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12.3.2导向机构234导向支承部件的作用支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。这样的部件通常被称为导轨副，简称导轨。5一、导轨副的组成、种类及其应满足的要求1．导轨副的组成、种类导轨副主要由支承导轨1和动导轨2两大部分组成。6按其接触面的摩擦性质滑动导轨滚动导轨流体介质摩擦导轨气体、液体导轨弹性摩擦导轨圆柱型棱柱型组合型滚柱(针)型滚珠型滚动导轨块型滚动轴承型动压型静压型动静压型片簧型膜片型柔性铰链型7按其结构特点开式导轨借助重力或弹簧弹力保证运动件与承导面之间的接触闭式导轨只靠导轨本身的结构形状保证运动件与承导面之间的接触89滑动导轨滚动导轨102．导轨副应满足的基本要求机电一体化系统对导轨的基本要求：导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性好等对精度要求高的直线运动导轨，还要求导轨的承载面与导向面严格分开；当运动件较重时，必须设有卸荷装置，运动件的支承，必须符合三点定位原理。11(1)导向精度指动导轨按给定方向作直线运动的准确程度。导向精度的高低，主要取决于导轨的结构类型；导轨的几何精度和接触精度；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变形等。1112直线运动导轨的几何精度(如图所示)，一般有下列几项：1)导轨在垂直平面内的直线度(即导轨纵向直线度)；2)导轨在水平平面内的直线度(即导轨横向直线度)；3)两导轨面间的平行度，也叫扭曲度。13(2)刚度导轨的刚度就是抵抗载荷的能力。在恒定载荷作用下，物体变形的大小，表示静刚度的好坏。导轨变形一般有自身、局部和接触三种变形。抵抗恒定载荷的能力静刚度；抵抗交变载荷的能力动刚度。14(3)精度的保持性它主要由导轨的耐磨性决定。导轨的耐磨性是指导轨在长期使用后，应能保持一定的导向精度。提高导轨的精度保持性，必须进行正确的润滑与保护。采用独立的润滑系统自动润滑。防护方法很多，目前多采用多层金属薄板伸缩式防护罩进行防护。1516(4)运动的灵活性和低速运动的平稳性机电一体化系统和计算机外围设备等的精度和运动速度都比较高，因此，其导轨应具有较好的灵活性和平稳性，工作时应轻便省力，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。在低速运行时(如0．05mm／min)，往往不是作连续的匀速运动而是时走时停(即爬行)。17将传动系统和摩擦副简化成弹簧一阻尼系统，如图所示，•主动件1匀速运动，通过压缩弹簧，推动静止的运动件3，当弹簧力静摩擦力时，3静止；•当弹簧力静摩擦力时，3运动，且动摩擦力随动摩擦系数的降低而减小，运动件3速度增大；•运动件3速度增大，弹簧伸长，弹簧力减小，3产生负加速度，速度减小，动摩擦力增大，速度进一步减小，直至3静止；•主动件1重新压缩弹簧，爬行现象进入下一周期。18为防止爬行现象的出现，可同时采取以下几项措施：采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、贴塑料层导轨等；在普通滑动导轨上使用含有极性添加剂的导轨油；用减小结合面、增大结构尺寸缩短传动链、减少传动副等方法来提高传动系统的刚度。爬行现象出现的原因：摩擦系数随运动速度的变化和传动系统的刚度不足。19(5)对温度的敏感性和结构工艺性导轨在环境温度变化的情况下，应能正常工作，既不“卡死”，亦不影响系统的运动精度。导轨对温度变化的敏感性，主要取决于导轨材料和导轨配合间隙的选择。