导轨的选型及计算
导轨的选型及计算
导轨的选型及计算导轨是一种用于支撑和导向运动机构的装置，广泛应用于各种机械设备和工业生产中。
导轨的选型和计算对于机械设备的运行和精度有着重要的影响，下面将详细介绍导轨的选型和计算的相关内容。
1.导轨的选型：-负载要求：根据所要承载的负载大小，选择相应的导轨类型和规格。
一般而言，负载越大，需要选择精度更高的导轨。
-运动速度：高速运动时，应选择具有较高刚度和振动阻尼的导轨类型，以确保平稳的运动。
-精度要求:根据所要求的运动精度，选择具有合适精度等级的导轨。
一般市场上导轨的精度等级包括：P级、H级、N级等，其中精度等级越高，导轨的定位精度越高。
-使用环境：根据导轨所处的环境条件，选择适合的导轨材料，如不锈钢导轨、铝合金导轨等。
-导轨的自润滑能力：根据实际需求选择导轨的自润滑能力，如有些导轨需要使用润滑油来确保正常工作。
2.导轨的计算：导轨的计算一般分为以下几个方面的内容：-负载计算：首先要计算所要承载的负载大小，包括横向负载、纵向负载和径向负载等。
-功率计算：根据负载计算出的数据，再根据所要求的运行速度，计算出导轨所需的功率。
-振动计算：根据负载和速度等参数，计算导轨运动时所产生的振动，并与实际需求进行对比，以确定导轨所需的振动阻尼能力。
-精度计算：根据所要求的运动精度，计算导轨的理论定位精度，并与导轨的精度等级进行比较。
如精度等级不够，需要重新选择导轨。
-刚度计算：根据负载和速度等参数，计算导轨的刚度，并与实际需求进行对比。
若刚度不够，也需要重新选择导轨。
-导轨的寿命计算：根据导轨的材料和工作环境等因素，计算导轨的使用寿命，并根据需求进行修正。
总之，导轨的选型和计算是机械设计的一个重要环节，它涉及到负载要求、运动速度、精度要求、使用环境等多个因素。
通过合理的选型和计算，可以确保导轨的适用性和可靠性，提高机械设备的运行精度和稳定性。
同时，需要注意参考相关的标准和规范，以确保导轨的质量和性能符合要求。
导轨的选型及计算
, 低速 , 定位精
方便。 2, 未形成完全液 体 摩擦 时低 速 易爬 行 3, 磨损大寿命低 精度不稳定 , 运动
床 , 冶 金 设备上应 用普遍
度高。 2, 精度保持性好
磨损少 , 寿命长。 3, 刚性 和抗振性差 成本高 护 1, 速 度 高 , 结构复杂
, 要求良好的保
床 , 纺 织机械 等 主要用 语速度 高 , 精 度要求 一般的 机床主 运动导 轨 各种大
6-8
的规定。
Ⅲ级和Ⅲ级以上 Ⅳ级 Ⅴ级
20 16 10
2) 导轨
生产率高 , 是加工淬硬导轨唯一方法，磨削导轨表面粗糙度应达到
[10] [10]
的要求 , 见表 6-9
机床 类型 Ⅲ级 和Ⅲ 级以 上 Ⅳ级 Ⅴ级 0.4(0.2) 0.8(0.4) 中小型 0.2 ～ 0.4(0.1 0.2) ～
1, 动导轨表面贴塑料软 带等与铸铁 或钢导轨 , 且动 , 不易 2, 主要应用 与中大型 机床压强 不大的导 轨应用日 益广泛 动压导轨
(90m/min~600m/min), 形成液体摩擦 大 , 抗阵性好 2, 阻尼 3, 结构简 ,
搭配 , 摩擦系数小 塑 导轨 料 静摩擦系数搭配
爬行 , 抗摩擦性能好。 贴塑工艺简单。
导轨热处理 : 一般重要的导轨，铸件粗加工后进行一次时效处理，高精度导 轨铸件半精加工后还需进行第二次时效处理。 常用导轨淬火方法有 : (1 ～ 2)mm 。硬度 (45 ～ 50)HRC。 (0.2 ～ 0.25)mm, 显微硬度 600HM左右。
1) 中频淬火，淬硬层深度
2) 接触加热自冷表面淬火，淬硬深度
( 括号内数值 )。
