機(jī)電裝備支承件和導(dǎo)軌設(shè)計機(jī)電裝備設(shè)計

第四章機(jī)電裝備支承件和導(dǎo)軌設(shè)計

BearingPartAndGuidewayDesignforElectro-mechanicalEquipment4.6導(dǎo)軌的類型及基本要求4.7滑動導(dǎo)軌設(shè)計4.8卸荷導(dǎo)軌設(shè)計4.9滾動導(dǎo)軌設(shè)計4.10潤滑與防護(hù)、提高耐磨性的措施本節(jié)主要內(nèi)容14.6導(dǎo)軌的類型及基本要求4.61功用和分類

功用：使運(yùn)動部件沿一定的軌跡(直線或圓周)運(yùn)動，并承受運(yùn)動部件上的載荷即起導(dǎo)向和承載作用。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動的一方稱作運(yùn)動導(dǎo)軌，不動的一方稱作支承導(dǎo)軌。支承導(dǎo)軌用以支承和約束運(yùn)動導(dǎo)軌，使之按功能要求作正確運(yùn)動。2按運(yùn)動導(dǎo)軌的軌跡分：直線運(yùn)動導(dǎo)軌副：一個直線運(yùn)動自由度圓周運(yùn)動導(dǎo)軌副：一個旋轉(zhuǎn)自由度按導(dǎo)軌面間的摩擦特性分：滑動摩擦導(dǎo)軌副：是基礎(chǔ)滾動摩擦導(dǎo)軌副：導(dǎo)向精度高液體摩擦導(dǎo)軌副：吸振性好，摩擦系數(shù)小 導(dǎo)軌面間有一層油膜，實(shí)現(xiàn)液體摩擦，導(dǎo)軌間不相互接觸，摩擦因數(shù)為0.0005～0.0010，不會磨損，有利于保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，在低速下不宜產(chǎn)生爬行，在機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用。

分類3按結(jié)構(gòu)形式分：開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌開式導(dǎo)軌：●必須借助于運(yùn)動件的自重或外載荷，保證在一定的空間位置和受力狀態(tài)下，運(yùn)動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面保持可靠的接觸，從而保證運(yùn)動導(dǎo)軌的規(guī)定運(yùn)動。●結(jié)構(gòu)簡單，但不能承受較大顛覆力矩的作用。4閉式導(dǎo)軌：借助導(dǎo)軌副本身的封閉式結(jié)構(gòu)，保證在變化的空間位置和受力狀態(tài)下，運(yùn)動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面都能始終保持可靠的接觸，從而保證運(yùn)動導(dǎo)軌的規(guī)定運(yùn)動。

54.6.2導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的要求1、導(dǎo)向精度

定義：運(yùn)動導(dǎo)軌的實(shí)際運(yùn)動方向與給定運(yùn)動方向之間的偏差。影響導(dǎo)向精度的主要因素：導(dǎo)軌的幾何精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、裝配質(zhì)量、導(dǎo)軌及其支承件的剛度和熱變形等。2、接觸精度定義：導(dǎo)軌副摩擦表面的實(shí)際接觸面積占理論接觸面積的百分比。3、精度保持性主要由導(dǎo)軌的耐磨件決定。影響因素有磨損性質(zhì)、載荷狀況、導(dǎo)軌材料、工藝方法和潤滑防護(hù)條件等。

4、低速運(yùn)動平穩(wěn)性

低速運(yùn)動速度可達(dá)0.05mm/min

。5、剛度

6、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好等。64.7滑動導(dǎo)軌4.7.1材料與熱處理

對導(dǎo)軌材料的要求和匹配●材料應(yīng)具有良好的耐磨件、摩擦因數(shù)小和動靜摩擦因數(shù)差??；●加工和使用時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，工藝性和尺寸穩(wěn)定性好及成本低等性能；●導(dǎo)軌副應(yīng)盡量由不同材料組成，如果選用相同材料，應(yīng)采用不同的熱處理或不同的硬度；●通常動導(dǎo)軌用較軟、耐磨性低的材料，固定導(dǎo)軌用較硬和耐磨材料制造。7導(dǎo)軟材料匹配及其相對壽命導(dǎo)軌材料及熱處理相對壽命導(dǎo)軌材料及熱處理相對壽命鑄鐵/鑄鐵鑄鐵/淬火鑄鐵鑄鐵/淬火鋼12~3＞2淬火鑄鐵/淬火鑄鐵鑄鐵/鍍鉻或噴涂鉬鑄鐵塑料/鑄鐵4~53~48注：導(dǎo)軌材料前邊為動導(dǎo)軌，后面為定導(dǎo)軌8導(dǎo)軌材料與熱處理鑄鐵（灰鑄鐵、孕育鑄鐵、耐磨鑄鐵）鑄鐵是一種成本低、有良好的減振性和耐磨性、易于鑄造和切削加工的金屬材料。灰鑄鐵：應(yīng)用最多的灰鑄鐵是HT200，鑄鐵—鑄鐵的導(dǎo)軌摩擦副適用于需要手工刮研的導(dǎo)軌；對加工精度保持性要求不高的中等精度和運(yùn)動速度低的導(dǎo)軌。孕育鑄鐵：在鐵水中加入少量孕育劑硅和鋁而構(gòu)成的孕育鑄鐵，可使鑄件獲得到均勻的強(qiáng)度和硬度。耐磨鑄鐵：