结构工艺性是指系统在正常工作的条件下，应力求结构简单，制造容易，装拆、调整、维修一检测方便，从而最大限度的降低成本。20二、滑动导轨副常见的导轨截面形状，有三角形(分对称、不对称两类)、矩形、燕尾形及圆形等四种，每种分为凸形和凹形两类。21凸形导轨不易积存切屑等脏物，也不易储存润滑油，宜低速下工作；凹形导轨则相反，可用于高速，但必须有良好的防护装置，以防切屑等脏物落入轨道。1）、三角形截面类型：•凸三角形导轨：三角形导轨•凹三角形导轨：V形导轨特点：•磨损后能自动补偿•导向面即支承面•水平方向和垂直方面的误差相互影响选型：•顶角的选择为了提高承载面积，减小比压，一般采用大的顶角为了提高导向性，宜采用小的顶角•截面形状的选择两边的支承力相近时，采用等腰三角形截面两边的支承边相差较大时，采用不等腰三角形221、各种导轨的特点三角形导轨V形导轨232）矩形导轨特点:导向面与支承面分开，精度保持性好支承面比较宽，承载能力大，刚度大垂直与水平误差互不影响无自动补偿能力，导向精度差，须有间隙调整装置243)燕尾形导轨此类导轨磨损后不能自动补偿间隙，需设调整间隙装置。用镶条可调节水平与垂直方向的间隙，且高度小，结构紧凑，可以承受颠覆力矩。刚度较差，摩擦力较大，制造、检验和维修都不方便。用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受到限制的场合254)圆形导轨缺点：不能承受大的扭矩。用途：圆柱导轨用于承受轴向载荷的场合。特点：精度较高，制造方便具有两个自由度：•直线运动：应限制旋转运动，如开槽、平面、同时使用两根•旋转运动：应限制直线运动26272．导轨副的组合形式(1)双三角形导轨两条三角形导轨同时起支承和导向作用。多用于精度要求较高的机床设备28(2)矩形和矩形组合承载面1和导向面2分开。因而制造与调整简单。29(3)三角形和矩形组合它兼有三角形导轨的导向性好、矩形导轨的制造方便、刚性好等优点，并避免了由于热变形所引起的配合变化。30(4)三角形和平面导轨组合这种组合形式的导轨如图所示，它具有三角形和矩形组合导轨的基本特点，但由于没有闭合导轨装置，因此只能用于受力向下的场合。31(5)燕尾形导轨及其组合整体式燕尾形导轨装配式燕尾形导轨燕尾与矩形组合制造、调试方便兼有调整方便和能承受较大力矩的优点，多用于横梁、立柱和摇臂等导轨323．导轨副间隙的调整间隙过小，会增加摩擦阻力；间隙过大，会降低导向精度。导轨应有间隙调整装置。矩形导轨需要在垂直和水平两个方向上调整间隙。常用的调整方法有压板和镶条法两种方法。对燕尾形导轨可采用镶条(垫片)方法同时调整垂直和水平两个方向的间隙。33对矩形导轨可采用修刮压板、修刮调整垫片的厚度或调整螺钉的方法进行间隙的调整。修刮压板调整螺钉调整垫片的厚度34如图所示为采用平镶条调整导轨面间隙的结构。平镶条35图b、c所示为采用两根斜镶条调整导轨侧面间隙的结构。优点是：镶条两侧面与导轨面全部接触，故刚性好，但斜镶条必须加工斜形，因此制造困难。由于使用可靠，调整方便，故应用较广。364、导轨材料的搭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。如果采用相同的材料，也应采用不同的热处理，以使动、静导轨的硬度不同，其差值一般在20～40HB范围内。而且，最低硬度应不低于所用材料标准硬度值的下限。滑动导轨常用材料的搭配列于表。37三、滚动导轨381．直线运动滚动导轨副的特点及要求滚动导轨是在作相对直线运动的两导轨面之间加入滚动体，变滑动摩擦为滚动摩擦的一种直线运动支承。具有许多特点：①摩擦系数小(0.003～0.005)，运动灵活；②动、静摩擦系数基本相同，因而启动阻力小，不易产生爬行；③可以预紧，刚度高；④寿命长；⑤精度高；⑥润滑方便，可采用脂润滑，一次装填，长期使用；⑦由专业厂生产，可以外购选用。