机电一体化设计——导向支撑机构

（3）精度保持性
指导轨在长期使用后，对导向精度的保持能力， 指导轨在长期使用后，对导向精度的保持能力， 主要由导轨的耐磨性决定。 主要由导轨的耐磨性决定。
影响因素：摩擦磨损性质、受力状况、 影响因素：摩擦磨损性质、受力状况、导轨材料 及工艺方法等，其中主要是磨损性质。 及工艺方法等，其中主要是磨损性质。
静压导轨的工作原理类似于静压轴承。 静压导轨的工作原理类似于静压轴承 。 把有压力 的液体或气体介质通入两导轨面之间， 使之脱离。 的液体或气体介质通入两导轨面之间 ， 使之脱离 。 导 轨本身精度对运动精度的影响较小，摩擦力减小。 轨本身精度对运动精度的影响较小，摩擦力减小。 提高静压导轨刚度的措施： 提高供油压力， 提高静压导轨刚度的措施 ： 提高供油压力 ， 加大 油控面积，减小导轨间隙。 油控面积，减小导轨间隙。 提高静压导轨的导向精度： 提高静压导轨的导向精度 ： 提高导轨面加工的几 何精度和接触精度要求， 何精度和接触精度要求 ， 进入节流器的精滤过的液压 油中的杂质微粒不得大于10 20μm 10- μm。 油中的杂质微粒不得大于10-20μm。 静压导轨上油腔的形状： 口字形、 静压导轨上油腔的形状 ： 口字形 、 工字形和王字 节流器的种类： 毛细管式固定节流器、 形 。 节流器的种类 ： 毛细管式固定节流器 、 薄膜反馈 式可变节流器。 式可变节流器。
• 四、 导轨结构设计和类型选择
1、导轨截面形状。 。
三角形：导轨顶角α 变化， 三角形：导轨顶角α在90。± 30。变化，α小导 向精度高，但摩擦力大，用于轻载精密机械。 向精度高，但摩擦力大，用于轻载精密机械。 α 大则用于大型机械。磨损后能自动补偿， 大则用于大型机械。磨损后能自动补偿，保持导 向精度，但工艺性较差。 向精度，但工艺性较差。 燕尾形：高度较小，能承受颠覆力矩， 燕尾形：高度较小，能承受颠覆力矩，易于调 整间隙。用于多坐标多层工作台， 整间隙。用于多坐标多层工作台，加工修理较 困难，刚度较差。 困难，刚度较差 圆柱形：制造方便，磨损后难以调整间隙， 圆柱形：制造方便，磨损后难以调整间隙，用于 只承受轴向力的部件，如立式导轨。 只承受轴向力的部件，如立式导轨。 矩形：加工修理较方便，承载能力较大， 矩形：加工修理较方便，承载能力较大，主承 载面是顶面，主导向面是侧面， 载面是顶面，主导向面是侧面，导向面磨损后 产生较大间隙，影响导向精度。 产生较大间隙，影响导向精度。用于重载低精 度的机械。 度的机械。
在滑动摩擦副中从动件在匀速驱动和一定摩擦条件下 产生的周期性时停时走或时慢时块的运动现象。 产生的周期性时停时走或时慢时块的运动现象。爬行是机 械振动自激振动的一种形式。 械振动自激振动的一种形式。每一个爬行周期都分两个阶 一个是能量的贮存, 段:一个是能量的贮存,另一个是能量达到临界值时的立即 释放。爬行是机床滑动导轨(见机床导轨) 释放。爬行是机床滑动导轨(见机床导轨)中常见的不正常 的运动状态。 的运动状态。程度较轻时爬行表现为肉眼所不能察觉的振 显著时表现为较大距离的跳动。 动，显著时表现为较大距离的跳动。爬行会显著降低工件 的加工精度。此外，汽车离合器接合时可能引起的冲击， 的加工精度。此外，汽车离合器接合时可能引起的冲击， 对某些仪器微调时可能发生的跃动，也都是爬行的实例。 对某些仪器微调时可能发生的跃动，也都是爬行的实例。 爬行大多在低速时出现。 爬行大多在低速时出现。爬行和防爬问题仍是人们研究的 课题。例如分析摩擦副表面形貌对爬行的影响， 课题。例如分析摩擦副表面形貌对爬行的影响，定性和定 量地讨论摩擦力、 量地讨论摩擦力、相对滑动速度与爬行运动之间的非线性 关系， 关系，借助电子计算机精确计算爬行临界速度和研制更为 优良的防爬油脂和摩擦副材料等。 优良的防爬油脂和摩擦副材料等。
