滑動摩擦導軌課件

3.1

無側隙齒輪傳動機構3.2滑動螺旋傳動

3.3滾珠螺旋傳動3.4滑動摩擦導軌3.5滾動摩擦導軌3.6靜壓螺旋傳動與靜壓導軌簡介思考題3.1無側隙齒輪傳動機構齒輪傳動是機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動裝置，它在伺服運動中的主要作用是實現(xiàn)伺服電機與執(zhí)行機構間的力矩匹配和速度匹配，還可以實現(xiàn)直線運動與旋轉運動的轉換。由于齒輪傳動的瞬時傳動比為常數(shù)，傳動精確度高，可做到零側隙無回差，強度大能承受重載，結構緊湊，摩擦力小和效率高，因此齒輪傳動副已成為機電一體化機械系統(tǒng)中目前使用最多的傳動機構。

機電一體化產(chǎn)品往往要求傳動機構具有自動變向功能，這就要求齒輪傳動機構必須采取措施消除齒側間隙，以保證機構的雙向傳動精度。下面介紹幾種消除齒輪間隙的方法。3.1無側隙齒輪傳動機構齒輪傳動是機電一體化系統(tǒng)中常用的傳動裝置，它在伺服運動3.1.1直齒圓柱齒輪傳動機構

1.偏心軸套調整法

圖3-1所示為最簡單的偏心軸套式消隙結構。電動機2通過偏心軸套1裝在殼體上。轉動偏心軸套1可以調整兩嚙合齒輪的中心距，從而消除直齒圓柱齒輪傳動的齒側間隙及其造成的換向死區(qū)。這種方法結構簡單，但側隙調整后不能自動補償。3.1.1直齒圓柱齒輪傳動機構

1.偏心軸套調圖3-1偏心軸套式消隙結構圖3-1偏心軸套式消隙結構

2.雙片薄齒輪錯齒調整法

兩個嚙合的直齒圓柱齒輪中的一個采用寬齒輪，另一個由兩片可以相對轉動的薄片齒輪組成。裝配時使一片薄齒輪的齒左側和另一片的齒右側分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側，通過兩薄片齒輪的錯齒，消除齒側間隙，反向時也不會出現(xiàn)死區(qū)。如圖3-2所示，兩薄片齒輪1、2上各裝入有螺紋的凸耳3、4，螺釘5裝在凸耳3上，螺母6、7可調節(jié)螺釘5的伸出長度。

彈簧8一端勾在凸耳9上，另一端勾在螺釘5上。轉動螺母7(螺母6用于鎖緊)可改變彈簧8的張力大小，調節(jié)齒輪1、2的相對位置，達到錯齒。這種錯齒調整法的齒側間隙可自動補償，但結構復雜。

2.雙片薄齒輪錯齒調整法

兩個嚙合的直齒圓圖3-2圓柱薄片齒輪錯齒調整圖3-2圓柱薄片齒輪錯齒調整3.1.2斜齒輪傳動機構

1.墊片調整法

墊片調整法與錯齒調整法基本相同，也采用兩薄片齒輪與寬齒輪嚙合，只是兩薄片斜齒輪之間的錯位由兩者之間的軸向距離獲得。圖3-3中兩薄片斜齒輪3、4中間加一墊片2，使薄片斜齒輪3、4的螺旋線錯位，齒側面相應地與寬齒輪1的左、右側面貼緊。墊片的厚度H與齒側間隙Δ的關系為

H=Δcosβ(3-1)

式中，β為螺旋角。3.1.2斜齒輪傳動機構

1.墊片調整法

圖3-3斜齒薄片齒輪墊片調整圖3-3斜齒薄片齒輪墊片調整

2.軸向壓簧調整法

軸向壓簧調整法如圖3-4所示。該方法是用彈簧3的軸向力來獲得薄片斜齒輪1、2之間的錯位，使其齒側面分別緊貼寬齒輪7的齒槽的兩側面。薄片齒輪1、2用鍵4套在軸6上。彈簧3的軸向力用螺母5來調節(jié)，其大小必須恰當。該方法的特點是齒側間隙可以自動補償，但軸向尺寸較大，結構不緊湊。2.軸向壓簧調整法

軸向壓簧調整法如圖3-4所示圖3-4斜齒薄片齒輪軸向壓簧調整圖3-4斜齒薄片齒輪軸向壓簧調整

1.軸向壓簧調整法

如圖3-5所示，在錐齒輪4的傳動軸7上裝有壓簧5，其軸向力大小由螺母6調節(jié)。錐齒輪4在壓簧5的作用下可軸向移動，從而消除了其與嚙合的錐齒輪1之間的齒側間隙。

1.軸向壓簧調整法

如圖3-5所示，在錐齒輪4的圖3-5錐齒輪軸向壓簧調整圖3-5錐齒輪軸向壓簧調整圖3-6錐齒輪周向彈簧調整圖3-6錐齒輪周向彈簧調整

2.周向彈簧調整法

如圖3-6所示，將與錐齒輪3嚙合的齒輪作成大小兩片(1、2)，在大片錐齒輪1上制有三個周向圓弧槽8，小片錐齒輪2的端面制有三個可伸入槽8的凸爪7。彈簧5裝在槽8中，一端

頂在凸爪7上，另一端頂在鑲在槽8中的鑲塊4上。止動螺釘6裝配時用，安裝完畢將其卸下，則大小片錐齒輪1、2在彈簧力作用下錯齒，從而達到消除間隙的目的。2.周向彈簧調整法

如圖3-6所示，將與錐齒輪3.1.4齒輪齒條傳動機構

在機電一體化產(chǎn)品中對于大行程傳動機構往往采用齒輪齒條傳動，因為其剛度、精度和工作性能不會因行程增大而明顯降低，但它與其他齒輪傳動一樣也存在齒側間隙，應采取消隙措施。

當傳動負載小時，可采用雙片薄齒輪錯齒調整法，使兩片薄齒輪的齒側分別緊貼齒條齒槽的兩相應側面，以消除齒側間隙。

3.1.4齒輪齒條傳動機構

在機電一體化產(chǎn)品中對于當傳動負載大時，可采用雙齒輪調整法。如圖3-7所示，小齒輪1、6分別與齒條7嚙合，與小齒輪1、6同軸的大齒輪2、5分別與齒輪3嚙合，通過預載裝置4向齒輪3上預加負載，使大齒輪2、5同時向兩個相反方向轉動，從而帶動小齒輪1、6轉動，其齒便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右兩側，消除了齒側間隙。當傳動負載大時，可采用雙齒輪調整法。如圖3-7所示，小齒圖3-7雙齒輪調整圖3-7雙齒輪調整螺旋傳動是機電一體化系統(tǒng)中常用的一種傳動形式。它利用螺桿與螺母的相對運動，

將旋轉運動變?yōu)橹本€運動，其運動關系為

L=

(3-2)

式中:

L——螺桿(或螺母)的位移；

Ph——導程；

φ

——螺桿和螺母間的相對轉角。3.2滑動螺旋傳動螺旋傳動是機電一體化系統(tǒng)中常用的一種傳動形式。它利用螺3.2.1滑動螺旋傳動的特點

滑動螺旋傳動具有傳動比大、驅動負載能力強和自鎖等特點。

1.降速傳動比大

螺桿(或螺母)轉動一轉，螺母(或螺桿)移動一個螺距(單頭螺紋)。因為螺距一般很小，所以在轉角很大的情況下，能獲得很小的直線位移量，可以大大縮短機構的傳動鏈，因而螺旋傳動結構簡單、緊湊，傳動精度高，工作平穩(wěn)。3.2.1滑動螺旋傳動的特點

滑動螺旋傳動具有傳

2.具有增力作用

只要給主動件(螺桿)一個較小的輸入轉矩，從動件即能得到較大的軸向力輸出，因此螺旋傳動帶負載能力較強。

3.能自鎖

當螺旋線升角小于摩擦角時，螺旋傳動具有自鎖作用。

4.效率低、磨損快

由于螺旋工作面為滑動摩擦，致使其傳動效率低(約30％～40％)，磨損快，因此不適于高速和大功率傳動。2.具有增力作用

只要給主動件(螺桿)一個3.2.2滑動螺旋傳動的形式及應用

滑動螺旋傳動主要有以下兩種基本形式。

1.螺母固定，螺桿轉動并移動

如圖3-8(a)所示，這種傳動型式的螺母本身就起著支承作用，從而簡化了結構，消除了螺桿與軸承之間可能產(chǎn)生的軸向竄動，容易獲得較高的傳動精度。缺點是所占軸向尺寸較大(螺桿行程的兩倍加上螺母高度)，剛性較差。因此該形式僅適用于行程短的情況。