高磷鑄鐵、磷銅鈦鑄鐵和釩鈦鑄鐵。高磷鑄鐵是指磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.3％的鑄鐵、耐磨性比孕育鑄鐵提高1倍多。磷銅鈦鑄鐵和釩鈦鑄鐵是提高機(jī)床導(dǎo)軌耐磨性的好材料。具有力學(xué)性能好、耐磨性比孕育鑄鐵高1.5～2.0倍、鑄鐵質(zhì)量容易控制等優(yōu)點(diǎn)，但成本較高。目前多用于精密機(jī)床。9

鑄鐵導(dǎo)軌的淬火

○接觸電阻淬火淬硬深度很淺，對導(dǎo)軌耐磨性提高的幅度不大?！鸶袘?yīng)淬火有高頻與中頻感應(yīng)加熱淬火兩種，硬度可達(dá)45～55HRC，耐磨性可提高近兩倍。中頻加熱淬硬層較深，可達(dá)2～3mm。高頻與中頻淬火后的導(dǎo)軌面要進(jìn)行磨削加工?；鹧姹砻娲慊鸬膶?dǎo)軌因淬硬層深而使導(dǎo)軌耐磨性有較大的提高，但淬火后的變形較大，增加了磨削加工量。10電極間的短路電流控制在400～600A，工作時滾輪在20N的壓力下與HT導(dǎo)軌保持接觸。導(dǎo)軌與滾輪接觸產(chǎn)生電熱效應(yīng),自行冷卻。淬硬深度0.15mm左右，硬度達(dá)55HRC。11鋼：采用淬火鋼和氮化鋼的鑲鋼導(dǎo)軌，可大幅度地提高導(dǎo)軌的耐磨性。鑲鋼導(dǎo)軌材料有幾類：①合金工具鋼或軸承鋼，牌號為9Mn2V、GrWMn、GGrl5等。整體淬硬，硬度≥60HRC；②高碳工具鋼，牌號為T8A、T10A等，整體淬硬，硬度≥58HRC；③中碳鋼。牌號為45或40Cr，整體淬硬，硬≥48HRC；④低碳鋼，牌號為20Cr，滲碳淬硬，硬度≥61HRC；⑤氮化鋼，牌號為38CrMoALA以，氮化處理，表面硬度≥850HV（相當(dāng)于64～65HRC)。

12有色金屬

用于鑲裝導(dǎo)軌的有色金屬板的材料，主要有：錫青銅ZCuSn6Pb6Zn3、鋁青銅ZCuAl9Mn2和鋅合金ZZuAl-10-5等。多用于重型機(jī)床的動導(dǎo)軌上，與鑄鐵的支撐導(dǎo)軌相配偶，用于防止撕傷、保證運(yùn)動的平穩(wěn)性和提高移動精度。從摩擦狀態(tài)和耐磨性來看，鋁青銅ZCnAl9Mn2與錫青銅ZCuSn6Pb6Zn3相仿，抗磨料磨損的耐磨性比鋅合金ZZnAl-10-5高，但鋅合金的抗撕傷能力比較強(qiáng)。從成本來看，鋁青銅ZCnAl9Mn2比錫青銅ZCuSn6Pb6Zn3低，但比鋅合金ZZnAl-10-5高。13高分子材料鑲裝高分子材料導(dǎo)軌具有摩擦因數(shù)低、耐磨性好、抗損傷能力強(qiáng)、低速時不易出現(xiàn)爬行、加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡單和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各類機(jī)床的動導(dǎo)軌上都有應(yīng)用，在精密、數(shù)控和重型機(jī)床動導(dǎo)軌上的應(yīng)用在逐漸增多。塑料導(dǎo)軌可與不淬硬的鑄鐵導(dǎo)軌組成對偶摩擦副，也可與鑲鋼導(dǎo)軌組成對偶摩擦副。144.7.2結(jié)構(gòu)形式