直 线 运 动 导 轨
上述四种导轨可分成凹形与凸形两大类， 上述四种导轨可分成凹形与凸形两大类，凹形易于存 但也易积灰尘，必须进行防护，用于高速精密导轨， 油，但也易积灰尘，必须进行防护，用于高速精密导轨， 凸形则相反。 凸形则相反。
对称三角 形 不对称三 角形
矩形
燕尾槽
圆形
凸形
凹形
平面环形导轨 回 转 运 动 导 轨 双锥面导轨（C）：
α为90度，β可在 90度 20-70度之间变化 度之间变化， 20-70度之间变化， 除轴向和径向载荷 外，能承受一定的 颠覆力矩。 颠覆力矩。 （a）：承载能力 ）：承载能力 大，工艺性好，但 工艺性好， 只承受轴向载荷
锥面导轨（b）：
除轴向载荷外能承 受一定的径向载荷。 受一定的径向载荷。
2、 静压导轨
常见的塑料有： 常见的塑料有：
聚四氟乙烯软带： 聚四氟乙烯软带： 摩擦系数低，动静摩擦系数相近， 摩擦系数低，动静摩擦系数相近，低速运动 稳定性好，不易产生爬行。 稳定性好，不易产生爬行。摩擦系数一般为 0.03-0.05，耐磨系数为0.03 0.05。 0.030.03-0.05，耐磨系数为0.03-0.05。缺点是 粘结时保持平整较为困难。 粘结时保持平整较为困难。 复合材料导轨板：具有良好的摩擦特性，又 复合材料导轨板：具有良好的摩擦特性， 有一定的刚性和导热性，自润滑性能也较好， 有一定的刚性和导热性，自润滑性能也较好， 但是成本较高。 但是成本较高。 耐磨涂料：常见的是环氧树脂耐磨涂料（ 耐磨涂料：常见的是环氧树脂耐磨涂料（适用 于导轨修复）和含氟耐磨涂料等。 于导轨修复）和含氟耐磨涂料等。 其他涂料：棉纶和酚醛夹布塑料等，这些材料 其他涂料：棉纶和酚醛夹布塑料等， 撕伤能力强。 撕伤能力强。
导向支撑机构设计
齐 鹏
简 介
导向支撑机构用于保证运动部件沿着一 定的轨迹（直线或圆）运动， 定的轨迹（直线或圆）运动，并承受运动 部件上的载荷。 部件上的载荷。 • 常见的支撑机构主要有导轨、轴系及床 常见的支撑机构主要有导轨、 身等， 身等，本章主要介绍导轨和轴系导向支撑 机构。 机构。 •
一 导 轨
3）有色金属： 常用的有色金属有黄铜 ） 有色金属： 常用的有色金属有黄铜HPb59-l；锡 ； 青铜ZCuSn6Pb3Zn6，铝青铜 和锌合金ZZn-Al10-5， 青铜 ， 铝青铜ZQAl9-2和锌合金 和锌合金 ， 超滚铝LC4、铸铝ZL106等。其中以铝青铜较好。 超滚铝 、铸铝 等 其中以铝青铜较好。 4）塑料： 镶装塑料导轨具有耐磨性好 但略低于铝 ）塑料： 镶装塑料导轨具有耐磨性好(但略低于铝 青铜)， 抗振性能好， 工作温度适应范围广(-200~+260℃)， 青铜 ， 抗振性能好 ， 工作温度适应范围广 ℃， 抗撕伤能力强， 静摩擦系数低、差别小， 抗撕伤能力强，动、静摩擦系数低、差别小，可降低低速 运动的临界速度，加工性和化学稳定性好，工艺简单， 运动的临界速度，加工性和化学稳定性好，工艺简单，成 本低等优点。缺点是压缩变形较大，易蠕变。 本低等优点。缺点是压缩变形较大，易蠕变。塑料导轨多 与不淬火的铸铁导轨搭配。 与不淬火的铸铁导轨搭配。
பைடு நூலகம்导轨 静导轨
静导轨
• 二、导轨应满足的要求
（1）导向精度
导向精度指导轨副中运动件实际运动方向与给定 运动方向之间的准确程度。 运动方向之间的准确程度。 包括直线度、平行度及角度公差等。 包括直线度、平行度及角度公差等。
（2）接触精度