2.螺桿轉動，螺母移動

如圖3-8(b)所示，這種傳動形式的特點是結構緊湊(所占軸向尺寸取決于螺母高度及行程大小)，剛度較大，因此適用于工作行程較長的情況。3.2.2滑動螺旋傳動的形式及應用

滑動螺旋傳動主圖3-8滑動螺旋傳動的基本型式圖3-8滑動螺旋傳動的基本型式圖3-9差動螺旋傳動原理圖3-9差動螺旋傳動原理除上述兩種基本傳動形式外，還有一種螺旋傳動——差動螺旋傳動，其原理如圖3-9所示。

設螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相同，且導程分別為Ph1和Ph2。當螺桿轉動φ角時，可動螺母2的移動距離為

L=

(Ph1-Ph2)

(3-3)如果Ph1與Ph2相差很小，則

L很小。因此差動螺旋常用于各種微動裝置中。

除上述兩種基本傳動形式外，還有一種螺旋傳動——差動螺旋傳若螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相反，則當螺桿轉動φ角時，可動螺母2的移動距離為

L=

(Ph1+Ph2)

(3-4)可見，此時差動螺旋變成快速移動螺旋，即螺母2相對螺母1快速趨近或離開。這種螺旋裝置用于要求快速夾緊的夾具或鎖緊裝置中。若螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相反，則當螺桿轉動φ角時，可3.2.3螺旋副零件與滑板連接結構的確定

螺旋副零件與滑板的連接結構對螺旋副的磨損有直接影響，設計時應注意。常見的連接結構有下列幾種：

1.剛性連接結構

圖3-10所示為剛性連接結構，這種連接結構的特點是牢固可靠。但當螺桿軸線與滑板運動方向不平行時，螺紋工作面的壓力增大，磨損加劇，嚴重(α

、β較大)時還會發(fā)生卡住現(xiàn)象。剛性連接結構多用于受力較大的螺旋傳動中。3.2.3螺旋副零件與滑板連接結構的確定

螺旋副圖3-10剛性連接結構圖3-10剛性連接結構

2.彈性連接結構

圖3-11所示的裝置中，螺旋傳動采用了彈性連接結構?；善?的一端在工作臺(滑板)8上，另一端套在螺母的錐形銷上。為了消除兩者之間的間隙，簧片以一定的預緊力壓向螺母(或用螺釘壓緊)。當工作臺運動方向與螺桿軸線偏斜α角(圖3-10(a))時，可以通過簧片變形進行調節(jié)。如果偏斜β角(圖3-10(b))時，螺母可繞軸線自由轉動而不會引起過大的應力。彈性連接結構適用于受力較小的精密螺旋傳動。2.彈性連接結構

圖3-11所示的裝置中，螺旋圖3-11測量顯微鏡縱向測微螺旋圖3-11測量顯微鏡縱向測微螺旋

3.活動連接結構

圖3-12所示為活動連接結構的原理圖。恢復力F(一般為彈簧力)使連接部分保持經(jīng)常接觸。當滑板1的運動方向與螺桿2的軸線不平行時，通過螺桿端部的球面與滑板在接觸處自由滑動(圖3-12(a))，或中間桿3自由偏斜(圖3-12(b))，可以避免螺旋副中產(chǎn)生過大的應力。3.活動連接結構

圖3-12所示為活動連接結構的圖3-12活動連接結構圖3-12活動連接結構3.2.4影響螺旋傳動精度的因素及提高傳動精度

的措施

螺旋傳動精度是指螺桿與螺母間的實際相對運動保持理論值(公式(3-2))的準確程度。影響螺旋傳動精度的因素主要有以下幾項。

1.螺紋參數(shù)誤差

螺紋的各項參數(shù)誤差中，影響傳動精度的主要是螺距誤差、中徑誤差以及牙型半角誤差。3.2.4影響螺旋傳動精度的因素及提高傳動精度

的措

(1)螺距誤差。螺距的實際值與理論值之差稱為螺距誤差。螺距誤差分為單個螺距誤差和螺距累積誤差。單個螺距誤差是指螺紋全長上的任意單個實際螺距對基本螺距的偏

差的最大代數(shù)差，它與螺紋的長度無關。而螺距累積誤差是指在規(guī)定的螺紋長度內，任意兩同側螺紋面間實際距離對公稱尺寸的偏差的最大代數(shù)差，它與螺紋的長度有關。

(1)螺距誤差。螺距的實際值與理論值之差稱為螺距誤差從式(3-2)可知，螺距誤差對傳動精度的影響是很明顯的。若把螺旋副展開進行分析，便可清楚地看出：螺桿的螺距誤差無論是螺距累積誤差，還是單個螺距誤差都將直接影響

傳動精度。而螺母的螺距累積誤差對傳動精度沒有影響，它的單個螺距誤差也只有當螺桿也有單個螺距誤差時才會引起傳動誤差。因此在精密螺旋傳動中，對螺桿的精度要求比對螺母的精度要求高一些。從式(3-2)可知，螺距誤差對傳動精度的影響是很明顯的。

(2)中徑誤差。螺桿和螺母在大徑、小徑和中徑都會有制造誤差。大徑和小徑處有較大間隙，互不接觸；中徑是配合尺寸，為了使螺桿和螺母轉動靈活和儲存潤滑油，配合

處需要有一定的均勻間隙。因此，對螺桿全長上中徑尺寸變動量的公差應予以控制。此外，對長徑比(螺桿全長與螺紋公稱直徑之比)較大的螺桿，由于其細而長，剛性差，易彎曲

，使螺母在螺桿上各段的配合產(chǎn)生偏心，這也會引起螺桿螺距誤差，故應控制其中徑跳動公差。(2)中徑誤差。螺桿和螺母在大徑、小徑和中徑都會有制

(3)牙型半角誤差。螺紋實際牙型半角與理論牙型半角之差稱為牙型半角誤差(如圖3-13所示)。當螺紋各牙之間的牙型角有差異(牙型半角誤差各不相等)時，將會引起螺距變化，從而影響傳動精度。但是，如果螺紋全長是一次裝刀切削出來的，那么牙型半角誤差在螺紋全長上變化不大，對傳動精度影響很小。(3)牙型半角誤差。螺紋實際牙型半角與理論牙型半角之

2.螺桿軸向竄動誤差

如圖3-14所示，若螺桿軸肩的端面與軸承的止推面不垂直于螺桿軸線而有α1和α2的偏差，則當螺桿轉動時，將引起螺桿的軸向竄動誤差，并轉化為螺母位移誤差。螺桿的軸向竄動誤差是周期性變化的，以螺桿轉動一周為一個循環(huán)。最大的軸向竄動誤差為

Δmax=Dtanαmin

(3-5)2.螺桿軸向竄動誤差

如圖3-14所示，若圖3-13牙型半角誤差圖3-13牙型半角誤差圖3-14螺桿軸向竄動誤差圖3-14螺桿軸向竄動誤差

3.偏斜誤差

在螺旋傳動機構中，如果螺桿的軸線方向與移動件的運動方向不平行而有一個偏斜角ψ(見圖3-15)時，就會發(fā)生偏斜誤差。設螺桿的總移動量為L，移動件的實際移動量為x，則偏斜誤差為

ΔL=L-x=L(1-cosψ)=2Lsin2

由于ψ一般很小，因此sin(ψ/2)≈ψ/2，則

ΔL=

(3-6)

由此可見，偏斜角對偏斜誤差有很大的影響，對其值應該加以控制。3.偏斜誤差

在螺旋傳動機構中，如果螺桿圖3-15偏斜誤差圖3-15偏斜誤差

4.溫度誤差

當螺旋傳動的工作溫度與制造溫度不同時，將使螺桿長度和螺距發(fā)生變化，從而產(chǎn)生傳動誤差，這種誤差稱為溫度誤差，其大小為

ΔLt=LωaΔt

(3-7)

式中:

Lω——螺桿螺紋部分的長度；

a——螺桿材料的熱膨脹系數(shù)，對于鋼，一般取為11.6×10-6/℃。

Δt——工作溫度與制造溫度之差。4.溫度誤差

當螺旋傳動的工作溫度與制造上面分析了影響螺旋傳動精度的各種誤差，為了提高傳動精度，應盡可能減小或消除這些誤差。為此，可以通過提高螺旋副零件的制造精度來達到，但單純提高制造精度會使

