直线滚动导轨[优质参照]

1、滚动直线导轨,第一组 冬 2016.3.22,1,知识分享,导向支撑机构用于保证运动部件沿着一定的轨迹（直线或圆）运动，并承受运动部件上的载荷,简 介,导向支承部件的作用是,1）支承,2）限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动,2,知识分享,常见的支撑机构主要有导轨、轴系及床身等，这里我们主要介绍导轨中的滚动直线导轨,3,知识分享,一、导轨副的组成、种类及其应满足的条件,1、导轨副的组成 承导件(支承导轨、静导轨) 运动件(运动导轨、动导轨,支承导轨用以支承和约束运动导轨，使之按功能要求作正确的运动,4,知识分享,导轨副,5,知识分享,1）按运动轨迹分 直线运动导轨副 回转运动导轨副

2、,2、导轨副的分类,6,知识分享,直线运动导轨副,7,知识分享,回转运动导轨副,8,知识分享,2）按接触面的摩擦性质分,9,知识分享,10,知识分享,三角形 矩形 燕尾形 圆形,3）按导轨副的截面形状分,每种又分为凸形和凹形,11,知识分享,对称三角形,12,知识分享,燕尾形,13,知识分享,矩形,14,知识分享,圆形,15,知识分享,4）按结构特点分为,开式导轨 闭式导轨,16,知识分享,开式导轨,借助重力或弹簧力保证运动件与承导面之间的接触,17,知识分享,闭式导轨,只靠导轨本身的结构形式保证运动件与承导面之间的接触,18,知识分享,3、导轨副应满足的基本要求,1）导向精度高,19,知识分

3、享,影响导向精度的因素,导轨的结构 导轨的几何精度和接触精度 导轨的配合间隙 油膜厚度和油膜刚度（静压导轨） 导轨和基础件的刚度 热变形,20,知识分享,2）刚性好,导轨的刚度即抵抗载荷的能力,21,知识分享,3）精度的保持性,提高导轨的精度保持性方法,正确的润滑与保护； 对于滑动导轨，采用贴塑导轨,22,知识分享,4）运动的灵活性和低速运动的平稳性,减小摩擦可以提高系统运动的灵活性和低速运动的平稳性,23,知识分享,为防止爬行现象的出现，可同时采取以下几项措施,采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、贴塑导轨等； 在普通导轨上使用含有极性添加剂的导轨油； 用减小结合面、增大结构尺寸、缩短传动链、减

4、少传动副等方法来提高传动系统的刚度,24,知识分享,5）对温度的敏感性和结构工艺性,导轨对温度变化的敏感性，主要取决于导轨材料和导轨配合间隙的选择,结构工艺性是指系统在正常工作条件下，应力求结构简单，制造容易，装拆、调整、维修及检测方便，从而最大限度的降低成本,25,知识分享,直线导轨,一般为二种，一种是滚动式，一种是滑动式，滚动直线滑轨是一种滚动导引，它由钢珠在滑块与滑轨之间作无限滚动循环，使得负载平台能沿着滑轨轻易的以高精度作线性运动，其摩擦系数可降至传统滑动导引的1/50，使之能轻易地达到m级的定位精度,26,知识分享,滚动直线导轨的分类 a.按滚动体的形状分类,27,知识分享,a.滚珠

5、导轨：点接触，灵敏度高，刚度小，承载能力差。与滚珠接触的导轨面可为直线形或圆形，后者刚度和承载能力提高，但是摩擦增大,b.滚柱导轨：线接触，刚度和承载能力都有所提高，但导轨的制造精度要求高，可将滚珠做成腰鼓形,c.滚针导轨：高度小，结构紧凑，排列紧凑，承载能力大，但摩擦增大，精度较低,d.滚珠滚柱组合导轨：在导轨方向上，滚珠滚柱交替放置，滚珠直径比滚柱稍大，轻载时滚珠灵巧转动，重载时滚珠稍有变形，部分载荷由滚柱承担,e.滚珠长圆柱滚动导轨：长圆柱固定在运动件上，滚珠装在导轨的V形槽内，制造精度要求较低,28,知识分享,1）滚珠导轨,各滚动体类型的特点,29,知识分享,摩擦小，但承载能力差，刚度

6、低，不能承受大的颠覆力矩和水平力。 适用于载荷不超过200N的小型部件,特点,30,知识分享,2）滚柱导轨,31,知识分享,承载能力和刚度比滚珠导轨副要高，导向性能也高； 对安装精度的要求较高,特点,32,知识分享,3）滚针导轨,特点： 承载力比滚柱导轨大，但安装精度要求更高，适用于结构尺寸受限制的机床,33,知识分享,b.按导轨截面形状分类,右左图所示为四方向等载荷式，导轨截面为矩形，承载时各方向受力大小相等。梯形截面如右图所示，导轨能承受较大的垂直载荷，而其它方向的承载能力较低，但对于安装基准的误差调节能力较强,34,知识分享,c. 按滚道沟槽形状分类,有单圆弧和双圆弧二种，见右图。单圆弧