以导轨表面的实际接触面积占理论接触面积的百 分比或25mm×25mm 25mm mm面积上接触点的数目和分布状况来 分比或25mm×25mm面积上接触点的数目和分布状况来 表示。 表示。 一般由精刨、磨削、刮研等加工方法按标准决定。 一般由精刨、磨削、刮研等加工方法按标准决定。
3、 卸荷导轨
卸荷导轨是把主动导轨支承着的外载荷的一部分 或大部分， 转给辅助导轨去支承， 以达到减小负荷， 或大部分 ， 转给辅助导轨去支承 ， 以达到减小负荷 ， 提高耐磨性和低速运动稳定性， 提高耐磨性和低速运动稳定性 ， 常见的有液压卸荷导 轨和机械卸荷导轨。 轨和机械卸荷导轨。 液压卸荷导轨的工作原理类似静压导轨， 液压卸荷导轨的工作原理类似静压导轨 ， 只要把 毛细管节流器改为可调节流阀即可实现由液压来分担 导轨的部分或大部分载荷。 导轨的部分或大部分载荷。 机械卸荷导轨是另设辅助系统， 机械卸荷导轨是另设辅助系统 ， 减轻主动导轨的 负荷。 辅助系统一般有弹簧机构或液压机构构成， 负荷 。 辅助系统一般有弹簧机构或液压机构构成 ， 其 承载能力可以调节， 承载能力可以调节 ， 但是定位精度一般靠主动导轨来 保证。 保证。
• 三、导轨的材料
导轨的材料选择在满足以上要求的同时还应具备 较高的强度、良好的工艺性、成本低、 较高的强度、良好的工艺性、成本低、环境温度改变 时的尺寸稳定性等，常见材料如下： 时的尺寸稳定性等，常见材料如下： 铸铁：灰铸铁（HT20 40） 孕育铸铁(HT3020(HT30 1）铸铁：灰铸铁（HT20-40），孕育铸铁(HT3054) 54)，合金铸铁 铸铁导轨的热处理方法， 铸铁导轨的热处理方法 ， 通常有接触电阻淬火 借助与工件接触的电极(高导电材料的滚轮)通电后， （借助与工件接触的电极(高导电材料的滚轮)通电后，因接 触电阻而加热工件表面随之快速冷却的淬火工艺 ） 和中高 频感应淬火（使工件表面产生一定的感应电流， 频感应淬火（使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热 零件表面， 零件表面 ， 然后迅速淬火的一种金属热处理方法 ） 。 接触 电阻淬火，淬硬层为0 15～ mm。硬度可达HRC55。 HRC55 电阻淬火，淬硬层为0.15～0.2mm。硬度可达HRC55。 中 高 频 感 应 淬 火 ， 淬 硬 层 为 2 ～ 3mm ， 硬 度 可 达 HRC48 55， 耐磨性可提高二倍， 48～ HRC48 ～ 55 ， 耐磨性可提高二倍 ， 但在导轨全长上依 次淬火易产生变形，同时淬火需要相应的设备。 次淬火易产生变形，同时淬火需要相应的设备。
（4）运动的灵活性和低速运动稳定性
具体指导轨要有良好的灵活性和平稳性， 具体指导轨要有良好的灵活性和平稳性，工作时 要速度均匀，低速时不应产生爬行现象。 要速度均匀，低速时不应产生爬行现象。 产生爬行现象的原因：一是传动系统刚度不足， 产生爬行现象的原因：一是传动系统刚度不足， 二是摩擦系数随相对运动速度的变化而变化（ 二是摩擦系数随相对运动速度的变化而变化（主要原 因）。 起始： 很低， 很高；运动过程中V增大， 降低； 起始：V很低，f很高；运动过程中V增大，f降低； 至临界点， 升高。 V至临界点，f 升高。 避免措施：采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、 避免措施：采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、 塑料导轨；普通导轨上使用含有极性添加剂的导轨油； 塑料导轨；普通导轨上使用含有极性添加剂的导轨油； 提高传动系统的刚度；提高液压系统的刚度。 提高传动系统的刚度；提高液压系统的刚度。