直线导轨选型培训教程ppt课件

1、机械设计机械设计第十八章第十八章 直直 线线 导导 轨轨 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 滑动导轨滑动导轨 第三节第三节 滚动导轨滚动导轨 前往章目录前往章目录第一节第一节 概述概述 直线导轨的作用是支承和引导运动部件按给定直线导轨的作用是支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。两个作相对运动的部件的方向作往复直线运动。两个作相对运动的部件构成一对导轨副。构成一对导轨副。 设在支承部件设在支承部件2上的上的配合面称为静导轨；配合面称为静导轨；设在运动部件设在运动部件1上的配上的配合面称为动导轨。合面称为动导轨。 具有动导轨的运动部件常称为任务台、滑台、具有动导轨的运动部件常称为任务

2、台、滑台、滑板、导靴、头架等。滑板、导靴、头架等。按摩擦性质分按摩擦性质分一、导轨的分类一、导轨的分类滑动导轨滑动导轨静压导执静压导执动压导轨动压导轨普通滑动导轨普通滑动导轨滚动导轨滚动导轨滚珠导轨滚珠导轨滚柱导轨滚柱导轨滚针导轨滚针导轨滚动轴承导轨滚动轴承导轨两导轨面间的摩擦两导轨面间的摩擦性质是滑动摩擦性质是滑动摩擦两导轨面间的摩擦两导轨面间的摩擦性质是滚动摩擦性质是滚动摩擦按受力情况分按受力情况分必需借助于外力才干保证必需借助于外力才干保证动、静导轨面间的接触动、静导轨面间的接触开式导轨开式导轨闭式导轨闭式导轨依托导轨本身的几何外形保依托导轨本身的几何外形保证动、静导轨面间的接触证动、静

3、导轨面间的接触导向精度导向精度 指运动部件按给定方向作直线运动的准确指运动部件按给定方向作直线运动的准确程度。程度。精度坚持性精度坚持性 指点轨在任务过程中坚持原有几何精度指点轨在任务过程中坚持原有几何精度的才干。的才干。运动精度运动精度 包括低速运动平稳、无爬行、定位准确。包括低速运动平稳、无爬行、定位准确。足够的刚度足够的刚度 在载荷的作用下，导轨的变形不应超越在载荷的作用下，导轨的变形不应超越允许值。允许值。构造工艺性好构造工艺性好 导轨的构造应力求简单、便于制造、导轨的构造应力求简单、便于制造、检验和调整，从而降低本钱。检验和调整，从而降低本钱。具有良好的光滑和防护安装具有良好的光滑和

4、防护安装 二、导轨的根本要求二、导轨的根本要求根据机器的任务条件、性能特点、精度要求，选择根据机器的任务条件、性能特点、精度要求，选择导轨的构造类型、导轨截面外形。导轨的构造类型、导轨截面外形。进展导轨的力学计算，确定构造尺寸。进展导轨的力学计算，确定构造尺寸。确定导轨副的间隙、公差和加工精度。确定导轨副的间隙、公差和加工精度。选择导轨资料、摩擦面硬度匹配、外表精加工和热选择导轨资料、摩擦面硬度匹配、外表精加工和热处置方法。处置方法。选择导轨的预紧载荷，设计预紧载荷的加载方式与选择导轨的预紧载荷，设计预紧载荷的加载方式与安装。安装。选择导轨面磨损后的补偿方式和调整安装。选择导轨面磨损后的补偿方

5、式和调整安装。选择导轨的光滑方式，设计光滑系统和防护安装。选择导轨的光滑方式，设计光滑系统和防护安装。三、导轨的设计程序及内容三、导轨的设计程序及内容第二节第二节 滑动导轨滑动导轨 滑动导轨的动、静导轨面直接接触。其优点是构造滑动导轨的动、静导轨面直接接触。其优点是构造简单、接触刚度大；缺陷是摩擦阻力大、磨损快、低简单、接触刚度大；缺陷是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行景象。速运动时易产生爬行景象。1 1、导轨截面的根本方式、导轨截面的根本方式 一、滑动导轨的类型、特点及运用一、滑动导轨的类型、特点及运用V形导轨形导轨 导轨磨损后能自动补偿，故导轨磨损后能自动补偿，故导向精度较高。它的