0.2(0.1) 0.4(0.2)
直线导轨选型计算
直线导轨选型计算今天给⼤家带来直线导轨选型计算，线导轨选型计算这是⼀门很有必要的章节于没有极⾼参数计算⽔平和实际应⽤(维护)经验设计⼈员来说，导轨、丝杆等的凭空选择也是必须的，下⾯我就给⼤家⼀⼀讲解滚动直线导轨副特点：1、滚动体与圆弧沟槽相接触，与点接触相⽐承载能⼒⼤，刚性好。
2、摩擦因素⼩，⼀般为 0.002~0.005 ，仅为滑动导轨副的 1/20~1/30 ，节省动⼒，可以承受上下左右四个⽅向的载荷。
动、静摩擦差别很⼩。
3、磨损⼩，寿命长，安装、维护、润滑简便。
运动灵活，⽆冲击，在低速微量进给时，能很好地控制位置尺⼨，不会发⽣空转打滑，并能实现超微⽶级精度的进给。
直线导轨的选型步骤滚动功能部件的主要失效形式是滚动元件与滚道的疲劳点蚀与塑性变形，其相应的计算准则为寿命（或动载荷）计算和静载荷计算。
某些滚动功能部件还具有滚动体循环装置，循环装置的失效主要靠正确的制造、安装与使⽤维护来避免。
1、动载荷计算C：基本额定动载荷 (N)Pc：垂直于运动⽅向的载荷， P/4fH ：硬度系数，⼀般取值 1fT：温度系数fc：接触系数fw ：载荷系数滚动体额定寿命：球体： 50km ；滚⼦： 100kmL：设计总寿命⾏程 (km)l：⼯作⾏程，即轨道长度 (单位： m)n：每分钟往返次数 (次/min)Lh：设计总寿命时间 (参照下页图表 )直线导轨在设备中的应⽤及安装⽅法1、在安装直线导轨之前必须清除机械安装⾯的⽑边、污物及表⾯伤痕。
注意：直线滑轨在正式安装前均涂有防锈油，安装前请⽤清洗油类将基准⾯洗净后再安装，通常将防锈油清除后，基准⾯较容易⽣锈，所以建议涂抹上黏度较低的主轴⽤润滑油。
2、将主轨轻轻安置在床台上，使⽤侧向固定螺丝或其他固定治具使线轨与侧向安装⾯轻轻贴合。
注意：安装使⽤前要确认螺丝孔是否吻合，假设底座加⼯孔不吻合⼜强⾏锁紧螺栓，会⼤⼤影响到组合精度与使⽤品质。
3、由远端向近端按顺序将滑轨的定位螺丝稍微旋紧，使轨道与垂直安装⾯稍微贴合。
直线导轨选型
质量m1 质量m2 加速度a1 重力加速度g
1）负荷计算P
等速时 径向负荷P1 径向负荷P2 径向负荷P3 径向负荷P4
2）等效负荷计算PE
等速时 等效负荷PE1 等效负荷PE2 等效负荷PE3 等效负荷PE4
3）静安全系数fs
200 kg 100 kg
fw 1.0~1.2 1.2~1.5 1.5~2.0 2.0~3.5
多段行程： 额定寿命L1 额定寿命L2 额定寿命L3 额定寿命L4
最终额定寿命
5,323 km 1,547 km 3,237 km 15,968 km 1,547 km
减速时 径向负荷P1 2,219.85 N 径向负荷P2 -113.48 N 径向负荷P3 -749.85 N 径向负荷P4 1,583.48 N 横向负荷Pt 277.78 N
减速时 等效负荷PE12,497.63 N 等效负荷PE2 391.26 N 等效负荷PE31,027.63 N 等效负荷PE41,861.26 N
如行程分多段进行，请分别计算平均负荷后再将值粘贴进此表计算出总行程平均负荷
行程ls
一段 1.5
二段 1.5
三段 0
四段 0
五段
FINISH
0
平均负荷Pm1
2765.637714 2632.641
0
0
0 2,700.78
平均负荷Pm2
4117.138221 4036.482
0
0
0 4,077.21
平均负荷Pm3
10 m/s2 9.8 m/s2
1,053.18 N 1,053.18 N
416.82 N 416.82 N
导轨的选型及计算
