導(dǎo)向支撐部件的選擇與設(shè)計(jì)解析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1導(dǎo)向支撐部件的選擇與設(shè)計(jì)解析導(dǎo)向支撐部件的選擇與設(shè)計(jì)解析2 2.組成：導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件 1 和運(yùn)動(dòng)件 2 組成。如右圖所示。第1頁/共52頁3 按摩擦性質(zhì)分為：（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌：兩導(dǎo)軌工作面的摩擦性質(zhì)為滑動(dòng)摩擦。（2）滾動(dòng)導(dǎo)軌：兩導(dǎo)軌導(dǎo)向面之間放置滾珠、滾柱或滾針等。（3）氣(液)體導(dǎo)軌：導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)件與導(dǎo)向支承件之間充壓力油或氣。 按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：（1）開式導(dǎo)軌：借助重力或彈簧彈力保證運(yùn)動(dòng)件和承載面接觸。（2）閉式導(dǎo)軌：靠導(dǎo)軌本身形狀保證運(yùn)動(dòng)件和承載面接觸。第2頁/共52頁4常用導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)原理第3頁/共52頁5第4頁/共52頁64.導(dǎo)軌的基本要求（6項(xiàng)）： (1)導(dǎo)向精度高 (2)剛度

2、好 (3)運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn) (4)耐磨性好 (5)溫度變化影響小 (6)工藝性好第5頁/共52頁7（1）導(dǎo)向精度高：導(dǎo)軌按給定方向運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度要高。 影響因素：導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型、導(dǎo)軌的幾何精度、接觸精度、導(dǎo)軌的配合間隙、油膜厚度和油膜剛度、導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的剛度和熱變形等。 對(duì)精度要求高的直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，還要求導(dǎo)軌的承載面和運(yùn)動(dòng)面嚴(yán)格分開；當(dāng)運(yùn)動(dòng)件較重時(shí)必須設(shè)有卸荷裝置，運(yùn)動(dòng)件的支撐，必須符合三點(diǎn)定位的原理。第6頁/共52頁8幾何精度： 導(dǎo)軌在水平、垂直平面內(nèi)的直線度 兩導(dǎo)軌面間的平行度第7頁/共52頁9(2)剛度好：導(dǎo)軌抵抗載荷的能力強(qiáng)。在恒定載荷作用下，導(dǎo)軌剛度一般有自身、局部和接觸三種剛度；可用加

3、大尺寸、添加輔助導(dǎo)軌或施加預(yù)載荷等方法提高剛度；(3)運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)：工作時(shí)輕便省力，低速時(shí)無爬行現(xiàn)象（其主要原因是摩擦系數(shù)隨運(yùn)動(dòng)速度的變化和傳動(dòng)系統(tǒng)剛性不足）。 第8頁/共52頁10 左圖絲桿在低速運(yùn)行時(shí)(如0.05mmmin)，往往不是作連續(xù)的勻速運(yùn)動(dòng)而是時(shí)走時(shí)停，這就是爬行現(xiàn)象，右圖將傳動(dòng)系統(tǒng)和摩擦副簡化為彈簧-阻尼系統(tǒng)，來解釋爬行現(xiàn)象 。1-主動(dòng)件；2-彈簧-阻尼；3-運(yùn)動(dòng)件；4-靜導(dǎo)軌 為防止爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、貼塑料層導(dǎo)軌等或在普通滑動(dòng)導(dǎo)軌上使用含有極性添加劑的導(dǎo)軌油；提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。第9頁/共52頁11(4)耐磨性好：導(dǎo)軌在長時(shí)間使用后，仍能保持一定導(dǎo)向精