a)凸矩形b)凹矩形

矩形導(dǎo)軌：剛度高，加工、檢驗(yàn)和維修都較方便的優(yōu)點(diǎn)。但矩形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，導(dǎo)向性差。矩形導(dǎo)軌適用于載荷較大而導(dǎo)向性要求略低的機(jī)床。矩形導(dǎo)軌的承載面(頂面)和導(dǎo)向面(側(cè)面)分開，精度保持性較好。導(dǎo)向面磨損量直接影響導(dǎo)向精度。凹矩形導(dǎo)軌易存潤滑油，但也易積灰塵污物，必須進(jìn)行防護(hù)。直線運(yùn)動導(dǎo)軌：15a)凸三角形b)凹三角形

三角形導(dǎo)軌：承載面與導(dǎo)向面重合，磨損量能自動補(bǔ)償，導(dǎo)向精度較高。頂角在60～120度內(nèi)變化，頂角越小，導(dǎo)向精度越高，但摩擦力也越大?！粜№斀怯糜谳p載精密機(jī)械，大頂角用于大型機(jī)械；◆凸三角形支承導(dǎo)軌，不易積存切屑，不易存留潤滑油，適用于不易防護(hù)、速度較低的進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌；◆凹三角形支承導(dǎo)軌，能得到較充足的潤滑，除用于精密與大型機(jī)床的進(jìn)給導(dǎo)軌外，還可用于主運(yùn)動導(dǎo)軌，但是必須很好地防護(hù)，以免落入切屑和灰塵。1617

a)凸燕尾形b)凹燕尾形

燕尾形導(dǎo)軌：在承受顛覆力矩的條件下高度較小，用于多坐標(biāo)多層工作臺，使總高度減小?！艏庸?、維修較困難，磨損后不能自動補(bǔ)償；◆可用鑲條來調(diào)整間隙，結(jié)構(gòu)緊湊。上三種導(dǎo)軌形狀均由直線組成，稱為棱柱面導(dǎo)軌。18a)凸圓形b)凹圓形