导轨的选型及计算导轨的选型及计算按结构特点和摩擦特性划分的导轨类型见表6-1[5],各类导轨的主要特点及应用列于表中表6-1导轨类型特点及应用塑料导轨1, 动导轨表面贴塑料软带等与铸铁或钢导轨搭配，摩擦系数小，且动静摩擦系数搭配，不易爬行，抗摩擦性能好。
2, 贴塑工艺简单。
3,刚度较低，耐热性差容易蠕变主要应用与中大型机床压强不大的导轨应用日广泛动压导轨1，速度高(90m/mi n~6OOm/mi n)，形成液体摩擦2,阻尼大，抗阵性好3,结构简单，不需复杂供油系统，使用维护方便4,油膜厚度随载荷与速度而变化。
影响加工精度，低速重载易出现导轨面要用语速度高，精度要求般的机床镶钢，镶金属导轨1,在支撑导 轨上镶装有 一定硬度的 不钢板或钢 带,提高导 轨耐磨性，改善摩擦或 满足焊接床 身结构需 要。
2,在动 导轨上镶有 青铜只类的 金属防止咬 合磨损，提 高耐磨性，运动平稳精 度咼镶钢 导轨 工艺 复 杂，成本 高。
常用于重 型机 床如 \立 车，龙门 铣床 的导 轨上 静压 导轨 1,摩擦系数 很小，驱动 力小。
2,低 速运动平稳 性好3,承 载能力大，刚性，吸阵 性好4,需要 一套液压装 置，结构复 杂，调整困 难各种 大 型,重 型 机 床,精 密 机 床, 数 控 机 床 的 工6.1初选导轨型号及估算导轨长度X 方向初选导轨型号为GGB20BAL2P12 940 4⑹具体数据见《机械设计 手册》9-149 Y 方向初选导轨型号为 GGB20AAL 2R2 1090 4导轨的运动条件为常温，平稳，无冲击和震动 为何选用滚动直线导轨副：1）滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。
有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度。
驱动功率小，只相当普通机械的十分之。
2）承载能力大，刚度高。
3）能实现高速直线运动，起瞬时速度比滑动导轨提高10倍。
4）采用滚动直线导轨副可简化设计，制造和装配工作，保证质量，缩短时间，降低成本。
导轨的选型及计算步骤
用户可以根据所选导轨副的配置形式计算滚动直线导 轨副的每个滑块所承受的载荷，然后根据后面提供的寿命计 算方法来计算导轨副的寿命。
导轨的选型及计算步骤
制作人：杨海琪
选用精度等级表
机床类型
精度等级
坐标
2
3
பைடு நூலகம்
4
5
普通机床
X、Y Z
√
√
√
车床
X
√
√
√
Z
√
√
√
X、Y
√
√
√
铣床、加工中心
Z
√
√
√
数控 机床
镗床 磨床
X、Y
√
√
Z
√
√
X、Y
√
√
Z
√
√
X、Y
√
√
电加工机床
Z
√
√
数控精密工作台
X、Y
√
1.导轨的长度：
动导轨的 L长度2e： l Smax
2
静导轨的
长Lj度 ：L Smax
2.滚动体的尺寸和数量
增大滚动体直径，可以减小摩擦系数和接触应力，不
易产生滑动。若采用滚柱，推荐其直径d≥6～8mm， 滚柱的长径比b／d＝1.5～2.0。
滚动体的数量取决于导轨的长度和刚度条件，每一条 导轨上一般不少于12～16个。若数量过多，会因制造 误差引起载荷分布不均匀。推荐取
导轨主要参数的计算
滚珠数量 ：
Zb
F 9.5
d
滚柱数量 ：
Zr
F 4b
上两式中，F为每条导轨所承受的载荷（N）； d为滚珠直径（mm）；b为滚柱长度（mm）。
导轨的选型及计算步骤
导轨的选型及计算步骤什么是导轨导轨是一种机械零件，也被称为导向轨。
其作用是通过高精度的加工和装配，使得机器元件在其中受到引导和支持，从而达到准确移动的目的。