4、度的能力；主要取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、摩擦性質(zhì)、表面粗糙度、表面硬度、表面潤滑及受力情況等；為此需要對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行正確的潤滑與保護(hù)。(5)溫度變化影響小：導(dǎo)軌在環(huán)境溫度變化的情況下仍能正常工作，既不卡死，也不影響系統(tǒng)的精度；導(dǎo)軌對(duì)溫度變化的敏感性，主要取決于導(dǎo)軌材料和導(dǎo)軌配合間隙的選擇；(6)工藝性好：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，裝拆、調(diào)整、維修及檢測方便。第10頁/共52頁125.導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)內(nèi)容(1) 根據(jù)工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型；(2)選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度；(3)選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度、良好的耐磨性以及運(yùn)動(dòng)輕便和低速平穩(wěn)性；第11頁

5、/共52頁135.導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)內(nèi)容（續(xù)）(4)選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長期使用后，通過調(diào)整能保持所需要的導(dǎo)向精度；(5)選擇合理的耐磨涂料、潤滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損；(6)制訂保證導(dǎo)軌正常工作所必需的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧希约盁崽幚?、精加工和測量方法等。第12頁/共52頁141.滑動(dòng)導(dǎo)軌副的截面形狀及其特點(diǎn)常見的導(dǎo)軌截面形狀，有三角形(分對(duì)稱、不對(duì)稱兩類)、矩形、燕尾形及圓形四種。第13頁/共52頁15（1）三角形導(dǎo)軌特點(diǎn)* 承載面與導(dǎo)向面重合，在垂直載荷的作用下，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，導(dǎo)向精度較高；* 截面角度在9030度范圍內(nèi)變化，越小，導(dǎo)向精度越

6、高，但摩擦力也越大* 如果導(dǎo)軌上所受的力，在兩個(gè)方向上的分力相差很大，應(yīng)采用不對(duì)稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌面；* 缺點(diǎn)是導(dǎo)軌水平與垂直方向誤差相互影響，工藝性差，制造、檢驗(yàn)和修理困難。第14頁/共52頁16（2）矩形導(dǎo)軌特點(diǎn)：* 導(dǎo)向精度沒有三角形導(dǎo)軌高，磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，須有調(diào)整間隙裝置；* 承載面（頂面）與導(dǎo)向面（側(cè)面）分開，精度保持性好；* 導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度大； * 水平和垂直方向的位置各不相關(guān)，安裝、調(diào)整、制造、檢驗(yàn)和修理方便。第15頁/共52頁17（3） 燕尾形特點(diǎn)* 導(dǎo)軌磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需設(shè)調(diào)整間隙裝置。兩燕尾面起壓板面作用，用一根鑲條就可調(diào)節(jié)

7、水平與垂直方向的間隙；* 高度小，結(jié)構(gòu)緊湊，可以承受顛覆力矩；* 剛度較差，摩擦力較大；* 制造、檢驗(yàn)和維修都不方便；* 用于運(yùn)動(dòng)速度不高，受力不大，高度尺寸受到限制的場合。第16頁/共52頁18（4）圓形特點(diǎn)* 磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙；* 制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔經(jīng)過珩磨，可達(dá)到精密配合；* 圓柱導(dǎo)軌用于承受軸向載荷的場合；* 圓柱形導(dǎo)軌有兩個(gè)自由度，適用于同時(shí)作直線運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的地方。若要限制轉(zhuǎn)動(dòng)。可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。第17頁/共52頁192. 滑動(dòng)導(dǎo)軌副的組合形式（1）雙三角形導(dǎo)軌組合 （2）雙矩形組合 （3）三角形-矩形組合（4）三角形-平面導(dǎo)軌組合

8、 （5）燕尾形-矩形導(dǎo)軌組合第18頁/共52頁20（1）雙三角形導(dǎo)軌組合特點(diǎn)* 這種組合突出了三角形導(dǎo)軌的優(yōu)缺點(diǎn)，導(dǎo)向精度高，能自動(dòng)補(bǔ)償垂直和水平方向的磨損；* 但工藝性差，四個(gè)面很難同時(shí)接觸，多用于高精度機(jī)械。第19頁/共52頁21（2）雙矩形組合特點(diǎn)* 側(cè)面導(dǎo)向有兩種組合：寬式組合（圖a）和窄式組合(圖b、c)。* 寬式組合兩導(dǎo)向側(cè)面間的距離大，熱變形大，要求間隙大，因而導(dǎo)向精度低，但承載能力大；* 窄式組合間距較小，加工測量方便，容易獲得較高的平行度，熱變形小，可選用較小的間隙，因而導(dǎo)向精度高，但可能被“卡死” 。第20頁/共52頁22（3）三角形-矩形組合特點(diǎn)* 導(dǎo)向性優(yōu)于矩形導(dǎo)軌，承