成本提高。因此，對于傳動精度要求較高的精密螺旋傳動，除了根據(jù)有關標準或具體情況規(guī)定合理的制造精度以外，可采取某些結構措施提高其傳動精度。

由于螺桿的螺距誤差是造成螺旋傳動誤差的最主要因素，因此采用螺距誤差校正裝置是提高螺旋傳動精度的有效措施之一。上面分析了影響螺旋傳動精度的各種誤差，為了提高傳動精度3.2.5消除螺旋傳動的空回的方法

當螺旋機構中存在間隙，若螺桿的轉動方向改變，螺母不能立即產(chǎn)生反向運動，只有螺桿轉動某一角度后才能使螺母開始反向運動，這種現(xiàn)象稱為空回。對于在正反向傳動下工作的精密螺旋傳動，空回將直接引起傳動誤差，必須設法予以消除。消除空回的方法就是在保證螺旋副相對運動要求的前提下消除螺桿與螺母之間的間隙。下面是幾種常見的消除空回的方法。3.2.5消除螺旋傳動的空回的方法

當螺旋機

1.利用單向作用力

在螺旋傳動中，利用彈簧產(chǎn)生單向恢復力，使螺桿和螺母螺紋的工作表面保持單面接觸，從而消除了另一側間隙產(chǎn)生的空回。這種方法除可消除由螺旋副中間隙產(chǎn)生的空回

，還可消除由軸承的軸向間隙和滑板連接處的間隙產(chǎn)生的空回。同時，這種結構在螺母上無需開槽或剖分(見圖3-16)，因此螺桿與螺母接觸情況較好，有利于提高螺旋副的壽命。1.利用單向作用力

在螺旋傳動中，利用彈圖3-16螺紋間隙徑向調整結構圖3-16螺紋間隙徑向調整結構

2.利用調整螺母

(1)徑向調整法。利用不同的結構，使螺母產(chǎn)生徑向收縮，以減小螺紋旋合處的間隙，從而減小空回。圖3-16所示為徑向調整法的典型示例。圖3-16(a)采用開槽螺母結構，擰動螺釘可以調整螺紋間隙。圖3-16(b)采用卡簧式螺母結構，在主螺母1上銑出縱向槽，擰緊副螺母2時，靠主、副螺母的圓錐面，可迫使主螺母徑向收縮，以消除螺旋副的間隙。圖

3-16(c)采用對開螺母結構。為了便于調整，螺釘和螺母之間裝有螺旋彈簧，這樣可使壓緊力均勻穩(wěn)定。為了避免螺母直接壓緊在螺桿上而增加摩擦力矩，加速螺紋磨損，可在此結構中裝入緊定螺釘以調整其螺紋間隙，如圖3-16(d)所示。2.利用調整螺母

(1)徑向調整法。利用

(2)軸向調整法。圖3-17為軸向調整法的典型結構示例。圖3-17(a)為開槽螺母結構,擰緊螺釘強迫螺母變形，使其左、右兩半部的螺紋分別壓緊在螺桿螺紋相反的側面上,從而消除了螺桿相對螺母軸向竄動的間隙。圖3-17(b)為剛性雙螺母結構，主螺母1和副螺母2之間用螺紋連接。連接螺紋的螺距P′不等于螺桿螺紋的螺距P，因此當主、副螺母相對轉動時，即可消除螺桿相對螺母軸向竄動的間隙。調整后再用緊定螺釘將其固定。圖3-17(c)為彈性雙螺母結構，它利用彈簧的彈力來達到調整的目的。螺釘3的作用是防止主螺母1和副螺母2的相對轉動。(2)軸向調整法。圖3-17為軸向調整法的典型結構圖3-17螺紋間隙軸向調整結構圖3-17螺紋間隙軸向調整結構

3.利用塑料螺母

圖3-18所示是用聚乙烯或聚酰胺(尼龍)制作的螺母結構，用金屬壓圈壓緊，利用塑料的彈性可很好地消除螺旋副的間隙。3.利用塑料螺母

圖3-18所示是用聚乙烯或聚酰圖3-18塑料螺母結構圖3-18塑料螺母結構作業(yè)：1、滑動螺旋傳動有哪些特點？2、已經(jīng)學過的滑動螺旋傳動有幾種傳動形式？各有什么特點？3、影響螺旋傳動精度的主要因素有哪些？如何提高傳動精度？4、螺旋機構工作時存在空回現(xiàn)象，請解釋一下什么是空回？它有什么危害？如何消除空回現(xiàn)象？作業(yè)：1、滑動螺旋傳動有哪些特點？滾珠螺旋傳動是在螺桿和螺母間放入適量的滾珠，使滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的螺旋傳動。滾珠螺旋傳動由螺桿、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置四部分組成。如圖3-19所示，

當螺桿轉動時，滾珠沿螺紋滾道滾動。為了防止?jié)L珠沿滾道面掉出來，螺母上設有滾珠循環(huán)返回裝置，構成了一個滾珠循環(huán)通道，滾珠從滾道的一端滾出后，沿著循環(huán)通道返回另一端，重新進入滾道，從而構成一個閉合回路。3.3滾珠螺旋傳動滾珠螺旋傳動是在螺桿和螺母間放入適量的滾珠，使滑動摩擦變圖3-19滾珠螺旋傳動的工作原理圖圖3-19滾珠螺旋傳動的工作原理圖3.3.1滾珠螺旋傳動的特點

滾珠螺旋傳動除具有螺旋傳動的一般特點(降速傳動比大及牽引力大)外，與滑動螺旋傳動相比較，它具有下列特點：

(1)運動效率高，一般可達90%以上，約為滑動螺旋傳動效率的三倍。在伺服控制系統(tǒng)中采用滾動螺旋傳動，不僅可以提高傳動效率，而且可以減小啟動力矩、顫動及滯后時

間。

3.3.1滾珠螺旋傳動的特點

滾珠螺旋傳動

(2)運動精度高。由于其摩擦力小，工作時螺桿的熱變形小，螺桿尺寸穩(wěn)定，并且經(jīng)調整預緊后，可得到無間隙傳動，因而具有較高的傳動精度、定位精度和軸向剛度。

(3)具有傳動的可逆性，但不能自鎖。用于垂直升降傳動時，需附加制動裝置。

(4)制造工藝復雜，成本較高，但使用壽命長，維護簡單。(2)運動精度高。由于其摩擦力小，工作時螺桿的熱變形3.3.2滾珠螺旋傳動的結構形式與類型

按用途和制造工藝的不同，滾珠螺旋傳動的結構形式有多種，它們的主要區(qū)別在于螺紋滾道法向截形、滾珠循環(huán)方式、消除軸向間隙的調整預緊方法等三方面。

1.螺紋滾道法向截形

螺紋滾道法向截形是指通過滾珠中心且垂直于滾道螺旋面的平面和滾道表面交線的形狀。常用的截形有兩種:單圓弧形(見圖3-20(a))和雙圓弧形(見圖3-20(b))。滾珠與滾道表面在接觸點處的公法線與過滾珠中心的螺桿直徑線間的夾角β叫接觸角。理想接觸角為β＝45°。3.3.2滾珠螺旋傳動的結構形式與類型

圖3-20滾道法向截形示意圖圖3-20滾道法向截形示意圖滾道半徑rs(或rn)與滾珠直徑Dω的比值稱為適應度frs=rs/Dω(或frn=rn/Dω)。適應度對承載能力的影響較大，一般取frs(或frn)=0.25～0.55。

單圓弧形的特點是砂輪成型比較簡單，易于得到較高的精度，但其接觸角隨著初始間隙和軸向力的變化而變化，因此，其效率、承載能力和軸向剛度均不夠穩(wěn)定。而雙圓弧形的接觸角在工作過程中基本保持不變，效率、承載能力和軸向剛度穩(wěn)定，并且滾道底部不與滾珠接觸，可儲存一定的潤滑油和臟物，使磨損減小。但對雙圓弧形砂輪的修整、加工和檢驗都比較困難。滾道半徑rs(或rn)與滾珠直徑Dω的比值稱為適應度fr