6、截面角度导向精度较高。它的截面角度由载荷大小及导向要求而定，由载荷大小及导向要求而定，普通为普通为90。矩形导轨矩形导轨 构造简单，制造、检验和修缮较易。矩形构造简单，制造、检验和修缮较易。矩形导轨可以做得较宽，因此承载才干和刚度较导轨可以做得较宽，因此承载才干和刚度较大，运用广泛。缺陷是磨损后不能自动补偿大，运用广泛。缺陷是磨损后不能自动补偿间隙，用镶条调整时，会降低导向精度。间隙，用镶条调整时，会降低导向精度。燕尾形导轨燕尾形导轨 主要优点是构造紧凑、调整间隙方便。缺主要优点是构造紧凑、调整间隙方便。缺陷是几何外形比较复杂，难于到达很高的配陷是几何外形比较复杂，难于到达很高的配合精度，并且

7、导轨中的摩擦力较大，运动灵合精度，并且导轨中的摩擦力较大，运动灵敏性较差，因此，通常用在构造尺寸较小及敏性较差，因此，通常用在构造尺寸较小及导向精度与运动灵敏性要求不高的场所。导向精度与运动灵敏性要求不高的场所。圆形导轨圆形导轨 圆形导轨的优点是导轨面的加工和检验圆形导轨的优点是导轨面的加工和检验比较简单，易于获得较高的精度；缺陷是比较简单，易于获得较高的精度；缺陷是导轨间隙不能调整，特别是磨损后间隙不导轨间隙不能调整，特别是磨损后间隙不能调整和补偿，闭式圆形导轨对温度变化能调整和补偿，闭式圆形导轨对温度变化比较敏感。比较敏感。为防止转动，可在圆柱外表开槽或加工出平面为防止转动，可在圆柱外表开

8、槽或加工出平面 开槽开槽 制出平面制出平面 双双V形组合形组合 两条导轨同时起着支承和导向两条导轨同时起着支承和导向作用，故导轨的导向精度高，承载才干大，两条导轨磨损均匀，作用，故导轨的导向精度高，承载才干大，两条导轨磨损均匀，磨损后能自动补偿间隙，精度坚持性好。但这种导轨的制造、磨损后能自动补偿间隙，精度坚持性好。但这种导轨的制造、检验和维修都比较困难，由于它要求四个导轨面都均匀接触，检验和维修都比较困难，由于它要求四个导轨面都均匀接触，刮研劳动量较大。此外，这种导轨对温度变化比较敏感。刮研劳动量较大。此外，这种导轨对温度变化比较敏感。2 2、常用导轨的组合方式、常用导轨的组合方式 一条导轨

9、往往不能接受力矩载荷，故通常都采用一条导轨往往不能接受力矩载荷，故通常都采用两条导轨来接受载荷和进展导向。常用滑动导轨的两条导轨来接受载荷和进展导向。常用滑动导轨的组合方式有：组合方式有：V形和平面形组合形和平面形组合 这种组合坚持了双这种组合坚持了双V形组合导向精度形组合导向精度高、承载才干大的特点，防止了由于热高、承载才干大的特点，防止了由于热变形所引起的配合情况的变化，且工艺变形所引起的配合情况的变化，且工艺性比双性比双V形组合导轨大为改观，因此运形组合导轨大为改观，因此运用很广。缺陷是两条导轨磨损不均匀，用很广。缺陷是两条导轨磨损不均匀，磨损后不能自动调整间隙。磨损后不能自动调整间隙。

10、矩形和平面形组合矩形和平面形组合 承载才干高，制造简单。间隙受温度承载才干高，制造简单。间隙受温度影响小，导向精度高。容易获得较高的影响小，导向精度高。容易获得较高的平行度。侧导向面间隙用镶条调整，侧平行度。侧导向面间隙用镶条调整，侧向接触刚度较低。向接触刚度较低。双矩形组合双矩形组合 特点与矩形和平面形组合一样，特点与矩形和平面形组合一样，但导向面之间的间隔较大，侧向但导向面之间的间隔较大，侧向间隙受温度影响大，导向精度较间隙受温度影响大，导向精度较矩形和平面形组合差。矩形和平面形组合差。燕尾形和矩形组合燕尾形和矩形组合 能接受倾覆力矩，用矩形导轨能接受倾覆力矩，用矩形导轨接受大部分压力，用