9、載能力優(yōu)于三角形導(dǎo)軌，工藝性介于二者之間。 * 若兩條導(dǎo)軌上的載荷相等，摩擦力不等使導(dǎo)軌磨損不均勻。一般是三角形導(dǎo)軌比矩形導(dǎo)軌磨損快，磨損后又不能通過調(diào)節(jié)來補(bǔ)償；* 牽引力應(yīng)與導(dǎo)軌的摩擦阻力的合力在同一直線上，以免產(chǎn)生力矩，影響運(yùn)動(dòng)件的導(dǎo)向精度和運(yùn)動(dòng)的靈活性；* 閉合導(dǎo)軌有壓板面，能承受顛覆力矩。第21頁/共52頁23（4）三角形-平面導(dǎo)軌組合特點(diǎn)：* 具有三角形和矩形組合導(dǎo)軌的基本特點(diǎn)；* 不能承受顛覆力矩，只能用于受力向下的場合。 第22頁/共52頁24（5）燕尾形導(dǎo)軌及其組合： 兼有調(diào)整方便和承受較大力矩的優(yōu)點(diǎn)，多用于橫梁、立柱和搖臂等導(dǎo)軌。第23頁/共52頁253.滑動(dòng)導(dǎo)軌副間隙調(diào)整

10、導(dǎo)軌正常工作需載導(dǎo)軌滑動(dòng)表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。導(dǎo)軌的間隙如依靠刮研來保證，要費(fèi)很大的勞動(dòng)量，而且導(dǎo)軌經(jīng)長期使用后，會(huì)因磨損而增大間隙，需要及時(shí)調(diào)整。常用方法有：壓板調(diào)整、平鑲條調(diào)整、斜鑲條調(diào)整。第24頁/共52頁26（1）壓板調(diào)整 如下圖，可修刮壓板 1 來調(diào)整矩形導(dǎo)軌的間隙。矩形導(dǎo)軌垂直方向間隙的調(diào)整1-壓板 ； 2-接合面 ； 3-調(diào)整螺釘 ； 4-調(diào)整墊片第25頁/共52頁27（2）平鑲條調(diào)整 圖為采用平鑲條調(diào)整導(dǎo)軌間隙的結(jié)構(gòu)。平鑲條橫截面積可為平行四邊形或矩形。調(diào)整沿平鑲條全長均勻分布的若干螺釘使間隙適當(dāng)，再用螺母鎖緊；由于全長上只有若干螺釘點(diǎn)受力，容易產(chǎn)生撓度變形，剛性差；制造方

11、便，設(shè)計(jì)時(shí)加大鑲條厚度，縮短螺釘之間距離。 第26頁/共52頁28（3）斜鑲條調(diào)整 圖c采用兩根斜鑲條，圖b采用一根斜鑲條；調(diào)整時(shí)擰動(dòng)兩端螺釘，使斜鑲條縱向移動(dòng)來調(diào)整間隙。為了縮短斜鑲條的長度，一般將鑲條放在移動(dòng)件上。鑲條兩側(cè)面與導(dǎo)軌面全部接觸，故剛性好，但斜鑲條必須加工成斜形，因此制造困難。 第27頁/共52頁294. 導(dǎo)軌副材料的選擇 導(dǎo)軌常用材料：（1）鑄鐵（2）鋼（3）有色金屬（4）塑料 常使用鑄鐵-鑄鐵、鑄鐵-鋼的導(dǎo)軌。第28頁/共52頁30（1）鑄鐵 鑄鐵具有良好的耐磨性、減振性和工藝性，常用的鑄鐵有：灰鑄鐵：一般選擇HT200，硬度在HB180200，用于中等精度、低速導(dǎo)軌。高磷

