用于导轨面上的集中载荷； A承载面积；a为导轨宽度； L为动导轨长度。,2良好的防护与润滑,3正确选择导轨副的材料和热处理, 3 导轨导向设计,

3、一、 按运动学原理设计,一个刚体在空间中有6个自由度，如图（a）所示 沿x，y，z轴的移动和绕这三个轴的转动,实际中往往受到约束，如图（b）所示。,在将导轨的形体用符号来表示：球S、平面P、圆柱C、 V形VG、山形VM的情况下，导轨副的基本单元可组合成 如下六种实用类型如下。,（1）球与平面,（3）平面与平面,（4）球与V形,（5）山形与V形,（6）圆柱与V形,（2）圆柱与平面,二 按误差平均原理计算, 滑动摩擦导轨,滑动摩擦导轨的类型及结构特点,滑动导轨的截面形状：1）圆柱面导轨 2）棱柱面导轨,凸形,凹形,不对称三角形,1、圆柱面导轨,特点：防转机构,2、棱柱面导轨,A、双三角形导轨,C、

4、矩形导轨,D、燕尾导轨,B、三角形平面导轨,提高导轨耐磨性的措施,3、保证导轨良好的润滑,导轨材料的要求： 耐磨性好， 摩擦系数小 良好的加工和热处理性质,2、减小导轨面压强, 铸铁 180200HBS，采用 表面淬火工艺，表面硬度可达 55HRC，耐磨性可提高1-3倍。 钢 碳素钢和合金钢 有色金属材料 塑料,1、合理选择导轨的材料及热处理,4、提高导轨的精度,导轨主要尺寸的确定,宽度B,F 载荷 L 长度 【p】 压强,V形导轨角度, =90 制造方便,间距LA 两导轨之间的距离,运动的导轨长度: L=(1.2-1.8)LA,4 滚动摩擦导轨,与滑动摩擦导轨比较，滚动导轨的特点： 1、摩擦

5、系数小，并且静、动摩擦系数之差很小，故运动灵便， 不易出现爬行现象; 2、定位精度高，滚动导轨的重复定位误差约为0.10.2 m ，而滑动导轨的定位误差一般为1020 m 。因此，当要求运动件产生精确微量的移动时，通常采用滚动导轨； 3、磨损较小，寿命长，润滑简单； 4、结构较为复杂，加工比较困难，成本较高； 5、对脏物及导轨面的误差比较敏感；,在动、静两导轨面间放入滚珠、滚柱或滚针等滚动体， 导轨运动处于滚动摩擦状态，这种导轨称为滚动导轨。,1、滚珠导轨,2、滚柱导轨与滚动轴承导轨,交叉滚柱V平导轨,V平滚柱导轨,滚动轴承导轨,2滚柱（针）导轨,滚柱（针）导轨副结构形式,3滚动轴承导轨,4组

6、合导轨,滚珠与滚柱组合的导轨,滚柱与长圆柱轴组合的导轨副,材料,滚动体： 滚动轴承钢 （GCr15） 导轨材料： 低碳合金钢 合金结构钢 合金工具钢 氮化钢 铸铁, 5 基座,一 基座的结构特点及主要技术要求,精密数控铣床的结构图,1基座；2工作台；3传动系统； 4电机；5立柱；6控制系统,基座与支承件的特点 尺寸较大 结构比较复杂,基座设计时应注意的问题 刚性 热变形 抗振性 稳定性,提高抗振性的方法 提高静刚度 减小内部振源的振动影响。 减轻重量。 有时采取隔振措施以减小外界振源对仪器正常工作的影响。,为提高稳定性对基座和支承件要进行时效处理的方法 自然时效处理。 人工时效处理。,二 、基

7、座与支承件的结构设计,当构件承受弯曲载荷，其弯曲变形量为,1 、正确的选择截面,扭曲变形量则为,式中 K1，K2抗弯、抗扭系数，与材料弹性模数和尺寸有关；,截面抗弯、抗扭惯性矩，与构件的截面形状有关。,结论： 空心的截面惯性矩比实心的大，即空心截面构件的刚度比实心的高。因此在相同截面面积的情况下，采用加大横截面轮廓尺寸而减小壁厚的办法可提高支承件的刚度。 采用圆形空心截面能提高抗弯和抗扭刚度。采用长方开空心截面对提高长边方向的抗弯刚度效果显著。 截面为不封闭形式，抗扭刚度极差。因此，在相同的截面面积的情况下，支承件的截面最好做成四边封闭的箱形。,2合理布置筋板和加强筋,按布置形式筋板分,纵向筋

8、板,横向筋板,斜置筋板,筋板的布置形式,各种筋板的布置形式如图所示,(a)，(b)和(c)都是方格式纵横筋，其中(c)比(b)的铸造性能好，因为(c)中筋条受力状况好，交叉处金属聚集较少，分布均匀，内应力小 。,(d)、(e)是三角形和菱形筋，不仅刚度较好，工艺也较简单。,(f)是六角（蜂窝）形筋，抗弯、抗扭刚度较好，铸件均匀收缩，内应力小，不易断裂，但其铸造泥芯很多。,(f)是六角（蜂窝）形筋，抗弯、抗扭刚度较好，铸件均匀收缩，内应力小，不易断裂，但其铸造泥芯很多。,(g)、(h)形筋铸造工艺也较复杂，但刚度很好。,一般筋条采用直筋或人字形筋,筋条的形状,三 基座与支承件的材料选择,材料,铸

9、铁,钢板,花岗岩,花岗岩的优点：稳定性好 、加工简便 、保养简便 、温度稳定性好 、吸振性好 、不导电，抗电磁、价格便宜 。,弹性摩擦导轨,弹性摩擦导轨的优点： 1、摩擦力极小； 2、没有磨损，不需润滑； 3、运动灵便性高； 4、当运动件的位移足够小时，精 度很高，可以达到极高的分辨率。 弹性导轨的主要缺点： 运动件只能作很小的移动， 大大限制了其使用范围。,静压导轨,1、液体静压导轨,开式静压导轨,液体静压导轨的优点： 摩擦系数很小（起动摩擦系数可小至0.0005），可使驱动功率大大降低，运动轻便灵活，低速时无爬行现象； 导轨工作表面不直接接触，基本没有磨损，能长期保持原始精度，寿命长；承载能力大，刚度好； 摩擦发热小，导轨