11、燕尾形导轨接受大部分压力，用燕尾形导轨作侧导向面，可减少压板的接触作侧导向面，可减少压板的接触面。调整间隙简便。面。调整间隙简便。V形和燕尾形组合形和燕尾形组合 组合成闭式导轨的接触面较组合成闭式导轨的接触面较少，便于调整间隙。少，便于调整间隙。V形导轨起形导轨起导向作用，导向精度高。加工和导向作用，导向精度高。加工和丈量都比较复杂。丈量都比较复杂。双圆形组合双圆形组合 构造简单，圆柱面既是导构造简单，圆柱面既是导向面又是支承面。对两导轨的平向面又是支承面。对两导轨的平行度要求严。导轨刚度较差，磨行度要求严。导轨刚度较差，磨损后不易补偿。损后不易补偿。圆形和矩形组合圆形和矩形组合 矩形导轨可用

12、镶条调整，对圆矩形导轨可用镶条调整，对圆形导轨的位置精度要求较双圆形组形导轨的位置精度要求较双圆形组合要求低。合要求低。二、导轨间隙的调整二、导轨间隙的调整 为了保证导轨正常任务，导轨滑动外表之间应为了保证导轨正常任务，导轨滑动外表之间应坚持适当的间隙。间隙过小会增大摩擦力，间隙过坚持适当的间隙。间隙过小会增大摩擦力，间隙过大又会降低导向精度。为此常采用镶条和压板来调大又会降低导向精度。为此常采用镶条和压板来调整导轨的间隙。整导轨的间隙。平镶条平镶条1 1、镶条、镶条 楔形镶条楔形镶条2 2、压板、压板 a用磨或刮压板的结合面来调整；用磨或刮压板的结合面来调整；b用改动垫片的厚度来调整用改动垫

13、片的厚度来调整三、滑动导轨的设计计算三、滑动导轨的设计计算1 1、压强验算、压强验算 导轨的失效方式主要是磨损，而导轨的磨损又导轨的失效方式主要是磨损，而导轨的磨损又与导轨外表的压强亲密相关。与导轨外表的压强亲密相关。 1导轨面上的压强导轨面上的压强 假设：假设：导轨本身刚度大于接触刚度，只思索接导轨本身刚度大于接触刚度，只思索接触变形对压强的影响；触变形对压强的影响；接触变形和压强沿导轨接触变形和压强沿导轨长度方向线性分布，沿导轨宽度方向均匀分布。长度方向线性分布，沿导轨宽度方向均匀分布。 当导轨面上作用有法向力当导轨面上作用有法向力F和倾覆力矩和倾覆力矩M时时2max6bLMbLFp2mi

14、n6bLMbLFpbLFpm最大压强最大压强最小压强最小压强平均压强平均压强2导轨面上的最大压强导轨面上的最大压强)(mmmaxKKpp 当当M/(FL)1/6时，主导轨面上的最小压强为负，时，主导轨面上的最小压强为负，应采用辅助导轨面和压板。此种情况下，主导轨面应采用辅助导轨面和压板。此种情况下，主导轨面上的最大压强可按下式计算上的最大压强可按下式计算 2max6bLMbLFp 当导轨上只需倾覆力矩作用时当导轨上只需倾覆力矩作用时F=0，思索间，思索间隙、刚度的影响，取隙、刚度的影响，取)(mMmaxKKpp式中，式中，Km为思索压板和辅助导轨面的影响系数，见为思索压板和辅助导轨面的影响系数

15、，见图图1810；为间隙影响系数，见图；为间隙影响系数，见图1811a。 系数系数Km根据参数根据参数m按表按表182选取，选取， KD系数根系数根据参数据参数m和按图和按图1811b选取。选取。 2M6bLMp为由倾覆力矩引起的最大压为由倾覆力矩引起的最大压强强MPa； 式中式中3辅助导轨面上的压强辅助导轨面上的压强maxmaxpKp当导轨面上作用有法向力当导轨面上作用有法向力F和倾覆力矩和倾覆力矩M时，辅助导时，辅助导轨面最大压强可按下式计算轨面最大压强可按下式计算 式中，式中，pmax是主导轨面上的最大压强；是主导轨面上的最大压强；K是系数，其是系数，其值见图值见图1812。 当导轨面上