12、鑄鐵：包括含磷量為0.3以上的高磷鑄鐵，耐磨性能比HT200約高一倍；磷銅鈦鑄鐵，其耐磨性能比HT200約高二倍；各種稀土合金鑄鐵，有很高的耐磨性和機(jī)械性能。 孕育鑄鐵：把硅、鋁孕育劑加入鐵水而得，常用的為HT300，耐磨性高于灰鑄鐵。第29頁/共52頁31（2）鋼 為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，可以采用淬硬的鋼導(dǎo)軌。淬火的鋼導(dǎo)軌都是鑲裝或焊接上去的。淬硬鋼導(dǎo)軌的耐磨性比不淬硬鑄鐵導(dǎo)軌高510倍；一般要求的導(dǎo)軌，常用的鋼有45鋼、40Cr、T8A、T10A、GCrl5、GCrl5SiMn等。要求高的導(dǎo)軌，常采用的鋼有20Cr、20CrMnTi、15號(hào)等。第30頁/共52頁32（3）有色金屬 常用的有色

13、金屬有黃銅HPb59-l，錫青銅zQSn6-6-3，鋁青銅ZQAl9-2和鋅合金ZZn-Al10-5，超硬鋁Lc4、鑄鋁Z16等。鋁青銅成本高，性能好；鋅合金成本較低，性能也稍差。第31頁/共52頁33（4）塑料 鑲裝塑料導(dǎo)軌具有耐磨性高，抗振性能好，工作溫度適應(yīng)范圍廣(-200260)，抗撕傷能力強(qiáng)，摩擦系數(shù)小，化學(xué)穩(wěn)定性好，工藝簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是壓縮變形大，易蠕變。常用的材料有錦綸和酚醛夾布塑料、環(huán)氧樹脂耐磨涂料、聚四氟乙烯等。 貼塑導(dǎo)軌軟帶金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板塑料涂層第32頁/共52頁34貼塑導(dǎo)軌軟帶 這種導(dǎo)軌軟帶是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)而成

14、。圖為某加工中心工作臺(tái)的橫剖面圖，其中作為移動(dòng)部件的工作臺(tái)導(dǎo)軌各面（包括下壓板和鑲條）都粘有塑料導(dǎo)軌軟帶。第33頁/共52頁35塑料導(dǎo)軌軟帶通常采用粘結(jié)材料將其貼在所需處第34頁/共52頁36金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板 金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板分三層，如圖所示。內(nèi)層鋼背保證導(dǎo)軌板的機(jī)械強(qiáng)度和承載能力。鋼背上鍍銅燒結(jié)球形青銅粉或銅絲網(wǎng)形成多孔中間層，以提高導(dǎo)軌板的導(dǎo)熱性，然后用真空浸漬的方法使塑料進(jìn)入孔或網(wǎng)中。當(dāng)青銅與配合面摩擦發(fā)熱時(shí)，由于塑料的膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于金屬，因而塑料將從多孔層的孔隙中擠出，向摩擦表面轉(zhuǎn)移補(bǔ)充，形成厚約0.010.05mm的自潤滑塑料層。這種復(fù)合導(dǎo)軌板的特點(diǎn)是摩擦特性優(yōu)良。第35頁/共5

