直線導(dǎo)軌選型培訓(xùn)教程

關(guān)于直線導(dǎo)軌選型培訓(xùn)教程第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述

直線導(dǎo)軌的作用是支承和引導(dǎo)運動部件按給定的方向作往復(fù)直線運動。兩個作相對運動的部件形成一對導(dǎo)軌副。

設(shè)在支承部件2上的配合面稱為靜導(dǎo)軌；設(shè)在運動部件1上的配合面稱為動導(dǎo)軌。

具有動導(dǎo)軌的運動部件常稱為工作臺、滑臺、滑板、導(dǎo)靴、頭架等。第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月按摩擦性質(zhì)分一、導(dǎo)軌的分類滑動導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)執(zhí)動壓導(dǎo)軌普通滑動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌滾珠導(dǎo)軌滾柱導(dǎo)軌滾針導(dǎo)軌滾動軸承導(dǎo)軌兩導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)是滑動摩擦兩導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)是滾動摩擦第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月按受力情況分必須借助于外力才能保證動、靜導(dǎo)軌面間的接觸開式導(dǎo)軌閉式導(dǎo)軌依靠導(dǎo)軌本身的幾何形狀保證動、靜導(dǎo)軌面間的接觸第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)向精度指運動部件按給定方向作直線運動的準確程度。精度保持性指導(dǎo)軌在工作過程中保持原有幾何精度的能力。運動精度包括低速運動平穩(wěn)、無爬行、定位準確。足夠的剛度在載荷的作用下，導(dǎo)軌的變形不應(yīng)超過允許值。結(jié)構(gòu)工藝性好導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、便于制造、檢驗和調(diào)整，從而降低成本。具有良好的潤滑和防護裝置

二、導(dǎo)軌的基本要求第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)機器的工作條件、性能特點、精度要求，選擇導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型、導(dǎo)軌截面形狀。進行導(dǎo)軌的力學(xué)計算，確定結(jié)構(gòu)尺寸。確定導(dǎo)軌副的間隙、公差和加工精度。選擇導(dǎo)軌材料、摩擦面硬度匹配、表面精加工和熱處理方法。選擇導(dǎo)軌的預(yù)緊載荷，設(shè)計預(yù)緊載荷的加載方式與裝置。選擇導(dǎo)軌面磨損后的補償方式和調(diào)整裝置。選擇導(dǎo)軌的潤滑方式，設(shè)計潤滑系統(tǒng)和防護裝置。三、導(dǎo)軌的設(shè)計程序及內(nèi)容第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)滑動導(dǎo)軌

滑動導(dǎo)軌的動、靜導(dǎo)軌面直接接觸。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)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。1、導(dǎo)軌截面的基本形式

一、滑動導(dǎo)軌的類型、特點及應(yīng)用V形導(dǎo)軌

導(dǎo)軌磨損后能自動補償，故導(dǎo)向精度較高。它的截面角度由載荷大小及導(dǎo)向要求而定，一般為90°。第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月矩形導(dǎo)軌

結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗和修理較易。矩形導(dǎo)軌可以做得較寬，因而承載能力和剛度較大，應(yīng)用廣泛。缺點是磨損后不能自動補償間隙，用鑲條調(diào)整時，會降低導(dǎo)向精度。燕尾形導(dǎo)軌

主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整間隙方便。缺點是幾何形狀比較復(fù)雜，難于達到很高的配合精度，并且導(dǎo)軌中的摩擦力較大，運動靈活性較差，因此，通常用在結(jié)構(gòu)尺寸較小及導(dǎo)向精度與運動靈活性要求不高的場合。第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月圓形導(dǎo)軌

圓形導(dǎo)軌的優(yōu)點是導(dǎo)軌面的加工和檢驗比較簡單，易于獲得較高的精度；缺點是導(dǎo)軌間隙不能調(diào)整，特別是磨損后間隙不能調(diào)整和補償，閉式圓形導(dǎo)軌對溫度變化比較敏感。為防止轉(zhuǎn)動，可在圓柱表面開槽或加工出平面開槽制出平面

第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月雙V形組合

兩條導(dǎo)軌同時起著支承和導(dǎo)向作用，故導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度高，承載能力大，兩條導(dǎo)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(dǎo)軌的制造、檢驗和維修都比較困難，因為它要求四個導(dǎo)軌面都均勻接觸，刮研勞動量較大。此外，這種導(dǎo)軌對溫度變化比較敏感。2、常用導(dǎo)軌的組合形式

一條導(dǎo)軌往往不能承受力矩載荷，故通常都采用兩條導(dǎo)軌來承受載荷和進行導(dǎo)向。常用滑動導(dǎo)軌的組合形式有：第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月V形和平面形組合

這種組合保持了雙V形組合導(dǎo)向精度高、承載能力大的特點，避免了由于熱變形所引起的配合狀況的變化，且工藝性比雙V形組合導(dǎo)軌大為改觀，因而應(yīng)用很廣。缺點是兩條導(dǎo)軌磨損不均勻，磨損后不能自動調(diào)整間隙。矩形和平面形組合