2.滾珠循環(huán)方式

按滾珠在整個循環(huán)過程中與螺桿表面的接觸情況，可將滾珠的循環(huán)方式分為內循環(huán)和外循環(huán)兩類。

(1)內循環(huán)。滾珠在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內循環(huán)(見圖3-21)。在螺母1的側孔內，裝有接通相鄰滾道的反向器。借助于反向器上的回珠槽，迫使?jié)L珠2沿滾道滾動一圈后越過螺桿螺紋滾道頂部，重新返回到起始的螺紋滾道，構成單圈內循環(huán)回路。2.滾珠循環(huán)方式

按滾珠在整個循環(huán)過程中與螺桿在同一個螺母上，具有的循環(huán)回路的數(shù)目稱為列數(shù)。內循環(huán)的列數(shù)通常有2~4列(即一個螺母上裝有2~4個反向器)。為了使結構緊湊，這些反向器是沿螺母周圍均勻分布的，即對應2列、3列、4列的滾珠螺旋的反向器分別沿螺母圓周方向互錯180°、120°、90°。反向器的軸向間隔視反向器的形式不同，分別為3Ph/2、4Ph/3、5Ph/4或5Ph/2、7Ph/3、9Ph/4，其中Ph為導程。在同一個螺母上，具有的循環(huán)回路的數(shù)目稱為列數(shù)。內循環(huán)的列圖3-21內循環(huán)圖3-21內循環(huán)滾珠在每一循環(huán)中繞經(jīng)螺紋滾道的圈數(shù)稱為工作圈數(shù)。內循環(huán)的工作圈數(shù)是一列只有一圈，因而回路短，滾珠少，滾珠的流暢性好，效率高。此外，它的徑向尺寸小，零件少，裝配簡單。內循環(huán)的缺點是反向器的回珠槽具有空間曲面，加工較復雜。

(2)外循環(huán)。滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)稱為外循環(huán)。按結構的不同，外循環(huán)可分為螺旋槽式、插管式和端蓋式三種。

螺旋槽式(見圖3-22)是指直接在螺母1外圓柱面上銑出螺旋線形的凹槽作為滾珠循環(huán)通道，凹槽的兩端鉆出兩個通孔分別與螺紋滾道相切，同時用兩個擋珠器4引導滾珠3通過這兩通孔，用套筒2或螺母座內表面蓋住凹槽，從而構成滾珠循環(huán)通道。螺旋槽式結構工藝簡單，易于制造，螺母徑向尺寸小。缺點是擋珠器剛度較差，容易磨損。滾珠在每一循環(huán)中繞經(jīng)螺紋滾道的圈數(shù)稱為工作圈數(shù)。內循環(huán)圖3-22螺旋槽式外循環(huán)圖3-22螺旋槽式外循環(huán)插管式(見圖3-23)是指用管2代替螺旋槽式中的凹槽，把彎管的兩端插入螺母3上與螺紋滾道相切的兩個通孔內，外加壓板1用螺釘固定，用彎管的端部或其他形式的擋珠器引導滾珠4進出彎管，以構成循環(huán)通道。插管式結構簡單，工藝性好，適于批量生產(chǎn)。缺點是彎管突出在螺母的外部，徑向尺寸較大，若用彎管端部作擋珠器，則耐磨性較差。

端蓋式(見圖3-24)是指在螺母1上鉆有一個縱向通孔作為滾珠返回通道，螺母兩端裝有銑出短槽的端蓋2，短槽端部與螺紋滾道相切，并引導滾珠返回通道，構成滾珠循環(huán)回路。端蓋式的優(yōu)點是結構緊湊，工藝性好。缺點是滾珠通過短槽時容易卡住。插管式(見圖3-23)是指用管2代替螺旋槽式中的凹槽，把圖3-23插管式外循環(huán)圖3-23插管式外循環(huán)圖3-24端蓋式外循環(huán)圖3-24端蓋式外循環(huán)

3.消除軸向間隙的調整預緊方法

如果滾珠螺旋副中有軸向間隙或在載荷作用下滾珠與滾道接觸處有彈性變形，則當螺桿反向轉動時，將產(chǎn)生空回誤差。為了消除空回誤差，在螺桿上可裝配兩個螺母1和2，調整兩個螺母的軸向位置，使兩個螺母中的滾珠在承受載荷之前就以一定的壓力分別壓向與螺桿螺紋滾道相反的側面，使其產(chǎn)生一定的變形(見圖3-25)。3.消除軸向間隙的調整預緊方法

如果滾珠螺旋副中圖3-25雙螺母預緊圖3-25雙螺母預緊這樣既可消除軸向間隙，也可提高軸向剛度。常用的調整預緊方法有下列三種：

(1)墊片調隙式。如圖3-26所示，調整墊片2的厚度Δ，可使螺母1產(chǎn)生軸向移動，以達到消除軸向間隙和預緊的目的。這種方法結構簡單，可靠性高，剛性好。為了避免調整時拆卸螺母，墊片可制成剖分式。其缺點是精確調整比較困難，并且當滾道磨損時不能隨意調整，除非更換墊圈。因此，該方法適用于一般精度的傳動機構。這樣既可消除軸向間隙，也可提高軸向剛度。常用的調整預緊方圖3-26墊片調隙式圖3-26墊片調隙式圖3-27螺紋調隙式圖3-27螺紋調隙式

(2)螺紋調隙式。如圖3-27所示，螺母1的外端有凸緣，螺母3加工有螺紋的外端伸出螺母座外，以兩個圓螺母2鎖緊。旋轉圓螺母即可調整軸向間隙和預緊。這種方法的特點是結構緊湊，工作可靠，調整方便。缺點是不很精確。鍵4的作用是防止兩個螺母相對轉動。

(3)齒差調隙式。如圖3-28所示，在螺母1和2的凸緣上切出齒數(shù)相差一個齒的外齒輪(z2＝z1+1)，把其裝入螺母座中分別與具有相應齒數(shù)(z1和z2)的內齒輪3和4嚙合。(2)螺紋調隙式。如圖3-27所示，螺母1的外端有凸緣

調整時，先取下內齒輪，將兩個螺母相對螺母座同方向轉動一定的齒數(shù)，然后把內齒輪復位固定。此時，兩個螺母之間產(chǎn)生相應的軸向位移，從而達到調整的目的。當兩個螺母按同方向轉過一個齒時，其相對軸向位移為

ΔL=

Ph=

Ph=

(3-8)式中，Ph為導程。如果z1=99，z2=100，Ph=8mm，則ΔL=0.8μm。可見，這種方法的特點是調整精度很高，工作可靠,但結構復雜，加工工藝和裝配性能較差。

調整時，先取下內齒輪，將兩個螺母相對螺母座同方向轉動一定圖3-28齒差調隙式圖3-28齒差調隙式3.3.3滾珠螺旋副的精度

滾珠螺旋副的精度包括螺母的行程誤差和空回誤差。影響螺旋副精度的因素同滑動螺旋副一樣，主要是螺旋副的參數(shù)誤差、機構誤差以及因受軸向力后滾珠與螺紋滾道面的接觸變形和螺桿剛度不足引起的螺紋變形等所產(chǎn)生的動態(tài)變形誤差。3.3.3滾珠螺旋副的精度

滾珠螺旋副的精度包括螺在JB/T3162.2—19標準中，根據(jù)滾珠螺旋副的使用范圍和要求將其分為兩個類型：P類定位滾珠螺旋副和T類傳動滾珠螺旋副，并分成7個精度等級，即1、2、3、4、5、7和10級。其中，1級精度最高，其余的依次遞減。標準中規(guī)定了滾珠螺旋副螺距公差和公稱直徑變動量的公差，還規(guī)定了各精度等級的滾珠螺旋副行程偏差和行程變動量。

滾珠螺旋副由專業(yè)廠家生產(chǎn)，具有標準系列。使用時可根據(jù)滾珠螺旋副的負載、速度、行程、精度和壽命等條件進行選型。在JB/T3162.2—19標準中，根據(jù)滾珠螺旋副的使用前言

直線導軌又稱線軌、滑軌、線性導軌、線性滑軌，用于直線往復運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負載，同時可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動.直線運動導軌的作用是用來支撐和引導運動部件，按給定的方向做往復直線運動。依按摩擦性質而定，直線運動導軌可以分為滑動摩擦導軌、滾動摩擦導軌、彈性摩擦導軌、流體摩擦導軌等種類。直線導軌主要是用在精度要求比較高的機械結構上.