15、2頁37塑料涂層 摩擦副的兩配對(duì)表面中，若只有一個(gè)摩擦面磨損嚴(yán)重，則可把磨損部分切除，涂敷配置好的膠狀塑料涂層，利用模具或另一摩擦表面使涂層成形，固化后的塑料涂層即成為摩擦副中配對(duì)面之一。此法不僅可用于各種摩擦副的修理，也可用于設(shè)備改裝中改善導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)特性，特別是低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，還可用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。注入塑料涂層材料可以免去大量刮研工作量。第36頁/共52頁384導(dǎo)軌副材料的選擇 當(dāng)然，為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌應(yīng)具有不同的硬度。即使采用相同的材料，也應(yīng)采用不同的熱處理，以使動(dòng)、靜導(dǎo)軌的硬度不同。5提高導(dǎo)軌副耐磨性的措施（1）采用鑲裝導(dǎo)軌(鑲鋼導(dǎo)軌、鑲塑料導(dǎo)軌和鑲有色金屬導(dǎo)軌)；（2）

16、提高精度、改善表面粗糙度；（3）減小比壓（減輕運(yùn)動(dòng)部件重量增大導(dǎo)軌副接觸面積）。第37頁/共52頁39第38頁/共52頁401. 直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的特點(diǎn)及要求（1）特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：* 摩擦系數(shù)小(0.003-0.005)，運(yùn)動(dòng)靈活；* 動(dòng)、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動(dòng)阻力小，不易產(chǎn)生爬行；* 可以預(yù)緊,剛度高，抗振性強(qiáng)；* 壽命長，使用耐磨材料制作，精度保持性好；* 精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；* 潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次裝填，長期使用；第39頁/共52頁41缺點(diǎn)：* 導(dǎo)軌面與滾動(dòng)體是點(diǎn)接觸或線接觸，抗振性差，接觸應(yīng)力大；* 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高；（2）要求* 導(dǎo)向精度高；* 耐磨性好；* 運(yùn)

17、動(dòng)輕便平穩(wěn)；* 剛度好；* 溫度變化影響小；* 工藝性好。第40頁/共52頁42（2）要求1) 導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副最基本的性能指標(biāo)。移動(dòng)件在沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，不論有無載荷，都應(yīng)保證移動(dòng)軌跡的直線性及其位置的精確性。這是保證機(jī)床運(yùn)行工作質(zhì)量的關(guān)鍵。各種機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌副本身平面度、垂直度及等高、等距的要求都有規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)。2) 耐磨性。導(dǎo)軌副應(yīng)在預(yù)定的使用期內(nèi)，保持其導(dǎo)向精度。精密滾動(dòng)導(dǎo)軌副的主要失效形式是磨損，因此耐磨性是衡量滾動(dòng)導(dǎo)軌副性能的主要指標(biāo)之一。3) 剛度。為了保證足夠的剛度，應(yīng)選用最合適的導(dǎo)軌類型、尺寸及其組合。選用可調(diào)間隙和預(yù)緊的導(dǎo)軌副可以提高剛度。4) 工藝性。導(dǎo)軌副要便于裝配、調(diào)

18、整、測量、防塵、潤滑和維修保養(yǎng)。 第41頁/共52頁432.常用滾動(dòng)導(dǎo)軌副的分類第42頁/共52頁44（1）滾動(dòng)體不循環(huán)形式 因?yàn)闈L動(dòng)體不循環(huán)，行程不能太長。結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，有時(shí)間隙調(diào)整困難，滾動(dòng)體有滾珠、滾柱和滾針等形式。 第43頁/共52頁45特點(diǎn)：* 滾珠式：摩擦阻力小，但承載能力差，剛度低；經(jīng)常工作的滾珠接觸部位，容易壓出凹坑，適用于載荷不超過200N的小型部件； * 滾柱式：承荷能力比滾珠導(dǎo)軌副高近10倍，剛度高；但對(duì)導(dǎo)軌面的平行度誤差比較敏感，容易側(cè)向偏移，引起磨損加??；* 滾針式：與滾柱式特點(diǎn)相同，結(jié)構(gòu)尺寸受限制時(shí)選用。第44頁/共52頁46應(yīng)用實(shí)例 下圖分別為幾種滾動(dòng)體不循環(huán)的導(dǎo)軌在輕載、中載和重載下的應(yīng)用。a為三角-平面組合滾珠導(dǎo)軌，b為雙三角組合滾珠導(dǎo)軌，c為雙三