承載能力高，制造簡單。間隙受溫度影響小，導(dǎo)向精度高。容易獲得較高的平行度。側(cè)導(dǎo)向面間隙用鑲條調(diào)整，側(cè)向接觸剛度較低。第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月雙矩形組合

特點與矩形和平面形組合相同，但導(dǎo)向面之間的距離較大，側(cè)向間隙受溫度影響大，導(dǎo)向精度較矩形和平面形組合差。燕尾形和矩形組合

能承受傾覆力矩，用矩形導(dǎo)軌承受大部分壓力，用燕尾形導(dǎo)軌作側(cè)導(dǎo)向面，可減少壓板的接觸面。調(diào)整間隙簡便。第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月V形和燕尾形組合

組合成閉式導(dǎo)軌的接觸面較少，便于調(diào)整間隙。V形導(dǎo)軌起導(dǎo)向作用，導(dǎo)向精度高。加工和測量都比較復(fù)雜。雙圓形組合

結(jié)構(gòu)簡單，圓柱面既是導(dǎo)向面又是支承面。對兩導(dǎo)軌的平行度要求嚴。導(dǎo)軌剛度較差，磨損后不易補償。第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月圓形和矩形組合

矩形導(dǎo)軌可用鑲條調(diào)整，對圓形導(dǎo)軌的位置精度要求較雙圓形組合要求低。二、導(dǎo)軌間隙的調(diào)整

為了保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動表面之間應(yīng)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(dǎo)向精度。為此常采用鑲條和壓板來調(diào)整導(dǎo)軌的間隙。第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月平鑲條1、鑲條

第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月楔形鑲條第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2、壓板

（a）用磨或刮壓板的結(jié)合面來調(diào)整；（b）用改變墊片的厚度來調(diào)整第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月三、滑動導(dǎo)軌的設(shè)計計算1、壓強驗算

導(dǎo)軌的失效形式主要是磨損，而導(dǎo)軌的磨損又與導(dǎo)軌表面的壓強密切相關(guān)。（1）導(dǎo)軌面上的壓強

假設(shè)：①導(dǎo)軌本身剛度大于接觸剛度，只考慮接觸變形對壓強的影響；②接觸變形和壓強沿導(dǎo)軌長度方向線性分布，沿導(dǎo)軌寬度方向均勻分布。第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月當導(dǎo)軌面上作用有法向力F和傾覆力矩M時最大壓強最小壓強平均壓強第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）導(dǎo)軌面上的最大壓強

當M/(FL)<1/6時，主導(dǎo)軌面上的最小壓強為正，可以用開式導(dǎo)軌。這時，主導(dǎo)軌面上的最大壓強用前式計算，即當M/(FL)>1/6時，主導(dǎo)軌面上的最小壓強為負，應(yīng)采用輔助導(dǎo)軌面和壓板。此種情況下，主導(dǎo)軌面上的最大壓強可按下式計算第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

當導(dǎo)軌上只有傾覆力矩作用時（F=0），考慮間隙、剛度的影響，取式中，Km為考慮壓板和輔助導(dǎo)軌面的影響系數(shù)，見圖18－10；為間隙影響系數(shù)，見圖18－11（a）。系數(shù)Km′根據(jù)參數(shù)m按表18－2選取，KD′系數(shù)根據(jù)參數(shù)m和按圖18－11（b）選取。為由傾覆力矩引起的最大壓強（MPa）；式中第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）輔助導(dǎo)軌面上的壓強當導(dǎo)軌面上作用有法向力F和傾覆力矩M時，輔助導(dǎo)軌面最大壓強可按下式計算式中，pmax是主導(dǎo)軌面上的最大壓強；K′是系數(shù)，其值見圖18－12。

當導(dǎo)軌面上只作用有傾覆力矩M時，輔助導(dǎo)軌面上的最大壓強可按下式計算式中系數(shù)K″查表18－2。第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）許用壓強

為了保證導(dǎo)軌有足夠的耐磨性，設(shè)計導(dǎo)軌時，應(yīng)使導(dǎo)軌面上的平均壓強不超過許用平均壓強，最大壓強不超過許用最大壓強，即

不同工作條件下導(dǎo)軌的許用壓強值不同。鑄鐵導(dǎo)軌的許用平均壓強和許用最大壓強見表18－3，鋼導(dǎo)軌可將表中數(shù)值提高20％～30％。第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2、運動部件不被卡住的條件第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月保證運動部件不被卡住的條件是當d／L很小時，上式fVd/L項可略去，則有

當H=0時，即驅(qū)動力F的作用點在運動部件的軸線上，可得運動部件正常運動的條件為第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月為了保證運動靈活，建議設(shè)計時取

當H及a均為零時，即驅(qū)動力F通過運動件軸線，可得F=Fa，此時驅(qū)動力不會產(chǎn)生附加的摩擦力，導(dǎo)軌的運動靈活性最好，設(shè)計時應(yīng)力求符合這種情況。