新的導軌系統(tǒng)使機床可獲得快速進給速度，在主軸轉速相同的情況下，快速進給是直線導軌的特點。直線導軌有兩個基本元件；一個作為導向的為固定元件，另一個是移動元件。由于直線導軌是標準部件。直線導軌的品牌有臺灣ABBA

TBI

HIWIN(上銀)。前言

直線導軌又稱線軌、滑軌、線性導軌、線性滑軌，用于直直線運動導軌的作用是用來支承和引導運動部件按給定的方向作往復直線運動。導軌可以是一個專門的零件，也可以是一個零件上起導向作用的部分?；瑒幽Σ翆к壍倪\動件與承導件直接接觸,其優(yōu)點是結構簡單,接觸剛度大；缺點是摩擦阻力大,磨損快,低速運動時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

由機械運動學原理可知，一個剛體在空間有6個自由度，即沿x、y、z軸移動和繞它們轉動(見圖3-29(a))。對于直線運動導軌，必須限制運動件的5個自由度，僅保留沿一

個方向移動的自由度。3.4滑動摩擦導軌直線運動導軌的作用是用來支承和引導運動部件按給定的方向作圖3-29導軌的導向原理圖3-29導軌的導向原理

導軌的導向面有棱柱面和圓柱面兩種基本形式。

以棱柱面相接觸的零件只有沿一個方向移動的自由度，如圖3-29(b)、(c)、(d)所示的棱柱面導軌，運動件只能沿x方向移動。棱柱面由幾個平面組成，但從便于制造、裝配和檢驗出發(fā)，平面的數(shù)目應盡量少，圖中的棱柱面導軌由兩個窄長導向平面組成。限制運動件自由度的面，可以集中在一根導軌上，但為提高導軌的承載能力和抵抗傾復力矩的能力，絕大多數(shù)情況是采用兩根導軌。

以圓柱面相配合的兩個零件，有繞圓柱面軸線轉動及沿此軸線移動的兩個自由度，在限制轉動這一自由度后，則只有沿其軸線方向移動的自由度(如圖3-29(e)所示)。導軌的導向面有棱柱面和圓柱面兩種基本形式。

以棱柱3.4.1導軌的基本要求

(1)導向精度高。導向精度是指運動件按給定方向作直線運動的準確程度，它主要取決于導軌本身的幾何精度及導軌配合間隙。導軌的幾何精度可用線值或角值表示。

·

導軌在垂直平面和水平面內的直線度。如圖3-30(a)、(b)所示，理想的導軌面與垂直平面A-A或水平面B-B的交線均應為一條理想直線，但由于存在制造誤差，致使交線的實際輪廓偏離理想直線，其最大偏差量Δ即為導軌全長在垂直平面(圖3-30(a))和水平面(圖3-30(b))內的直線度誤差。3.4.1導軌的基本要求

(1)導向精度高。導圖3-30導軌的幾何角度圖3-30導軌的幾何角度

·

導軌面間的平行度。圖3-30(c)所示為導軌面間的平行度誤差。設V形導軌沒有誤差，平面導軌縱向有傾斜，由此產(chǎn)生的誤差Δ即為導軌間的平行度誤差。導軌間的平行度

誤差一般以角度值表示，這項誤差會使運動件運動時發(fā)生“扭曲”。

(2)運動輕便、平穩(wěn)，低速時無爬行現(xiàn)象。導軌運動的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運動時導軌速度的不均勻，這使運動件出現(xiàn)時快時慢、時動時停的爬行現(xiàn)象。爬行現(xiàn)象主要取決于導軌副中摩擦力的大小及其穩(wěn)定性。為此，設計時應合理選擇導軌的類型、材料、配合間隙、配合表面的幾何形狀精度及潤滑方式。

·導軌面間的平行度。圖3-30(c)所示為導軌面間的

(3)耐磨性好。導軌的初始精度由制造保證，而導軌在使用過程中的精度保持性則與導軌面的耐磨性密切相關。導軌的耐磨性主要取決于導軌的類型、材料、導軌表面的粗糙

度及硬度、潤滑狀況和導軌表面壓強的大小。(3)耐磨性好。導軌的初始精度由制造保證，而導軌在使用

(4)對溫度變化的不敏感性。即導軌在溫度變化的情況下仍能正常工作。導軌對溫度變化的不敏感性主要取決于導軌類型、材料及導軌配合間隙等。

(5)足夠的剛度。在載荷的作用下，導軌的變形不應超過允許值。剛度不足不僅會降低導向精度，還會加快導軌面的磨損。剛度主要與導軌的類型、尺寸以及導軌材料等有關。(6)結構工藝性好。導軌的結構應力求簡單，便于制造、檢驗和調整，從而降低成本。(4)對溫度變化的不敏感性。即導軌在溫度變化的情況下3.4.2滑動摩擦導軌的類型及結構特點

按導軌承導面的截面形狀，可將滑動導軌分為圓柱面導軌和棱柱面導軌(見圖3-31)。其中凸形導軌不易積存切屑、臟物，但也不易保存潤滑油，故宜作低速導軌，例如車床的床身導軌。

凹形導軌則相反，可作高速導軌，如磨床的床身導軌，但需有良好的保護裝置，以防切屑、臟物掉入。3.4.2滑動摩擦導軌的類型及結構特點

按導軌承導圖3-31滑動摩擦導軌截面形狀圖3-31滑動摩擦導軌截面形狀

1.圓柱面導軌

圓柱面導軌的優(yōu)點是導軌面的加工和檢驗比較簡單，易于達到較高的精度；缺點是對溫度變化比較敏感，間隙不能調整。

在圖3-32所示的結構中，支臂3和立柱5構成圓柱面導軌。立柱5的圓柱面上加工有螺紋槽，轉動螺母1即可帶動支臂3上下移動。螺釘2用于鎖緊，墊塊4用于防止螺釘2壓傷圓柱

表面。1.圓柱面導軌

圓柱面導軌的優(yōu)點是導軌面的加圖3-32圓柱面導軌圖3-32圓柱面導軌在多數(shù)情況下，圓柱面導軌的運動件不允許轉動，為此，可采用各種防轉結構。最簡單的防轉結構是在運動件和承導件的接觸表面上作出平面、凸起或凹槽。圖3-33(a)、(b)、(c)是這種防轉結構的幾個例子。利用輔助導向面可以更好地限制運動件的轉動(見圖3-33(d))，適當增大輔助導向面與基本導向面之間的距離，可減小由導軌間的間隙所引起的轉角誤差。當輔助導向面也為圓柱面時，即構成雙圓柱面導軌(見圖3-33(e))，它既能保證較高的導向精度,又能保證較大的承載能力。在多數(shù)情況下，圓柱面導軌的運動件不允許轉動，為此，可采圖3-33有防轉結構的圓柱面導軌圖3-33有防轉結構的圓柱面導軌為了提高圓柱面導軌的精度，必須正確選擇圓柱面導軌的配合。當導向精度要求較高時，常選用H7／f7或H7／s6配合。當導向精度要求不高時，可選用H8／f7或H8／s7配合。若儀器在溫度變化不大的環(huán)境下工作，可按H7／h6或H7/s6配合加工，然后再進行研磨,直到能夠平滑移動時為止。

導軌的表面粗糙度可根據(jù)相應的精度等級決定。通常，被包容零件外表面的粗糙度小于包容件的內表面的粗糙度。為了提高圓柱面導軌的精度，必須正確選擇圓柱面導軌的配合。

2.棱柱面導軌

常用的棱柱面導軌有三角形導軌、矩形導軌、燕尾形導軌以及它們的組合式導軌。

(1)雙三角形導軌。如圖3-34(a)所示，兩條導軌同時起著支承和導向作用，故導軌的導向精度高，承載能力大，兩條導軌磨損均勻，磨損后能自動補償間隙，精度保持性好。但這種導軌的制造、檢驗和維修都比較困難，因為它要求四個導軌面都均勻接觸，刮研勞動量較大。此外，這種導軌對溫度變化比較敏感。2.棱柱面導軌

常用的棱柱面導軌有三角形

(2)三角形—平面導軌。如圖3-34(b)所示，這種導軌保持了雙三角形導軌導向精度高、承載能力大的優(yōu)點，避免了由于熱變形所引起的配合狀況的變化，且工藝性較雙三角形導軌大為改善，因而應用很廣。缺點是兩條導軌磨損不均勻，磨損后不能自動調整間隙。(2)三角形—平面導軌。如圖3-34(b)所示，這種圖3-34三角形導軌圖3-34三角形導軌

