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

导轨类型

主要特点

应用

导轨类型 主要特点

应用 滑动导轨

1, 结构简单,使用维修方便。2,未形成完全液体摩擦时低速易爬行 3,磨损大寿命低,运动精度不稳定

普通机床,冶金设备上应用普遍

滚动导轨 1,运动灵敏度高,低速运动平稳性好,定位精度高。2,精度保持性好,

磨损少,寿命长。3,刚性

和抗振性差,结构复杂成本高,要求良好的保护 广泛用于各类精密机床,数控机床,纺织机械等 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益广泛 动压导轨

1,速度高(90600),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接触

主要用语速度高,精度要求一般的机床主运动导轨 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,运动平稳精度高

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,数控机床的工作台

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：

△12

由此公式估算出9401090

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

⨯，查表9.3-73[1]

GGB20B AL2P-

12

940

得，这种导轨的额定动，静载荷分别为13.620.3。

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:

100×9.8=980N

F1234=1/4（G1）=250N

1)滚动导轨的额定寿命计算公式[6]为：

（）ε⨯27166

式中 L——额定寿命（）；

——额定动载荷（）；

P——当量动载荷（）；

——受力最大滑块所受的载荷（）；

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（），滚珠时，50；滚柱时，100；

——硬度系数；

――（滚道实际硬度（））。

由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于58，故通常可取 =1

——温度系数，查表6-2[7],得t f=1

表6-2 温度系数

工作温度/C0

100

≤100~150 150~200 200~250

t

f 1 0．90 0．73 0．60

——接触系数，查表6-3；得c f=1

表6-3 接触系数

每根导轨上

的滑块数

1 2 3 4 5

c

f1．00 0．81 0．72 0．66 0．61 ——精度系数，查表6-4；取a f=1.5

表6-4 精度系数

工作条件

a

f

无外部冲击或振动的低速运动的场合，速度小于15 1~1.5

无明显冲击或振动的场合，速度为15~60 1.5~2

有外部冲击或高速运动的场合，速度大于60 2~3.5 ——载荷系数，查表6-5；得w f=1

表6-5 载荷系数

精度等级 2 3 4 5

w

f

1．0

1．0 0．9 0．9

则27166

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（） ——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：

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：

26340.1 2523014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200或300做固定导轨，以150或200做动导轨。

3997-1994标准对普通灰铸铁导轨的硬度要求如表6-6[10]

所示

表6-6 灰铸铁导轨硬度要求

硬度要求() 硬度不均匀性() 导轨长度 导轨铸件重量 不低于 不高于 导轨长度 硬度差不超过 ≤2500 - 190 255 ≤2500 25 >2500 >3 180 241 >2500 35 >5 175 241 由几何件连接的导轨

45

>10

165

241