精密机械设计基础课件(合肥工业大学)第十二章(导轨)

c o s( 1 fV2 L h ) fV s in( 1 2 L b fV L d ) 0
d / L 很小时，f v d / L 可略去，
tan
L2fvh
fv L2b
h=0时，驱动力的作用点在运动件的轴线上，则
L 2 fv tan b 1- fv tan
α=0时，驱动力的平行于运动件的轴线，则
第一节 概述
作用：支承和引导运动部件按给定方向作往复直 线运动。
基本组成: 运动件、承导件 静导轨 － 导轨副中设在支承构件上的，其导轨
面为承导面，比较长。 动导轨 － 设在运动件上的，导轨面一般较短。
各种导轨
第一节 概述
导轨的导向原理（保留一个移动自由度） ➢ 导轨的导向面
z x
y源自文库棱柱面
第十二章 直线运动导轨
参考文献
张策主编，《机械原理与机械设计》（下 册），机械工业出版社，2004
蒋秀珍主编，《机械学基础》，科学出版 社，2004
陈立德主编，《机械制造装备设计》，高 等教育出版社，2006
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主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 滑动摩擦导轨 滚动摩擦导轨 其它类型的导轨简介
提高导轨耐磨性的措施
➢ 合理选择导轨的材料及热处理 常用材料 ➢ 减小导轨面压强 卸载导轨 ➢ 保证导轨良好润滑－油膜 ➢ 提高导轨精度－直线度、相对位置精度、粗糙度
第二节 滑动摩擦导轨
导轨主要尺寸的确定 ➢ 两导轨之间的距离a－工作稳定前提下尽可能减小 ➢ 运动件长度L＝(1.2～1.8)a or L2a ➢ 承导件长度－取决于运动件长度及工作行程 ➢ 导轨宽度B＝F/( [p]L) ➢ 三角形导轨的顶角（90）
➢ 滚珠导轨
典型结构型式
其它结构型式
➢ 滚柱导轨
常见结构型式
➢ 滚动轴承导轨
应用示例
第三节 滚动摩擦导轨
滚动导轨的预紧
➢ 预紧增大刚度、减小磨损，结构复杂， 成本增加
➢ 采用过盈装配形成预加负载
示例
➢ 用移动导轨板的方法实现预紧 示例
导轨主要参数的确定
第三节 滚动摩擦导轨
➢ 运动件的长度 ➢ 隔离架限动槽长度b和平椭圆长度B ➢ 滚动体的大小和数量
第三节 滚动摩擦导轨
型式－运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、 滚柱、滚动轴承等）
特点 ➢ 摩擦系数小、运动灵便，不易出现爬行现象； ➢ 定位精度高； ➢ 磨损较小，寿命长，润滑方便； ➢ 结构较为复杂，加工较困难，成本较高； ➢ 对脏物及导轨面的误差比较敏感。
第三节 滚动摩擦导轨
滚动导轨的类型及结构特点
第三节 滚动摩擦导轨
滚动导轨的材料和热处理
➢ 滚动体材料：滚动轴承钢（GCr15）
➢ 导轨材料:
低碳合金钢 合金结构钢 合金工具钢
氮化钢
铸铁
镶装式导轨结构 ➢ 导轨材料－钢
m a x D 2 m a x 1 2 t t 0 D 1 m i n 1 1 t t 0
D2max—包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸 D1min—被包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸
第二节 滑动摩擦导轨
导轨的刚度（－静刚度）计算
导轨的最大弹性变形量不超过允许值。 ➢ 设机座为绝对刚体，则导轨的刚度主要取决于在载荷作
圆柱面
第一节 概述
导轨的分类
➢ 按摩擦性质分 滑动摩擦导轨 滚动摩擦导轨 弹性摩擦导轨 流体摩擦导轨
➢ 按结构特点分 力封式 – 借助外力保证运动件和承导件导轨面
间的接触。 自封式 – 依靠导轨本身的几何形状保证运动件
和承导件导轨面间的接触。可以承受倾覆力矩。
第一节 概述
导轨的基本要求
➢ 导向精度 直线度 平行度 ➢ 运动轻便、平稳、低速时无爬行现象 ➢ 耐磨性好 － 精度保持性 ➢ 对温度变化的不敏感性 ➢ 足够的刚度 ➢ 结构工艺好
用下，运动件和承导件的弯曲变形和它们工作面接触变 形的大小。 ➢ 计算弯曲变形－将运动件及连成一体的工作台简化成梁。 措施：增大导轨尺寸、合理布置加强筋。 ➢ 计算接触变形－经验公式估算。
c p
p—接触面间的平均压力 C—系数，
第二节 滑动摩擦导轨
材料要求
耐磨性、减摩性、尺寸稳定性、良好的工艺性
➢ 燕尾形导轨 – 制造较复杂，磨损不能补偿，尺寸 紧凑，调整（间隙）方便。
➢ 组合导轨
双三角形导轨
三角形－平面导轨
矩形导轨
燕尾导轨
各种导轨分析
第二节 滑动摩擦导轨
导轨间隙的调整 ➢ 采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法 ➢ 采用平镶条调整
图示 ➢ 采用斜镶条调整
图示
第二节 滑动摩擦导轨
驱动力方向和作用点对导轨工作的影响 －减小倾覆力矩，使运动件不被卡住
➢ 温度影响验算
保证导轨在工作时不卡住 min>=0
m i n D 2 m i n 1 2 t t 0 D 1 m a x 1 1 t t 0
D2min—包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸 D1max—被包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸
保证导轨的工作精度 max<=[max]
第二节 滑动摩擦导轨
运动件与承导件直线接触。 优点：结构简单、接触刚度大。 缺点：摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生
爬行现象。
第二节 滑动摩擦导轨
滑动摩擦导轨截面的常用形式 凸形导轨 — 不易存屑、脏物、润滑油，低速使用。 凹形导轨 — 与上相反，高速导轨，需保护装置。
第二节 滑动摩擦导轨
2
fv
h L
1
2
fv
h L
0.5
第二节 滑动摩擦导轨
驱动力方向和作用点对导轨工作的影响 －不同截面形状的组合导轨，摩擦力合力位置
决定驱动元件的位置。（三角导轨摩擦力大）
第二节 滑动摩擦导轨
温度变化对导轨间隙的影响
➢ 温度变化可使自封式导轨卡住或过大间隙，承导件和运动 件最好用膨胀系数相同或相近的材料。
圆柱面导轨
➢ 优点：加工和检验比较简单，易于达到较高精度。 ➢ 缺点：对温度变化比较敏感，间隙不能调整。 ➢ 防转结构 示例 ➢ 导轨的配合 ➢ 导轨的表面粗糙度
第二节 滑动摩擦导轨
棱柱面导轨
➢ 三角形导轨 – 导向精度高，无间隙，可自动补偿 磨损。
➢ 矩形导轨 – 制造简单，承载能力大，需调整间隙， 不能补偿磨损，导向精度低。