(3)矩形導軌。矩形導軌可以做得較寬，因而承載能力和剛度較大。優(yōu)點是結構簡單，制造、檢驗、修理較容易。缺點是磨損后不能自動補償間隙，導向精度不如三角形導軌。

圖3-35所示結構是將矩形導軌的導向面A與承載面B、C分開，從而減小導向面的磨損，有利于保持導向精度。圖3-35(a)中的導向面A是同一導軌的內外側，兩者之間的距離較小，熱膨脹變形較小，可使導軌的間隙相應減小，導向精度較高。但此時兩導軌面的摩擦力將不相同，因此應合理布置驅動元件的位置，以避免工作臺傾斜或被卡住。圖3-35(b)

所示結構以兩導軌面的外側作為導向面，克服了上述缺點，但因導軌面間距離較大，容易受熱膨脹的影響，要求間隙不宜過小，從而影響導向精度。(3)矩形導軌。矩形導軌可以做得較寬，因而承載能力和圖3-35矩形導軌圖3-35矩形導軌

(4)燕尾導軌。燕尾導軌的主要優(yōu)點是結構緊湊，調整間隙方便。缺點是幾何形狀比較復雜，難于達到很高的配合精度，并且導軌中的摩擦力較大，運動靈活性較差。因此，它通常用在結構尺寸較小及導向精度與運動靈便性要求不高的場合。圖3-36為燕尾導軌的應用舉例，其中圖3-36(c)所示結構的特點是把燕尾槽分成幾塊，便于制造、裝配和調整。

(4)燕尾導軌。燕尾導軌的主要優(yōu)點是結構緊湊，調整間圖3-36燕尾導軌的應用舉例圖3-36燕尾導軌的應用舉例3.4.3導軌間隙的調整

為保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當?shù)拈g隙。間隙過小會增大摩擦力，間隙過大又會降低導向精度。為此常采用以下辦法，以獲得必要的間隙:

(1)采用磨、刮相應的結合面或加墊片的方法，以獲得合適的間隙。如圖3-36(a)所示燕尾導軌，為了獲得合適的間隙，可在零件1與2之間加上墊片3或采取直接鏟刮承導件與運動件的結合面A的辦法達到。3.4.3導軌間隙的調整

為保證導軌正常工作

(2)采用平鑲條調整間隙。平鑲條為一平行六面體，其截面形狀為矩形(見圖3-37(a))或平行四邊形(見圖3-37(b))。調整時，只要擰動沿鑲條全長均布的幾個螺釘，便能調整導軌的側向間隙，調整后再用螺母鎖緊。平鑲條制造容易，但在全長上只有幾個點受力，容易變形，故常用于受力較小的導軌?？s短螺釘間的距離并加大鑲條厚度(h)，有利于鑲條壓力的均勻分布，當L／h=3～4時，鑲條壓力基本上均布(見圖3-37(c))。(2)采用平鑲條調整間隙。平鑲條為一平行六面體，其截面圖3-37平鑲條調整導軌間隙圖3-37平鑲條調整導軌間隙

(3)采用斜鑲條調整間隙。斜鑲條的側面磨成斜度很小的斜面，導軌間隙是用鑲條的縱向移動來調整的，為了縮短鑲條長度，一般將其放在運動件上。

圖3-38(a)的結構簡單，但螺釘凸肩與斜鑲條的缺口間不可避免地存在間隙，可能使鑲條產(chǎn)生竄動。圖3-38(b)所示的結構較為完善，但軸向尺寸較長，調整也較麻煩。圖3-38(c)是由斜鑲條兩端的螺釘進行調整的，鑲條的形狀簡單，便于制造。圖3-38(d)是用斜鑲條調整燕尾導軌間隙的實例。

(3)采用斜鑲條調整間隙。斜鑲條的側面磨成斜度很小的斜圖3-38斜鑲條調整導軌間隙圖3-38斜鑲條調整導軌間隙3.4.4驅動力的方向和作用點對導軌工作的影響

設計導軌時，必須合理確定驅動力的方向和作用點，使導軌的傾覆力矩盡可能小。

否則，將使導軌中的摩擦力增大，磨損加劇，從而降低導軌運動靈便性和導向精度，嚴重時甚至使導軌卡住而不能正常工作。因此，需要研究運動件不被卡住的條件。

設驅動力作用在通過導軌軸線的平面內，驅動力F的方向與導軌運動方向的夾角為α，作用點離導軌軸線的距離為h。3.4.4驅動力的方向和作用點對導軌工作的影響

導軌受力情況如圖3-39所示，由于驅動力F將使運動件傾轉，因此可認為運動件與承導件的兩端點壓緊，正壓力分別為N1、N2，相應的摩擦力為N1fv和N2fv，載荷為Fa，忽略運動件與承導件間的配合間隙和運動件重力的影響，且當d/L很小時，保證運動件不被卡住的條件是

tanα<

(3-9)導軌受力情況如圖3-39所示，由于驅動力F將使運動件傾轉圖3-39導軌受力簡圖圖3-39導軌受力簡圖

當h=0時，

>

(3-10)當α=0時，

2fv

<1

為了保證運動靈活，建議設計時取

2fv

<0.5(3-11)上述公式中，fv為當量滑動摩擦系數(shù)。對于不同的導軌，fv值不同：

矩形導軌：

fv=f當h=0時，

>燕尾形和三角形導軌:

fv=

圓柱面導軌：

fv=

=1.27f

式中:;

f——滑動摩擦系數(shù)；

β——燕尾輪廓角或三角形底角。

燕尾形和三角形導軌:

fv=

圓柱面導軌：

對于不同截面形狀的組合導軌，由于兩根導軌的摩擦力不同，因此驅動運動件的驅動元件(螺旋副、齒輪—齒條或其他傳動裝置)的位置應隨之不同。例如對圖3-40所示的三角形—平面組合導軌，因三角形導軌上的摩擦力要比平面導軌大，摩擦力的合力作用在O點，且c>b，因此，驅動元件的位置應該設在O點，從而消除運動件移動時轉動的趨勢，使運動件移動平穩(wěn)而靈活。對于不同截面形狀的組合導軌，由于兩根導軌的摩擦力不同，因圖3-40三角形—平面導軌圖3-40三角形—平面導軌3.4.5溫度變化對導軌間隙的影晌

滑動摩擦導軌對溫度變化比較敏感。由于溫度的變化，可能使自封式導軌卡住或造成不能允許的過大間隙。為減小溫度變化對導軌的影響，承導件和運動件最好用膨脹系數(shù)相同或相近的材料。

如果導軌在溫度變化大的條件下工作(如大地測量儀器或軍用儀器等)，在選定精度等級和配合以后，應對溫度變化的影響進行驗算。

為了保證導軌在工作時不致卡住，導軌中的最小間隙值Δmin應大于或等于零。3.4.5溫度變化對導軌間隙的影晌

滑動摩擦導軌對導軌的最小間隙可用下式計算：

Δmin=D2min(1+a2(t-t0))-D1max(1+a1(t-t0))

(3-12)式中:

D2min——包容件在制造溫度時的最小直徑或最小直線尺寸；

D1max——被包容件在制造溫度時的最大直徑或最大直線尺寸；

a1、a2——被包容件與包容件材料的線膨脹系數(shù)；

t0——導軌制造時的溫度；

t——導軌工作時的最高或最低溫度。導軌的最小間隙可用下式計算：

Δmin=D為保證導軌的工作精度，導軌副中的最大間隙Δmax應小于或等于允許間隙，導軌中的最大間隙可用下式計算：Δmax=D2max［1+a2(t-t0)］-D1min［1+a1(t-t0)］(3-13)式中：

D2max——包容件在制造溫度時的最大直徑或最大直線尺寸；

D1min——被包容件在制造溫度時的最小直徑或最小直線尺寸。為保證導軌的工作精度，導軌副中的最大間隙Δmax應小3.4.6導軌的剛度計算

為了保證機構的工作精度，設計時應保證導軌的最大彈性變形量不超過允許值。必要時應進行導軌的剛度計算或驗算。由于導軌主要受靜載荷作用，故導軌的剛度主要是指靜剛度。

如果忽略機座變形對導軌剛度的影響(假設機座為絕對剛體)，則導軌的剛度主要取決于在載荷作用下，導軌運動件和承導件的彎曲變形和它們工作面間接觸變形的大小。

在計算導軌的彎曲變形時，可將與導軌運動件連成一體的工作臺簡化成梁，按工程力學中梁的變形公式進行簡化計算。為了提高導軌的剛度，除必要時增大導軌尺寸外，常采用合理布置加強筋的辦法，以達到既保證剛度又減輕重量的目的。3.4.6導軌的剛度計算