导轨通常应用在机器人、自动化加工设备、精密测量仪器等领域，是现代工业高精度装备的重要组成部分。
导轨的选型主要有以下几项考虑因素：1.精度等级导轨的精度等级决定了其加工技术、材料及制造成本。
一般来说，导轨的精度等级越高，其制造成本也就越高。
在选型过程中，需要根据具体应用情况进行权衡。
如果应用要求较高的精度，那么就需要选择精度等级高的导轨，反之则可以选择精度等级较低的导轨。
2.负载能力导轨需要承载机器元件的重量，因此需要考虑其负载能力。
在选择导轨时，需要根据机器元件的重量以及运动速度来计算导轨的承载能力。
3.应力分布情况在机器元件运动时，导轨上承受的应力分布情况对导轨的选型也有一定的影响。
如果应力分布不均匀，容易导致导轨变形或磨损。
因此，在选型时需要考虑导轨的应力分布特点，选择合适的导轨型号。
4.环境适应性导轨常常运用在恶劣的环境中，如高温、低温、潮湿等。
因此，在选型时需要考虑导轨的环境适应性，选择能适应相应环境的导轨型号。
导轨的计算步骤导轨的选型需要进行一定的计算和验证，主要涉及以下步骤：1.计算负载需要根据机器元件的重量、材质、数量等因素来计算机器运行时所需的导轨承载力。
计算公式为：F = mg其中，F表示承载力，m表示质量，g表示重力加速度。
2.计算生命公式生命公式是导轨的使用寿命计算公式。
该公式根据工作条件、轨道长度以及使用频次对导轨的寿命进行评估。
生命公式通常采用下列形式：L10 = (C / F)^b其中，L10表示统计寿命，C表示基本动载荷额定值，F表示实际负荷，b为指数。
3.计算导轨长度根据机器的移动范围以及导轨的型号、长度等因素，计算所需的导轨长度。
同时，需要考虑运动的平稳性、自重等因素进行合理的选择。
以上就是导轨选型及计算的主要步骤。
导轨的选型及计算步骤
导轨的选型及计算步骤导轨是一种用于支撑和引导物体运动的机械装置，广泛应用于机床、自动化设备和交通工具等领域。
在选择合适的导轨类型和进行计算时，可以按照以下步骤进行：第一步：确定导轨应用条件在选择导轨之前，需要明确导轨所处的应用环境和要求，包括导轨的使用负载、运动速度、运动方向、运动方式和工作环境等。
这些因素将决定导轨的类型和精度等级。
第二步：选择导轨类型根据导轨的应用条件，可以选择合适的导轨类型，常见的导轨类型有直线导轨、圆柱导轨、球导轨和滚道导轨等。
不同类型的导轨适用于不同的应用场景，具有自身的特点和优势。
直线导轨适用于直线运动的场合，有较高的精度和刚度。
圆柱导轨适用于往复运动的场合，具有较高的承载能力和刚性。
球导轨适用于高速运动的场合，具有较好的滚动性能和耐磨性。
滚道导轨适用于滚动运动的场合，具有较好的自动调心能力和承载能力。
第三步：计算导轨尺寸在确定导轨类型之后，需要进行导轨尺寸的计算。
导轨的尺寸计算包括导轨长度、导轨高度、导轨宽度和导轨间距等。
这些尺寸需要根据负载和运动要求等因素来确定，确保导轨能够满足运动的要求和使用寿命。
导轨长度的计算是根据工件的行程和导轨端部的支撑方式来确定的。
导轨高度和宽度的计算需要根据负载和导轨类型来确定。
导轨高度的计算通常需要考虑滑块的高度和导轨的承载能力。
导轨宽度的计算需要考虑滑块的宽度和导轨的刚度要求。
导轨间距的计算通常需要根据工作台或滑块的尺寸来确定。
第四步：确定导轨的精度等级导轨的精度等级通常根据导轨的工作要求来确定。
导轨的精度等级包括导轨的直线度、平行度、垂直度和角度度等。
高精度等级的导轨通常具有更高的精度和刚度，适用于要求高速、高精度和高刚度的应用场合。
第五步：选择合适的导轨供应商在确定导轨类型、尺寸和精度等级之后，可以选择合适的导轨供应商进行采购。