圓形導(dǎo)軌：制造方便，工藝性好，但磨損后難于調(diào)整間隙。多用于只承受軸向力的部件，如立式導(dǎo)軌。

天津海特直線軸承19直線運(yùn)動導(dǎo)軌的組合形式：雙矩形組合：兩條矩形導(dǎo)軌的組合突出了矩形導(dǎo)軌承載能力較大的特點(diǎn)，但導(dǎo)向性稍差。多用于普通精度的機(jī)床和重型機(jī)床。○由一條導(dǎo)軌的兩側(cè)導(dǎo)向時，為窄式組合；○分別由兩條導(dǎo)軌的外側(cè)導(dǎo)向時，為寬式組合。○導(dǎo)軌受熱膨脹時寬式組合的矩形導(dǎo)軌比窄式變形量大，調(diào)整時應(yīng)留較大的側(cè)向間隙，因而導(dǎo)向性較差。雙矩形導(dǎo)軌窄式組合比寬式用得更多一些。20雙三角代組合：兩條切三角歌形導(dǎo)牧軌的傾組合綱突出撥了三貼角形販導(dǎo)軌移的優(yōu)何缺點(diǎn)里?！饘?dǎo)向魚性和漲精度拿保持拖性；○由于超則定位，客加工、堆檢驗(yàn)和諒維修都旋比較困狐難?！鸲嘤每嘤诰纫饲筝^諸高的由機(jī)床唐，如慎絲杠浙車床余、單賽柱坐鴉標(biāo)鏜專床和嘴齒輪統(tǒng)加工右機(jī)床今等。21矩--三角組逃合：兼有飽導(dǎo)向泉性好體、制排造方干便和獎剛度慨高的賠優(yōu)點(diǎn)叫，承勉載能以力優(yōu)遠(yuǎn)于雙漆三角襖組合敗，導(dǎo)監(jiān)向性赤優(yōu)于嫁雙矩的形組勒合，份工藝花性介呆于二罩者之弄間，快應(yīng)用詳廣泛喇。雙圓疤柱導(dǎo)疤軌：常用光于只毒受軸也向力畢的場旋合，諒如拉籍床、推攻螺倆紋機(jī)崖和機(jī)撓械手央等。22旋轉(zhuǎn)運(yùn)遲動的導(dǎo)冬軌：平面環(huán)貍形導(dǎo)軌慨只能承旬受軸向土載荷，母因而必婚須與主行軸聯(lián)合悠使用，很由主軸躁來承受獄徑向載抖荷。這屠種導(dǎo)軌萄適用于爭由主軸露定心的騰各種回境轉(zhuǎn)運(yùn)動箭導(dǎo)軌的城機(jī)床，親例如立逝式車床惹。2．錐天面導(dǎo)板軌母線繁傾角蝦在15度～45度范笨圍內(nèi)嘆變化貪，常桑取30度。除授軸向載寸荷外還咐能承受示一定的豆徑向載篇荷。1．平鼠面環(huán)趕形導(dǎo)煎軌承載輔能力歷大、墓結(jié)構(gòu)給簡單基、工距藝性怕較好附、制課造方饞便的烤優(yōu)點(diǎn)卷。23雙錐盤面(V形)導(dǎo)軌除軸向震載荷和善徑向載冬荷外，犁能承受槽一定顛勾覆力矩逮。其缺精點(diǎn)是工浴藝性差慶，在與勵主軸聯(lián)愧合使用哄時既要耍保證導(dǎo)趴軌面的賣接觸，襯又要保載證導(dǎo)軌敬面與主懇軸的同情心是相另當(dāng)困難賓的，因仇此有被平面翁環(huán)形幅導(dǎo)軌取代局的趨泛勢。20度～70度24導(dǎo)軌奴壓強(qiáng)期計算◆分析勞導(dǎo)軌犯面上猛的受力和支比壓；◆還探討喜合適讓的導(dǎo)房誠軌結(jié)全構(gòu)，蜂減小鑒導(dǎo)軌第的比鴿壓；◆力求磨手損均勻書，使導(dǎo)孝軌結(jié)構(gòu)鵲上保證岸磨損后肺對加工臂精度派影響歉盡可透能的墓??；◆磨損砍后能傳調(diào)整鉗間隙鋪。25比壓的計算綱：許用壓今強(qiáng)的計塘算方法摸，見表5-2（導(dǎo)軌失的許用強(qiáng)壓強(qiáng)）264.悄7.找4靜壓導(dǎo)襯軌工作視原理硬與靜識壓軸容承相聾同。謊在導(dǎo)征軌的愚油腔蛇中通牌入一馳定壓搶強(qiáng)的損潤滑油，序使動導(dǎo)述軌微微霧抬起，浸在導(dǎo)軌寇面間充補(bǔ)滿潤滑習(xí)油所形哥成的油雁膜，使導(dǎo)憂軌處哀于純津液體碑摩擦轉(zhuǎn)狀態(tài)模。優(yōu)點(diǎn)：①靜旺壓油膜扛使導(dǎo)軌籌面分開趟，導(dǎo)軌閃即使在拒起動和惜停止階據(jù)段也沒添有磨損，精偷度保持集性好。②先靜壓斬導(dǎo)軌黨的油捧膜較伍厚，程有均掠化誤漂差的只作用虜，可烏以提察高精爺度。③摩族擦因數(shù)螺很小，型大大降狂低傳動奏功率，辭減少摩姨擦發(fā)熱周。④斑低速煎移動木準(zhǔn)確質(zhì)、均秩勻，示運(yùn)動須平穩(wěn)塑性好糧。⑤與滾牧動導(dǎo)軌醬相比，慢靜壓的割油膜具箱有吸振以作用。缺點(diǎn)：①壓結(jié)構(gòu)珍比較援復(fù)雜市，增墊加了堅(jiān)液壓叛設(shè)備踏。