為了保證機構的工作導軌的接觸變形可按經(jīng)驗公式估算，對于接觸面積不超過100～150cm2的鋼和鑄鐵的接觸，其接觸變形δ(單位為μm)為

δ=c

(3-14)

式中:

p——接觸面間的平均壓力(N／cm2)；

c——系數(shù)，對于精刮導軌面(每25mm×25mm在16點以上)和磨削導軌面(粗糙度Ra為0.16～0.32μm)為1.47～1.94，研磨表面(粗糙度Ra為0.01～0.02μm)為0.69。導軌的接觸變形可按經(jīng)驗公式估算，對于接觸面積不超過1003.4.7提高導軌耐磨性的措施

為使導軌在較長的使用期間內保持一定的導向精度，必須提高導軌的耐磨性。由于磨損速度與材料性質、加工質量、表面壓強、潤滑及使用維護等因素直接有關，因此要想提

高導軌的耐磨性，需從這些方面采取措施。3.4.7提高導軌耐磨性的措施

為使導軌在較

1.合理選擇導軌的材料及熱處理

用于導軌的材料，應具有耐磨性好，摩擦系數(shù)小，并具有良好的加工和熱處理性質。常用的材料有：

(1)鑄鐵。如HT200、HT300等，均有較好的耐磨性。采用高磷鑄鐵(含磷量質量分數(shù)高于0.3％)、磷銅鈦鑄鐵和釩鈦鑄鐵作導軌，耐磨性比普通鑄鐵分別提高1～4倍。鑄鐵導軌的硬度一般為180～200HBS。為提高其表面硬度，采用表面淬火工藝，使其表面硬度可達55HRC，導軌的耐磨性可提高1～3倍。1.合理選擇導軌的材料及熱處理

用于導軌

(2)鋼。常用的有碳素鋼(40、50、T8A、T10A)和合金鋼(20Cr、40Cr)。淬硬后鋼導軌的耐磨性比一般鑄鐵導軌高5～10倍。要求高的可用20Cr制成，滲碳后淬硬至56～62

HRC；要求低的用40Cr制成，高頻淬火硬度至52～58HRC。鋼制導軌一般做成條狀，用螺釘及銷釘固定在鑄鐵機座上，螺釘?shù)某叽绾蛿?shù)量必須保證良好的接觸剛度，以免引起變形。(2)鋼。常用的有碳素鋼(40、50、T8A、T1

(3)有色金屬。常用的有黃銅、錫青銅、超硬鋁(LC4)、鑄鋁(ZL6)等。

(4)塑料。聚四氟乙烯具有優(yōu)良的減摩、耐磨和抗振性能，工作溫度適應范圍廣(-200℃～+280℃)，靜、動摩擦系數(shù)都很小，是一種良好的減摩材料。以聚四氟乙烯為基體的塑料導軌性能良好，它是一種在鋼板上燒結球狀青銅顆粒并浸漬聚四氟乙烯塑料的板材，如圖3－41所示。導軌板的厚度為1.5～3mm，在多孔青銅顆粒上面的聚四氟乙烯表層厚為0.025mm。這種塑料導軌板既有聚四氟乙烯的摩擦特性，又具有青銅和鋼鐵的剛性與導熱性，裝配時可用環(huán)氧樹脂粘接在動導軌上。這種導軌用在數(shù)控機床、集成電路制板設備上，可保證較高的重復定位精度，并滿足微量進給時無爬行的要求。(3)有色金屬。常用的有黃銅、錫青銅、超硬鋁(LC4圖3-41塑料導軌板截面示意圖圖3-41塑料導軌板截面示意圖

2.減小導軌面壓強

導軌面的平均壓強越小，分布越均勻，則磨損越均勻，磨損量越小。導軌面的壓強取決于導軌的支承面積和負載，設計時應保證導軌工作面的最大壓強不超過允許值。為此，許多精密導軌常采用卸載導軌，即在導軌載荷的相反方向給運動件施加一個機械的或液壓的作用力(卸載力)，抵消導軌上的部分載荷，從而達到既保持導軌面間仍為直接接觸，又減小導軌工作面的壓力的目的。一般卸載力取為運動件所受總重力的2／3左右。2.減小導軌面壓強

導軌面的平均壓強越小，分布

(1)靜壓卸載導軌(見圖3-42)。在運動件導軌面上開有油腔，通入壓力為ps的液壓油，對運動件施加一個小于運動件所受載荷的浮力，以減小導軌面的壓力。油腔中的液壓油經(jīng)過由導軌表面宏觀與微觀不平度所形成的間隙流出導軌，回到油箱。

(1)靜壓卸載導軌(見圖3-42)。在運動件導軌面上圖3-42靜壓卸載導軌原理圖3-42靜壓卸載導軌原理

(2)水銀卸載導軌(見圖3-43)。在運動件下面裝有浮子1(木塊)，并置于水銀槽2中，利用水銀產(chǎn)生的浮力抵消運動組件的部分重力。這種卸載方式結構簡單，缺點是水銀蒸氣有毒，故必須采取防止水銀揮發(fā)的措施。

(3)機械卸載導軌(見圖3-44)。選用剛度合適的彈簧，并調節(jié)其彈簧力，以減小導軌面直接接觸處的壓力。(2)水銀卸載導軌(見圖3-43)。在運動件下面裝有圖3-43水銀卸載導軌原理圖3-43水銀卸載導軌原理圖3-44機械卸載導軌圖3-44機械卸載導軌

3.保證導軌良好的潤滑

保證導軌良好的潤滑，是減小導軌摩擦和磨損的另一個有效措施。這主要是潤滑油的分子吸附在導軌接觸表面，形成厚度約為0.005～0.008mm的一層極薄的油膜，從而阻

止或減少導軌面間直接接觸的緣故。

由于滑動導軌的運動速度一般較低，并且往復反向運動，運動和停頓相間進行，不易形成油楔，因此，要求潤滑油具有合適的粘度和較好的油性，以防止導軌出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象。

3.保證導軌良好的潤滑

保證導軌良好的潤選擇導軌潤滑油的主要原則是：載荷越大、速度越低，則油的粘度應越大；垂直導軌的潤滑油粘度，應比水平導軌潤滑油的粘度大些；在工作溫度變化時，潤滑油的粘度變化要??；潤滑油應具有良好的潤滑性能和足夠的油膜強度，不浸蝕機件，油中的雜質應盡量少。

對于精密機械中的導軌，應根據(jù)使用條件和性能特點來選擇潤滑油。常用的潤滑油有機油、精密機床液壓導軌油和變壓器油等。還有少數(shù)精密導軌，選用潤滑脂進行潤滑。選擇導軌潤滑油的主要原則是：載荷越大、速度越低，則油的關于潤滑方法，對于載荷不大、導軌面較窄的精密儀器導軌，通常只需直接在導軌上定期地用手加油即可，導軌面也不必開出油溝。對于大型及高速導軌，則多用手動油泵或

自動潤滑，并在導軌面上開出合適形狀和數(shù)量的油溝，以使?jié)櫥驮趯к壒ぷ鞅砻嫔戏植季鶆?。關于潤滑方法，對于載荷不大、導軌面較窄的精密儀器導軌，

4.提高導軌的精度

提高導軌精度主要指保證導軌的直線度和各導軌面間的相對位置精度。導軌的直線度誤差都規(guī)定在對導軌精度有利的方向上，如精密車床的床身導軌在垂直面內的直線度誤差只允許上凸，以補償導軌中間部分經(jīng)常使用而產(chǎn)生向下凹的磨損。

適當減小導軌工作面的粗糙度，可提高耐磨性，但過小的粗糙度不易儲存潤滑油，甚至產(chǎn)生“分子吸力”，以致撕傷導軌面。粗糙度一般要求Ra≤0.32μm。4.提高導軌的精度