导轨供应商的选择需要考虑产品质量、售后服务、价格和交货周期等因素。
总之，选择合适的导轨类型和进行计算是确保导轨能够满足运动要求和使用寿命的关键。
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导轨的选型及计算
按结构特点和摩擦特性划分的导轨类型见表6-1[5],各类导轨的主要特点及应用列于表中。
表6-1 导轨类型特点及应用
6.1 初选导轨型号及估算导轨长度
X 方向初选导轨型号为494012GGB 20B AL2P -⨯ [6]具体数据见《机械设计手册》9-149 Y 方向初选导轨型号为4109022G G B20AAL 1-⨯P
导轨的运动条件为常温，平稳，无冲击和震动 为何选用滚动直线导轨副：
1）滚动直线导轨副动静摩擦力之差很小，摩擦阻力小，随动性极好。
有利
于提高数控系统的响应速度和灵敏度。
驱动功率小，只相当普通机械的十分之一。
2）承载能力大，刚度高。
3）能实现高速直线运动，起瞬时速度比滑动导轨提高10倍。
4）采用滚动直线导轨副可简化设计，制造和装配工作，保证质量，缩短时间，降低成本。
导轨的长度：
由于导轨长度影响工作台的工作精度和高度，一般可根据滑块导向部分的长度来确定导轨长度。
其公式为：
L=H+S+△l-S1-S2
由此公式估算出Lx=940mm,Ly=1090mm
其中L—导轨长度
H—滑块的导向面长度
S—滑块行程
△l—封闭高度调节量
S1—滑块到上死点时，滑块露出导轨部分的长度
S2—滑块到下死点时，滑块露出导轨部分的长度
6.2 计算滚动导轨副的距离额定寿命
X方向的导轨计算
X方向初选导轨型号为4
940
12
GGB20B AL2P-
⨯，查表9.3-73[1]得，这种导轨的额定动，静载荷分别为Ca=13.6kN,Coa=20.3kN。
4个滑块的载荷按表9.3-48序号1的载荷计算式计算。
其中工作台的最大重量为:
G=100×9.8=980N
F1=F2=F3=F4=1/4（G1+F）=250N
1)滚动导轨的额定寿命计算公式[6]为：
L=（f
h f
t
fc fa Ca/ fwPc）
ε
⨯K=27166km
式中 L——额定寿命（km）；
Ca——额定动载荷（KN）；
P——当量动载荷（KN）；
Fmax——受力最大滑块所受的载荷（KN）； Z——导轨上的滑块数；
ε——指数，当导轨体为滚珠时，ε=3；当为滚柱时ε=10/3； K ——额定寿命单位（KM ），滚珠时，K=50KM ；滚柱时，K=100KM ； fh ——硬度系数；
fh ――（滚道实际硬度（HRC ））。
由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于58HRC ，故通常可取fh =1
ft ——温度系数，查表6-2[7],得t f
=1
表6-2 温度系数
fc ——接触系数，查表6-3；得
c
=1
fa ——精度系数，查表6-4；取
a
=1.5
fw ——载荷系数，查表6-5；得
w
=1
则L=27166Km
2)寿命时间的计算
当行程长度一定，以h 为单位的额定寿命为：
h n L L L a h 3.3059260
174.021027166602103
23=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=
式中 h L ——寿命时间（h ） L ——额定寿命（km ） La ——行程长度（m ） 2n ——每分钟往返次数 则h L h 3.30592
工况为：每天开机6个小时，每年300个工作日，则预计寿命年限为：