39滚动导轨的缺点是：导轨面与滚动体是点接触或线接触，所以抗振性差，接触应力大；对导轨的表面硬度、表面形状精度和滚动体的尺寸精度要求高，若滚动体的直径不一致，导轨表面有高低，会使运动部件倾斜，产生振动，影响运动精度；结构复杂，制造困难，成本较高；对脏物比较敏感，必须有良好的防护装置。402．滚动导轨副的分类直线运动滚动导轨副的滚动体有循环的和不循环的两种类型，根据直线运动导轨,这两种类型又将导轨副分成多种型式，如表所示。411)滚动体不循环的滚动导轨副滚动体是滚珠、滚针或圆柱滚子。它们的共同特点是滚动体不循环，因而行程不能太长。特点：结构简单，制造容易，成本较低，但有时难以施加预紧力，刚度较低，抗振性能差，不能承受冲击载荷。42（a,b）摩擦阻力小，但承载能力差，刚度低；不能承受大的颠覆力矩和水平力承荷能力比滚珠导轨副高近10倍；刚度高交叉滚柱导轨副43442)滚动体循环的滚动导轨副如图为行程无限的标准滚动导轨副。这种导轨副用于重载条件下，但结构较复杂，装卸调整不方便。45如图所示为标准化的滚动导轨块，其特点是行程长，装卸调整方便。滚柱导轨块可按额定动负荷选用，其基本参数为高度H滚珠导轨块结构紧凑，尤其是高度小，容易安装,不发生歪斜；承载能力差，抗振性能也略差。46473)滚动轴承导轨滚动轴承导轨与滚珠、滚柱导轨的主要区别是：它不仅起着滚动体的作用，而且还代替了导轨。主要特点是：摩擦力矩小，运动平稳、灵活，承载能力大，调节方便，导轨面积小，加工工艺性好，能长久地保持较高的精度。但其精度直接受到轴承精度的影响。滚动轴承导轨在精密机械设备和仪器中均有采用，如精缩机、万能工具显微镜、测长仪等。48用作导轨的滚动轴承与轴承厂制造的标准轴承有所不同，标准滚动轴承是外环固定，内环旋转，而用作导轨的轴承恰好相反。且轴承内外环比标准轴承厚，如图所示，精度更高。导轨用滚动轴承49如图所示为行程无限的标准滚动导套副。它装卸调整方便，用于轻载场合。50三、静压导轨副静压导轨是将具有一定压力的油或气体介质通入导轨的运动件与导向支承件之间，运动件浮在压力油或气体薄膜之上，与导向支承件脱离接触，致使摩擦阻力(力矩)大大降低。运动件受外载荷作用后，介质压力会反馈升高，以支承外载荷。按结构分类开式闭式51图为一能承受载荷与颠覆力矩的液体静压导轨原理图。2.3.3执行器在自动化生产线上，经常可以看到各种形式的机械手运动灵活、动作准确第完成各种操作。机械手的末端执行器按其结构特点及握持工件的原理一般可分为三大类：机械夹持器特种末端执行器灵巧手（或万能手）52521、机械夹持器圆弧开合型机械夹持器•在传动机构带动下，手指指端的运动轨迹为圆弧。如图所示，a)采用凸轮机构，b)采用连杆机构作为传动件。夹持器工作时，两手指绕支点作圆弧运动，同时对工件进行夹紧和定心。这类夹持器对工件被夹持部位的尺寸有严格要求，否则可能会造成工件状态失常。53圆弧平行开合型机械夹持器•这类夹持器工作时两手指作平行开合运动，而指端运动轨迹为一圆弧。图示的夹持器是采用平行四边形传动机构带动手指的平行开合的两种情况。图a)为机构在夹持时指端前进图b)为机构在夹持时指端后退54直线平行开合型机械夹持器•这类夹持器两手指的运动轨迹为直线，且两指夹持面始终保持平行，如图所示。图a)采用凸轮机构实现两手指的平行开合，在各指的滑动块上开有斜形凸轮槽，当活塞杆上下运动时，通过装在其末端的滚子在凸轮槽中运动；实现手指的平行夹持运动。图b)采用齿轮齿条机构，当活塞杆末端的齿条带动齿轮旋转时，手指上的齿条作直线运动，从而使两手指平行开合，以夹持工件。552、特种末端执行器56真空吸附手573、灵巧手58灵巧手模型图59