提高導軌精度主要指保3.4.8導軌主要尺寸的確定

導軌的主要尺寸有運動件和承導件的長度、導軌寬度、兩導軌之間的距離及三角形導軌的頂角等。

增大導軌運動件長度L，有利于提高導軌的導向精度和運動靈活性，但卻使工作臺的尺寸和重量加大。因此，設計時一般取L=(1.2～1.8)a。其中，a為兩導軌之間的距離。

如結構允許，則可取L≥2a。承導件的長度則主要取決于運動件的長度及工作行程。3.4.8導軌主要尺寸的確定

導軌的主要尺導軌寬度B可根據(jù)載荷F和允許壓強p求出：

B=

(3-15)

兩導軌之間的距離減小，則導軌尺寸減小，但導軌穩(wěn)定性變差。設計時應在保證導軌工作穩(wěn)定的前提下，減小兩導軌之間的距離。

三角形導軌的頂角一般取為90°。導軌寬度B可根據(jù)載荷F和允許壓強p求出：

滾動摩擦導軌是在運動件和承導件之間放置滾動體(滾珠、滾柱、滾動軸承等)，使導軌運動時處于滾動摩擦狀態(tài)。滾動摩擦導軌按滾動體的形狀可分為滾珠導軌、滾柱導軌、滾

動軸承導軌等。

與滑動摩擦導軌比較，滾動導軌的特點是：

(1)摩擦系數(shù)小，并且靜、動摩擦系數(shù)之差很小，故運動靈便，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。

3.5滾動摩擦導軌滾動摩擦導軌是在運動件和承導件之間放置滾動體(滾珠、滾柱

(2)定位精度高，一般滾動導軌的重復定位誤差約為0.1～0.2μm，而滑動導軌的定位誤差一般為10～20μm。因此，當要求運動件產(chǎn)生精確微量的移動時，通常采用滾動導軌。

(3)磨損較小，壽命長，潤滑簡便。

(4)結構較為復雜，加工比較困難，成本較高。

(5)對臟物及導軌面的誤差比較敏感。(2)定位精度高，一般滾動導軌的重復定位誤差約為0.3.5.1滾珠導軌

圖3-45和圖3-46是滾珠導軌的兩種典型結構型式。在V形槽(V形角一般為90°)中安置著滾珠，隔離架1用來保持各個滾珠的相對位置，固定在承導件上的限動銷2與隔離架上的限動槽構成限動裝置，用來限制運動件的位移，以免運動件從承導件上滑脫。

V形滾珠導軌的優(yōu)點是工藝性較好，容易達到較高的加工精度。但由于滾珠和導軌面是點接觸，接觸應力較大，容易壓出溝槽，如溝槽的深度不均勻，將會降低導軌的精度。3.5.1滾珠導軌

圖3-45和圖3-46是滾珠圖3-45力封式滾珠導軌圖3-45力封式滾珠導軌為了改善這種情況，可采取如下措施：

(1)預先在V形槽與滾珠接觸處研磨出一窄條圓弧面的淺槽，從而增加了滾珠與滾道的接觸面積，提高了承載能力和耐磨性，但這時導軌中的摩擦力略有增加。為了改善這種情況，可采取如下措施：

(1圖3-46自封式滾珠導軌圖3-46自封式滾珠導軌

(2)采用雙圓弧滾珠導軌(見圖3-47(a))。這種導軌是把V形導軌的V形滾道改為圓弧形滾道，以增大滾動體與滾道接觸點的綜合曲率半徑，從而提高導軌的承載能力、剛度和使用壽命。

雙圓弧導軌的缺點是形狀復雜，工藝性較差，摩擦力較大，當精度要求很高時不易滿足使用要求。(2)采用雙圓弧滾珠導軌(見圖3-47(a))。這種圖3-47雙圓弧導軌圖3-47雙圓弧導軌為使雙圓弧滾珠導軌既能發(fā)揮接觸面積較大，變形較小的優(yōu)點，又不致于過分增大摩擦力，應合理確定雙圓弧滾珠導軌的主要參數(shù)(見圖3-47(b))。根據(jù)使用經(jīng)驗，滾珠半徑r與滾道圓弧半徑R之比常取為r／R=0.90～0.95，接觸角θ=45°。

導軌兩圓弧的中心距C為

C=2(R-r)sinθ

(3-16)當要求運動件的行程很大或需要簡化導軌的設計和制造時，可采用滾珠循環(huán)式導軌。圖3-48是這種導軌的結構簡圖，它由運動件1、滾珠2、承導件3和返回器4組成。運動件上有工作滾道5和返回滾道6，與兩端返回器的圓弧槽面滾道接通，滾珠在滾道中循環(huán)滾動，行程不受限制。

為使雙圓弧滾珠導軌既能發(fā)揮接觸面積較大，變形較小的優(yōu)點，圖3-48滾珠循環(huán)式滾動導軌的結構簡圖圖3-48滾珠循環(huán)式滾動導軌的結構簡圖為了保證滾珠導軌的運動精度和各滾珠承受載荷的均勻性，應嚴格控制滾珠的形狀誤差和各滾珠間的直徑差。例如對于19JA萬能工具顯微鏡橫向滑板滾珠導軌，滾珠間的直徑不均勻度和滾珠的圓度誤差均要求在0.5μm以內。

為了保證滾珠導軌的運動精度和各滾珠承受載荷的均勻性，應嚴3.5.2滾柱導軌和滾動軸承導軌

為了提高滾動導軌的承載能力和剛度，可采用滾柱導軌或滾動軸承導軌。這類導軌的結構尺寸較大，常用在比較大型的精密機械上。3.5.2滾柱導軌和滾動軸承導軌

為了提

1.交叉滾柱V形平導軌

如圖3-49(a)所示，在V形空腔中交叉排列著滾柱，這些滾柱的直徑d略大于長度b，相鄰滾柱的軸線互相垂直交錯，單數(shù)號滾柱在AA1面間滾動(與B1面不接觸)，雙數(shù)號滾柱在BB1面間滾動(與A1面不接觸)，右邊的滾柱則在平面導軌上運動。這種導軌不用保持架，可增加滾動體數(shù)目，提高導軌剛度。1.交叉滾柱V形平導軌

如圖3-49(a)所

2.V形平滾柱導軌

如圖3-49(b)所示，這種導軌加工比較容易，V形滾柱直徑d與平面導軌滾柱d1之間有如下關系：

d=d1sin

(3-17)其中,α是V形導軌的V形角。2.V形平滾柱導軌

如圖3-49(b)所示，這種導圖3-49滾柱導軌圖3-49滾柱導軌3.6.1靜壓螺旋傳動

1.靜壓螺旋傳動的工作原理

靜壓螺旋傳動的工作原理如圖3-50所示。來自液壓泵3的潤滑油，經(jīng)溢留閥6調壓后，通過精密過濾器2以一定壓力(Fs)通過節(jié)流閥1，由內螺紋牙側面的油腔進入工作螺紋的間隙，然后經(jīng)各回油孔(虛線所示，回油路圖中未畫出)流回油箱5。3.6靜壓螺旋傳動與靜壓導軌簡介3.6.1靜壓螺旋傳動

1.靜壓螺旋傳動的工作圖3-50靜壓螺旋傳動的工作原理圖3-50靜壓螺旋傳動的工作原理當螺桿無外載荷時，通過每一油腔沿間隙流出的流量相等，螺紋牙兩側的油壓及間隙也相等，即pr1=pr2=pr0，h1=h2=h0，螺桿保持在中間位置。

當螺桿受軸向力Fa而偏向左側時，間隙h1減小，h2增大。由于節(jié)流閥的作用，使pr1>pr2，從而產(chǎn)生一個平衡Fa的反力。當螺桿受徑向力Fr作用而沿載荷方向產(chǎn)生位移時，油腔A側間隙減小，B、C側間隙增大。同樣，由于節(jié)流閥的作用，使A側的油壓增高，B、C側油壓降低，形成壓差與徑向

力Fr平衡。當螺桿無外載荷時，通過每一油腔沿間隙流出的流量相等，螺紋當螺桿一端受徑向力矩M作用而形成一傾覆力矩時，螺母上對應油腔E、J側的間隙減小，D、C側間隙增大。由于節(jié)流閥的作用使螺桿產(chǎn)生一個反向力矩，使其保持平衡。

由上述三種受力情況可知，當每一個螺旋面上設有三個以上的油腔時，螺桿(或螺母)不但能承受軸向載荷，同時也能承受一定的徑向載荷和傾覆力矩。當螺桿一端受徑向力矩M作用而形成一傾覆力矩時，螺母上對

2.