L h =30592.3/300×6=16.9年 同理求出Y 方向滚动导轨副的距离额定寿命：
L=26340.1km L h =25230h=14年
6.3导轨材料与热处理
机床滑动导轨常用材料主要是灰铸铁和耐磨铸铁。
灰铸铁通常以HT200或HT300做固定导轨，以HT150或HT200做动导轨。
JB/T3997-1994标准对普通灰铸铁导轨的硬度要求如表6-6[10]所示
常用耐磨铸铁与普通铸铁耐磨性比较见表6-7[8]
表6-7 常用耐磨铸铁
导轨热处理:一般重要的导轨，铸件粗加工后进行一次时效处理，高精度导轨铸件半精加工后还需进行第二次时效处理。
常用导轨淬火方法有:
1)中频淬火，淬硬层深度(1～2)mm 。
硬度(45～50)HRC 。
2)接触加热自冷表面淬火，淬硬深度(0.2～0.25)mm,显微硬度600HM 左右。
这种淬火方法主要用于大型铸件导轨。
6.4导轨的技术要求
6.4.1表面粗糙度
1)刮研导轨刮研导轨具有接触好、变形小、可以存油、外观美等特点,但劳动强度大、生产率低。
主要用于高精度导轨。
刮研导轨轨面每25mm×25mm面积内的接触点数不得少于表6-8[9]的规定。
2)导轨生产率高,是加工淬硬导轨唯一方法，磨削导轨表面粗糙度应达到的要求,见表6-9[10]。
接触面要求见表6-10[10]。
表6-9 磨削导轨表面粗糙度Ra
注:1.滑动速度大于0.5时,粗糙度应降低一级(括号内数值)。
2.淬硬导轨的表面粗糙度应降低一级(括号内数值)。
表6-10 磨削导轨表面的接触指标(%)
注:1.宽度接触达到要求后,方能作长度的评定。
2.镶条按相配导轨接触指标检验。
6.4.2几何精度
导轨的几何精度主要是指导轨的直线度和导轨间的平行度,垂直度等。
具体相关的几何精度参阅有关机械的精度标准。
本机构导轨精度取3级。
6.5导轨设计和使用注意事项
正确合理地设计和使用滚动直线导轨副,可以提高耐用度和精度保持性,减少维修和保养时间。
为此,应注意如下事项:
1)尽量避免力矩和偏心载荷的作用滚动直线导轨副样本中给出的额定动,静载荷,都是在各个滚珠受载均匀的理想状态下算出的。
因此,必须十分注意避免力矩载荷和偏心载荷。
否则,一部分滚珠承受的载荷,有可能超过计算Ca值时确定的许用接触应力,导致过早的疲劳破坏或产生压痕并出现振动,噪声,降低移动精度等现象。
2)提高刚度,减少振动适当预紧可以提高刚度,均化滚动体的受力从而提高寿命,并在一定程度上提高阻尼。
但是预紧力过大会增加导轨副的摩擦阻力,增加发热,降低使用寿命。
因此预紧力有其最佳值。
滚动支承的阻尼较小,因此要尽可能使它承受恒定的载荷。
有过大的振动和冲击载荷的场合不宜应用直线滚动导轨副。
为了减少振动,可以在移动的工作台上加装减振装置。
条件许可时可安装锁紧装置,加工时把不移动的工作台固定。
3)降低加速度的影响直线滚动导轨副的移动速度可以高达600m/min。
起动和停止时,将产生一个力矩,使部分滚动体受载过大,造成破坏。
因此,如果加速度较大,应采取以下措施:减轻被移动物体的质量,降低物体的重心,采取多级制动以降低加速度,在启动和制动时,增加阻尼装置等。
4）导轨防护
①固定保护：利用导轨中移动件俩端的延长物保护导轨。
②刮屑板：利用毛毡或耐油橡胶制成与导轨形状相吻合的刮条，使之刮走落在导轨上的灰尘，切屑等。
5)注意润滑和防尘滚动导轨通常采用钠基润滑脂润滑。
如果使用油润滑。
应尽可能采用高拈度的润滑油。
如果与其他机构同统一供油，则需附加滤油器。
在油进入导轨前再经一道精细的过滤。
为了防止异物浸入和润滑油泻出，产品出厂时滑块座两端均装有耐橡胶密封垫。