精密机械设计基础-第十二章直线运动导轨

第十二章直线运动导轨第一节概述一、导轨的作用：支承和引导运动部件按给定的方向作直线运动二、导轨的基本组成：1、运动件作直线运动的零件2、承导件用来支承和限制运动件按给定方向作直线运动的零件（可能是一根导轨，也可能多于一根）三、导轨的导向原理限制运动件的五个自由度，仅保留沿一个方向移动的自由度（图12－l）四、导轨的分类按摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨弹性摩擦导轨流体摩擦导轨五、导轨的基本要求（图12-2）1．导向精度高：（1）导轨在垂直平面和水平面内的直线度（2）导轨面间的平行度2．运动轻便、平稳、低速时无爬行现象3．耐磨性好4．对温度变化的不敏感性5．足够的刚度6．结构工艺性好第二节滑动摩擦导轨一、特点及类型1、特点：优点：结构简单、接触刚度大缺点：摩擦阻力大磨损快、低速易产生爬行2、分类（图12－3）：圆柱面导轨、棱柱面导轨3、圆柱面导轨（图12-4，12-5）（1）优点：导轨面的加工和检验比较简单，易于达到较高的精度（2）缺点：对温度变化比较敏感，间隙不能调整。4、棱柱面导轨（1）分类：双三角形导轨（图12-6a）三角形-平面导轨（图12－6b）矩形导轨（图12-7）燕尾导轨（图12-8）（2）双三角形导轨、三角形－－平面导轨（3）矩形导轨（4）燕尾矩形导轨二、导轨间隙的调整1、磨、刮结合面或加垫片的方法（图12-8a）2、采用平镶条调整（图12-9）3、采用斜镶条调整（图12-10，表12-1）1、对于单根导轨则力系的平衡条件为：022cossin)(,00sin,00cos)(,01121221LNdfNdfNhFFbLMFNNFFFfNNFvvAyavx三、驱动力方向和作用点对导轨工作的影响解得)21(sin)21(cos2cos2)2(sin2cos2)22(sin21LdfLbfLhfFFLFhdfbFNLFhdfbLFNvvvavv保证运动件不被卡住的条件是：021sin21cosLdfLbafLhfavvv对于当d与L相比很小时，略去fvd/L当h＝0时当为运动灵活常取021sin21cosLdfLbafLhfavvv)2(2bLfhfLtgvvtgftgfbLvv12012Lhfv5.02Lhfv不同的导轨值为矩形导轨燕尾形和三角形导轨圆柱面导轨式中——滑动摩擦系数——燕尾轮廓角或三角形底角vffffffffvvv27.1/4cos/f2、对于截面形不同的组合导轨注意选择驱动力作用点位置四、温度变化对导轨间隙的影响1、导轨中的最小间隙值Δmin应大于或等于零式中——包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸;)](1[)](1[01max102min2minttDttDmin2D——被包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸；——被包容件与包容件材料的线膨胀系数；——导轨制造时的温度；——导轨工作时的最高或最低温度max1D120tt导轨中的最大间隙应小于或等于允许间隙：][maxmax2、导轨中的最大间隙可用下式计算：式中——包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸;——被包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸。)](1[)](1[01min102max2maxttDttDmin2Dmax1D五、导轨的刚度计算导轨主要受静载荷作用，故导轨的刚度主要是指静刚度。其接触变形：（单位为um)式中p——接触面间的平均压力（；c——系数pc六、提高导轨耐磨性的措施（一）合理选择导轨的材料及热处理(图12-13)（二）减小导轨面压强1．静压卸载导轨（图12－14）2．水银卸载导轨（图12－15）3、机械卸载导轨（图12－16）（三）保证导轨良好的润滑（四）提高导轨的精度七、导轨主要尺寸的确定1、导轨的主要尺寸：运动件和承导件的长度、导轨宽度、两导轨之间的距离、三角形导轨的顶角第三节滚动摩擦导轨滚动导轨的特点是：①摩擦系数小②定位精度高③磨损较小，寿命长④结构较为复杂，加工比较困难⑤对脏物及导轨面的误差比较敏感一、滚动导轨的类型及结构特点1、分类：（一）滚珠导轨（图12-17，图12-18）（二）滚柱导轨（三）滚动轴承导轨采取如下措施：1）预先在V形槽与滚珠接触处研磨出一窄条圆弧面的浅槽2）采用双圆弧滚珠导轨（图12-19，图12-20，图12-21）（二）滚柱导轨与滚动轴承导轨1．交叉滚柱V-平导轨（图12－22a）2．v-平滚柱导轨（图12－22b）3．滚动轴承导轨（图12-23）二、滚动导轨的预紧1．采用过盈装配形成预加负载（图12－24a）2．用移动导轨板的方法实现预紧（图12－24b）三、导轨主要参数的确定（一）运动件的长度在满足导轨最大位移的前提下，应尽可能减小运动件的长度（图12－25）式中——运动件的最短长度;——保险量,一般取=5~10mm222maxmax''''SleLSecabaabableLLe（二）隔离架限动槽长度b和平椭圆长度B（见图12－17）当运动件移动时，隔离架只移动式中——限动销的直径——滚珠直径maxS2maxSmaxmax1.021SdBdSbshshdd（三）滚动体的大小和数量优先选用直径较大的滚动体原因：①提高导轨的承载能力②提高导轨的接触刚度③减小导轨的摩擦阻力四、滚动导轨的材料和热处理1、常用的导轨材料：1）低碳合金钢2）合金结构钢3）合金工具钢4）氮化钢5）铸铁五、镶装式导轨结构1、定义：用螺钉把导轨固定在机座上的结构，叫做镶装式导轨结构（图12-26，12-27）（表12-2，表12-3）第四节弹性摩擦导轨1、弹性摩擦导轨的优点（图12-28，12-29）①摩擦力极小；②没有磨损，不需润滑；③运动灵便性高；④可以达到极高的分辨率。2、缺点：运动件只能作很小的移动，大大限制了其使用范围第五节静压导轨简介一、液体静压导轨1、分类：（一）开式静压导轨（图12-30）（二）闭式静压导轨（图12-31）2、优点：①摩擦系数很小②基本没有磨损，能长期保持原始精度③承载能力大，刚度好④摩擦发热小，导轨温升小⑤油液具有吸振作用，抗振性好3、缺点：①结构较复杂②需要一套供油设备③油膜厚度不易掌握④调整较困难二、气体静压导轨：1、原理：外界供压设备供给一定压力的气体将运动件与承导件分开，运动件运动时只存在很小的气体层之间的摩擦，摩擦系数极小2、分类：开式闭式负压吸浮式（图12-32，图12-33）