當a=0時，即驅(qū)動力F平行于運動部件軸線，可得第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3、導(dǎo)軌主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定增大動導(dǎo)軌長度L，有利于提高導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度和運動靈活性，但卻使運動部件的尺寸和重量加大。因此，設(shè)計時一般取L=(1.2~1.8)a，其中a為兩導(dǎo)軌之間的距離。如結(jié)構(gòu)允許，則可取L≥a。靜導(dǎo)軌的長度則主要取決于動導(dǎo)軌的長度及工作行程。

導(dǎo)軌的主要尺寸有動導(dǎo)軌L和靜導(dǎo)軌的長度、導(dǎo)軌寬度b

、兩導(dǎo)軌之間的距離a等。第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

導(dǎo)軌寬度b可根據(jù)導(dǎo)軌面上的壓強不超過許用壓強的條件求出。兩導(dǎo)軌之間的距離a減小，則導(dǎo)軌尺寸減小，但導(dǎo)軌穩(wěn)定性變差。設(shè)計時應(yīng)在保證導(dǎo)軌工作穩(wěn)定的前提下，減小兩導(dǎo)軌之間的距離。

第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月四、提高導(dǎo)軌耐磨性的措施

合理選擇導(dǎo)軌的材料及熱處理減小導(dǎo)軌面壓強保證導(dǎo)軌良好的潤滑和防護提高導(dǎo)軌的精度第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)滾動導(dǎo)軌

滾動導(dǎo)軌是在運動部件和支承部件之間放置滾動體(滾珠、滾柱、滾動軸承等)，使導(dǎo)軌運動時處于滾動摩擦狀態(tài)。與滑動導(dǎo)軌比較，滾動導(dǎo)軌的特點是：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；導(dǎo)向和定位精度高，且精度保持性好；磨損較小，壽命長，潤滑簡便；結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工比較困難，成本較高；對臟物及導(dǎo)軌面的誤差比較敏感。第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月滾珠導(dǎo)軌一、滾動導(dǎo)軌的類型及結(jié)構(gòu)特點

滾柱導(dǎo)軌第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

（e）滾針導(dǎo)軌十字交叉滾柱導(dǎo)軌滾動軸承導(dǎo)軌第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月按導(dǎo)軌承受載荷種類的能力，滾動導(dǎo)軌分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。按滾動體是否循環(huán)，滾動導(dǎo)軌分為循環(huán)式滾動導(dǎo)軌和非循環(huán)式滾動導(dǎo)軌。非循環(huán)式滾動導(dǎo)軌通常稱為滾動導(dǎo)軌，而把循環(huán)式滾動導(dǎo)軌稱為直線運動滾動支承。第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月二、滾動導(dǎo)軌的預(yù)緊

采用過盈裝配形成預(yù)加載荷用移動導(dǎo)軌板的方法實現(xiàn)預(yù)緊第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月三、導(dǎo)軌主要參數(shù)的確定

1、導(dǎo)軌的長度動導(dǎo)軌的長度靜導(dǎo)軌的長度第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2、滾動體的尺寸和數(shù)量

增大滾動體直徑，可以減小摩擦系數(shù)和接觸應(yīng)力，不易產(chǎn)生滑動。若采用滾柱，推薦其直徑d≥6～8mm，滾柱的長徑比b／d＝1.5～2.0。

滾動體的數(shù)量取決于導(dǎo)軌的長度和剛度條件，每一條導(dǎo)軌上一般不少于12～16個。若數(shù)量過多，會因制造誤差引起載荷分布不均勻。推薦取第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

滾珠數(shù)量滾柱數(shù)量上兩式中，F(xiàn)為每條導(dǎo)軌所承受的載荷（N）；d為滾珠直徑（mm）；b為滾柱長度（mm）。第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3、導(dǎo)軌強度計算滾動導(dǎo)軌受力圖第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月按接觸區(qū)不產(chǎn)生塑性變形計算導(dǎo)軌面的靜強度，強度條件為作用于一個滾動體上的許用載荷[F]由下式求得對滾珠導(dǎo)軌對滾柱導(dǎo)軌式中，d為滾珠或滾柱直徑（mm）；b為滾柱長度（mm）；K1為材料系數(shù)（MPa），按表18－4選?。籏2為硬度系數(shù)，按表18－5選取；K3為精度系數(shù)，按表18－6選取。第39頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4、接觸變形對滾珠導(dǎo)軌對滾柱導(dǎo)軌上兩式中，F(xiàn)為一個滾珠上的載荷（N）；F1為一個滾柱單位長度上的載荷（N/mm）；k為滾珠導(dǎo)軌的接觸剛度系數(shù)（N/mm），按圖18－21（a）選取；k1為滾珠導(dǎo)軌的接觸剛度系數(shù)（N/(mmmm)），按圖18－21（b）選取。第40頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月5、直線滾動導(dǎo)軌副的選用計算（1）額定壽命計算

式中，L為額定壽命（