16、只作用有倾覆力矩当导轨面上只作用有倾覆力矩M时，辅助导轨面上的时，辅助导轨面上的最大压强可按下式计算最大压强可按下式计算maxmaxpKp 式中系数式中系数K查表查表182。4许用压强许用压强 maxmaxmaxmaxmmpppppp 为了保证导轨有足够的耐磨性，设计导轨时，为了保证导轨有足够的耐磨性，设计导轨时，应使导轨面上的平均压强不超越许用平均压强，应使导轨面上的平均压强不超越许用平均压强，最大压强不超越许用最大压强，即最大压强不超越许用最大压强，即 不同任务条件下导轨的许用压强值不同。铸铁不同任务条件下导轨的许用压强值不同。铸铁导轨的许用平均压强和许用最大压强见表导轨的许用平均压强和许

17、用最大压强见表183，钢导轨可将表中数值提高钢导轨可将表中数值提高2030。2 2、运动部件不被卡住的条件、运动部件不被卡住的条件保证运动部件不被卡住的条件是保证运动部件不被卡住的条件是 021sin21cosV1VVLdfLLfLHf当当dL很小时，上式很小时，上式fVd/L项可略去，那么有项可略去，那么有 )2(2tan1VVLLfHfL 当当H=0时，即驱动力时，即驱动力F的作用点在运动部件的轴线的作用点在运动部件的轴线上，可得运动部件正常运动的条件为上，可得运动部件正常运动的条件为 tan1tan2VV1ffLL为了保证运动灵敏，建议设计时取为了保证运动灵敏，建议设计时取 5 . 02

18、VLHf 当当H及及a 均为零时，即驱动力均为零时，即驱动力F经过运动件轴线，经过运动件轴线，可得可得F=Fa，此时驱动力不会产生附加的摩擦力，导轨，此时驱动力不会产生附加的摩擦力，导轨的运动灵敏性最好，设计时应力求符合这种情况。的运动灵敏性最好，设计时应力求符合这种情况。 当当 a=0 时，即驱动力时，即驱动力F平行于运动部件轴线，平行于运动部件轴线，可得可得 12VLHf3 3、导轨主要构造尺寸确实定、导轨主要构造尺寸确实定增大动导轨长度增大动导轨长度L，有利于提高导轨的导向精度和，有利于提高导轨的导向精度和运动灵敏性，但却使运动部件的尺寸和分量加大。运动灵敏性，但却使运动部件的尺寸和分量

19、加大。因此，设计时普通取因此，设计时普通取L=(1.21.8)a，其中，其中a为两导轨为两导轨之间的间隔。如构造允许，那么可取之间的间隔。如构造允许，那么可取La。静导轨的长度那么主要取决于动导轨的长度及任静导轨的长度那么主要取决于动导轨的长度及任务行程。务行程。 导轨的主要尺寸有动导轨导轨的主要尺寸有动导轨L和静导轨的长度、和静导轨的长度、导轨宽度导轨宽度b 、两导轨之间的间隔、两导轨之间的间隔a等。等。 导轨宽度导轨宽度b可根据导轨面上的压强不超越许用可根据导轨面上的压强不超越许用压强的条件求出。压强的条件求出。 两导轨之间的间隔两导轨之间的间隔a减小，那么导轨尺寸减小，减小，那么导轨尺寸

20、减小，但导轨稳定性变差。设计时应在保证导轨任务但导轨稳定性变差。设计时应在保证导轨任务稳定的前提下，减小两导轨之间的间隔。稳定的前提下，减小两导轨之间的间隔。 四、提高导轨耐磨性的措施四、提高导轨耐磨性的措施 合理选择导轨的资料及热处置合理选择导轨的资料及热处置减小导轨面压强减小导轨面压强保证导轨良好的光滑和防护保证导轨良好的光滑和防护提高导轨的精度提高导轨的精度第三节第三节 滚动导轨滚动导轨 滚动导轨是在运动部件和支承部件之间放置滚动体滚动导轨是在运动部件和支承部件之间放置滚动体(滚珠、滚柱、滚动轴承等滚珠、滚柱、滚动轴承等)，使导轨运动时处于滚动，使导轨运动时处于滚动摩擦形状。摩擦形状。与