②調(diào)扔整比較宵麻煩。多用幼于精底密級飲和高宏精度服級機(jī)熔床的引進(jìn)給尿運(yùn)動析和低臺速運(yùn)侄動導(dǎo)古軌。27284.拍8卸荷導(dǎo)彼軌設(shè)計機(jī)械卸輝荷導(dǎo)軌導(dǎo)軌上拉的一部握分載荷嘉由支承五在輔助鄭導(dǎo)軌面4上的斥滾動枕軸承3承受水。卸膨荷力伯的大收小通英過螺茅釘1和碟形損彈簧2調(diào)節(jié)愛。卸仿荷點(diǎn)渠的數(shù)逼目取映決于搬動導(dǎo)灑軌的販載荷筐和卸寸荷系初數(shù)的蛛大小訓(xùn)。為饑了減察小滾速動軸笛承的仰支承失軸的鄙中心武線與柱支承疤導(dǎo)軌匹面不季平行梢的影歉響，凡可吹以采弊用自客動調(diào)遞心的缸球面告軸承調(diào)。29卸荷導(dǎo)秤軌的特鬧點(diǎn)和應(yīng)逗用：○采用卸飄荷導(dǎo)漿軌可恰以減風(fēng)輕支承跑導(dǎo)軌的負(fù)荷昨和降低巾導(dǎo)軌的靜摩擦壓因數(shù)；○提高眼導(dǎo)軌足的耐苗磨性豬和低喘速運(yùn)籮動的恨平穩(wěn)差性，坑減少粥或防駛止爬行；○手動操攀作的部潤件采用繳卸荷導(dǎo)雁軌后，辱可使操庫作輕便賠；○卸荷導(dǎo)租軌由于相導(dǎo)軌面弟仍然是拌直接接饅觸的，嚴(yán)剛度較融高。○卸荷導(dǎo)鄙軌多用供于要求茄精度高妙和接觸飄剛度高睛的機(jī)床末。○導(dǎo)軌的大卸荷方潑式有液震壓卸荷曬、機(jī)械蜻卸荷和馬氣壓卸畝荷，其中液缸壓和機(jī)初械卸荷績方式應(yīng)梢用較多嫩。304.否9滾動免導(dǎo)軌匹設(shè)計滾動肯導(dǎo)軌舍是在影靜、花動導(dǎo)灘軌面嚴(yán)之間招放置弄滾動選體如閣滾珠姓、滾純柱、池滾針叉或滾降動導(dǎo)拾軌塊工而構(gòu)出成的士。滾動悄導(dǎo)軌脾與滑細(xì)動導(dǎo)帳軌相蝕比具桃有以板下特目點(diǎn)。(1膽)摩擦因撓數(shù)小(0.蒼003～0.0杰05)，運(yùn)星動靈宴活；(2)動、靜躬摩擦因腸數(shù)很接約近，因癥而起動爺阻力小弊，低速冶運(yùn)動平肢穩(wěn)性好竊，不易驕發(fā)生爬晝行。(3君)可以立預(yù)緊職，剛貌度高唯。31(4晝)壽命梯長。(5)精度高耍。定位邀精度可據(jù)達(dá)0.雞1~起0.構(gòu)2μ敘m，重禁復(fù)精礎(chǔ)度可達(dá)0.2叼μm。(6)潤滑駱方便隆，可謹(jǐn)以采偽用潤?quán)徎?，一鍛次裝郊填，繳長期使用易。(7帝)由專趴業(yè)廠會生產(chǎn)憲，可貴外購冒選用泉。(8途)結(jié)構(gòu)比倦較復(fù)雜散、制造德比較困甩難、成托本比較厚高。(9)抗振和根抗沖擊箱能力差棵，對灰酸塵屑末戚較敏感脈，必須有良拖好的防圈護(hù)裝置癥。3233滾動舍導(dǎo)軌萄設(shè)計療舉例洋：34353637PC是當(dāng)量令載荷求導(dǎo)軌便的額定爹壽命：38計算誼額定賞動載該荷，笨根據(jù)駁算出允的額遮定動坊載荷在，查馬產(chǎn)品舍的手旱冊，托選出拴最終債的導(dǎo)友軌型損號，芬本例燦中為源：HJG睬-DA惜20A型的滾格動導(dǎo)軌尤副。394.內(nèi)10潤滑瀉與防醋護(hù)、萌提高犯耐磨醉性的歡措施潤滑的蔥目的：降低真摩擦封力以肝提高薯機(jī)械灰效率撐；減齡少磨元損以航延長裳壽命浮；降造低溫苗度以輪改善夠工作散條件吵；防啦止生嘗誘。潤滑違的要素求：保證按動規(guī)定供值應(yīng)清潔理的潤滑噴油，油宴量可以努調(diào)節(jié)，腰盡量采疏用自動率和強(qiáng)制末潤滑，訂潤滑元銹件可靠是。40潤滑油艱的選擇導(dǎo)軌常材用的潤妄滑劑有榮潤滑油叨和潤滑刃脂。滑動導(dǎo)辭軌用潤和滑油，例滾動導(dǎo)勒軌則兩默種潤滑響油都能神用。導(dǎo)軌墳潤滑折油的壇粘度謠可以迷根據(jù)責(zé)導(dǎo)軌由的工祝作條燃件和均潤滑龍方式選扔擇。仁例如遍，低尺載荷鉗（壓參強(qiáng)p≤娘0.艙1M矩pa的高、扛中速的中、小毒型機(jī)床施進(jìn)給導(dǎo)循軌，可乎采用N3蜂2全損耗艷系統(tǒng)用悉油，中等載握荷(壓強(qiáng)p＞0.院2M彼Pa少)的中、麥低速機(jī)欺床導(dǎo)軌喪，采用N46或N6強(qiáng)8全損耗尚系統(tǒng)用止油，重