导轨设计及寿命计算.docx

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导轨设计及寿命计算

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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）以下"）、b）两图屮，假设工作台面长度、导轨副接触而长度.导轨行程均相等。

1a）图支承刚度明显好于b）图；

2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.按摩掠性质分

（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。

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。

長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

（a）0>）

图87开式学轨和闭式仔轨

闭式

2上存戟

二、导轨的基本要求

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巳经标准化。

即图8・2所示的:

（a）矩形；（b）三角形；（c）燕尾形；（d）圆形。

（a}（b）（c）（d）

IS&-2TC线滑动导勉的號面形茨

另外，根据导轨副中固定导轨的凹凸状态，可将导轨分为:

凸形导轨一一固定导轨凸起状态。

（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（Q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

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。

甩HR导机的组合

（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（如布磨机和机械手）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——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）

m8、矩形导戲上常用的三种压板结构

（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。

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）o

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）。

图&$廉条的凋节

2.镶条的安放位置和导向面的选择

h

［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

阳&8卸備导轨

I.6—工忙$軌1?

.«!

肋与

一、卸荷导轨

3—滾攻I输承：

4-借子：

可以是机械式，也可以是液压式，

图8・8是机械式卸荷导轨。

主导轨面（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:

蒂密机床）

二、动压导轨

関「9动压导蚪的油腔

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：

①运动速度必须高于一定数值；

2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，具有干摩掠现象；

静压导轨：

无干摩擦现象。

四、滚动导轨

目前，在数控机床上巳普遍采用滚动导轨。

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：

1运动灵敏度高（一般滑动摩擦系败：

静〜为0.2〜0.4；动〜为

0.1〜0.2）

2动、静摩擦系数极为接近（基本可消除爬行现象）

3所需牵引力小，移动轻便（功率消耗少）

4定位精度高

5精度保持性好

6润滑简单（广泛采用脂润滑）

滚动导轨的缺点：

1抗振性差

2防护要求商（对赃物很敏感）

3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8-1la:

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8-1lb:

开式。

结构简单，成本低，使用方便，应用较多。

图8-1lc:

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。

图8-11直戏运动滚动9轨

（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是直线导轨的装配结构形式

RlKI?

直线液动/軌嗣的枉就」一导轨条$A功肆軌体13-摘廉

图848是直线导轨的工作原理

何

L;

图「19直煤滚动导轨

L滚珠I2-felAfti3.3密封成,4

令一滑块.6油嘖・7—导轨条

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HT200e

孕育铸铁常选用HT300。

其耐磨性商于灰铸铁，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飢钛铸铁。

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。

感应加热有商频加热（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、小型精協机床和数控机床；也可用于重型机床上

承载不太大的进给导轨；用于竖直导轨更显示其优点。

五、导轨材料的搭配

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第五节导轨的防护

1.刮板式

m8-20刮板武商护装聊

I.4金脇胡板丨2,5-覆皮

2.导轨两侧的防护（附图b）

IF5-30昴轨的谢护

3.防护單（附图c.d）