21、滑动导轨比较，滚动导轨的特点是：与滑动导轨比较，滚动导轨的特点是：摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小，故运摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小，故运动灵活，不易出现爬行景象；动灵活，不易出现爬行景象；导向和定位精度高，且精度坚持性好；导向和定位精度高，且精度坚持性好；磨损较小，寿命长，光滑简便；磨损较小，寿命长，光滑简便；构造较为复杂，加工比较困难，本钱较高；构造较为复杂，加工比较困难，本钱较高；对脏物及导轨面的误差比较敏感。对脏物及导轨面的误差比较敏感。滚珠导轨滚珠导轨 一、滚动导轨的类型及构造特点一、滚动导轨的类型及构造特点 滚柱导轨滚柱导轨 e滚针导轨滚针导轨 十字交叉滚柱导轨十字

22、交叉滚柱导轨 滚动轴承导轨滚动轴承导轨按导轨接受载荷种类的才干，滚动导轨分为开式按导轨接受载荷种类的才干，滚动导轨分为开式导轨和闭式导轨。导轨和闭式导轨。按滚动体能否循环，滚动导轨分为循环式滚动导按滚动体能否循环，滚动导轨分为循环式滚动导轨和非循环式滚动导轨。非循环式滚动导轨通常轨和非循环式滚动导轨。非循环式滚动导轨通常称为滚动导轨，而把循环式滚动导轨称为直线运称为滚动导轨，而把循环式滚动导轨称为直线运动滚动支承。动滚动支承。二、滚动导轨的预紧二、滚动导轨的预紧 采用过盈装配构成预加载荷采用过盈装配构成预加载荷 用挪动导轨板的用挪动导轨板的方法实现预紧方法实现预紧 三、导轨主要参数确实定三、导

23、轨主要参数确实定 1 1、导轨的长度、导轨的长度22maxSleLmaxjSLL动导轨的长度动导轨的长度静导轨的长度静导轨的长度2 2、滚动体的尺寸和数量、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。假设采用滚柱，引荐其直径力，不易产生滑动。假设采用滚柱，引荐其直径d68mm，滚柱的长径比，滚柱的长径比bd1.52.0。 滚动体的数量取决于导轨的长度和刚度条件，滚动体的数量取决于导轨的长度和刚度条件，每一条导轨上普通不少于每一条导轨上普通不少于1216个。假设数量个。假设数量过多，会因制造误差引起载荷分布不均匀。引过多，

24、会因制造误差引起载荷分布不均匀。引荐取荐取 dFZ5 . 9bbFZ4r 滚珠数量滚珠数量滚柱数量滚柱数量上两式中，上两式中，F为每条导轨所接受的载荷为每条导轨所接受的载荷N；d为滚珠直径为滚珠直径mm；b为滚柱长度为滚柱长度mm。3 3、导轨强度计算、导轨强度计算滚动导轨受力图滚动导轨受力图按接触区不产生塑性变形计算导轨面的静强度，按接触区不产生塑性变形计算导轨面的静强度，强度条件为强度条件为maxFF作用于一个滚动体上的许用载荷作用于一个滚动体上的许用载荷F由下式求得由下式求得对滚珠导轨对滚珠导轨 2321dKKKF bdKKKF321对滚柱导轨对滚柱导轨 式中，式中，d为滚珠或滚柱直径为滚珠或滚柱直径mm；b为滚柱长度为滚柱长度mm；K1为资料系数为资料系数MPa，按表，按表184选取；选取；K2为硬度系数，按表为硬度系数，按表185选取；选取；K3为精度系数，按为精度系数，按表表186选取。选取。4 4、接触变形、接触变形对滚珠导轨对滚珠导轨 对滚柱导轨对滚柱导轨 kF /11/kF上两式中，上两式中，F为一个滚珠上的载荷为一个滚珠上的载荷N；F1为一为一个滚柱单位长度上的载荷个滚柱单位长度上的载荷N/mm；k为滚珠导为滚珠导轨的接触刚度系数轨