7、沟槽为二点接触，如右上图所示。双圆弧沟槽为四点接触，如右下图所示。前者运动摩擦和安装基准平均作用比后者要小，但其静刚度比后者稍差,35,知识分享,滚动导轨是在导轨面之间放置滚珠、滚柱、滚针等滚动体，使导轨面之间的滑动摩擦变成为滚动摩擦,一、原理,36,知识分享,二、直线滚动导轨副的特点,优点,摩擦系数小（0.0030.005）运动灵活； 不易出现爬行； 可以预紧，刚度高； 寿命长 精度高； 润滑方便 由专业厂生产，可以外购选用,缺点,抗振性差，接触应力大； 对导轨的表面硬度、表面形状精度和滚动体的尺寸精度要求高 结构复杂，制造困难，成本高； 对脏物比较敏感，必须有良好的防护装置,37,知识分享

8、,导向精度 耐磨性 刚度 工艺性,三、对滚动导轨的基本要求,38,知识分享,滚动导轨特别适用于机床的工作部件要求移动均匀、运动灵敏及定位精度高的场合,四、适用场合,39,知识分享,静导轨,动导轨,五结构形式,40,知识分享,滑块,滑轨,滚动体,线性滑轨组成,回流系统 滚动体保持器 防尘机构 刮油片,41,知识分享,回流系统 滚动体保持器 防尘机构 刮油片,六、滚动直线导轨的其他系统的功能,42,知识分享,回流系统：端盖 一组线性滑轨有两个端盖组件，分别搭接在滑块两端而成为一道封闭的滚动体循环管路，简单来说就是让滚动体转弯的管路,43,知识分享,滚动体保持器 在滑块未套上滑轨前，用来支撑着滚动体

9、，不至于掉离滑块,44,知识分享,防尘机构 底部防尘片，装设于滑块下方，达到密封的功能，防止粉尘及切削侵入滚动体的循环路径,45,知识分享,刮油片 装设在滑块两侧最外端达到密封的功能，防止粉尘及切削侵入滚动体的循环路径,46,知识分享,七、导轨的材料 导轨的材料选择在满足以上要求的同时还应具备较高的强度、良好的工艺性、成本低、环境温度改变时的尺寸稳定性等，常见材料如下： 1）铸铁：灰铸铁（HT20-40），孕育铸铁(HT30-54)，合金铸铁 铸铁导轨的热处理方法，通常有接触电阻淬火（借助与工件接触的电极(高导电材料的滚轮)通电后，因接触电阻而加热工件表面随之快速冷却的淬火工艺）和中高频感应淬

10、火（使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法）。接触电阻淬火，淬硬层为0.150.2mm。硬度可达HRC55。中高频感应淬火，淬硬层为23mm，硬度可达HRC4855，耐磨性可提高二倍，但在导轨全长上依次淬火易产生变形，同时淬火需要相应的设备,47,知识分享,2）钢：镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上。常用的钢有：9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr等采用表面淬火或整体淬硬处理，硬度为52-58HRC；20Cr、20CrMnTi、15等渗碳淬火，渗碳淬硬至56-62HRC；38CrMoAlA等采用氮化处理。 3）有色金属： 常用的

11、有色金属有黄铜HPb59-l；锡青铜ZCuSn6Pb3Zn6，铝青铜ZQAl9-2和锌合金ZZn-Al10-5，超硬铝LC4、铸铝ZL106等。其中以铝青铜较好。 4）塑料： 镶装塑料导轨具有耐磨性好(但略低于铝青铜)，抗振性能好，工作温度适应范围广(-200+260)，抗撕伤能力强，动、静摩擦系数低、差别小，可降低低速运动的临界速度，加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低等优点。缺点是压缩变形较大，易蠕变。塑料导轨多与不淬火的铸铁导轨搭配,48,知识分享,常见的塑料有,聚四氟乙烯软带： 摩擦系数低，动静摩擦系数相近，低速运动稳定性好，不易产生爬行。摩擦系数一般为 0.03-0.05，耐磨系数

12、为0.03-0.05。缺点是粘结时保持平整较为困难,复合材料导轨板：具有良好的摩擦特性，又有一定的刚性和导热性，自润滑性能也较好，但是成本较高,其他涂料：棉纶和酚醛夹布塑料等，这些材料 撕伤能力强,耐磨涂料：常见的是环氧树脂耐磨涂料（适用 于导轨修复）和含氟耐磨涂料等,49,知识分享,八、滚动导轨的预紧,目的：提高刚度,预紧的方法,采用过盈配合 采用调整元件,50,知识分享,1）采用过盈配合,51,知识分享,2）采用调整元件,52,知识分享,九、滚动直线导轨的有关计算 循环式直线导轨副的承载能力用额定动载荷Ca和额定静载荷Coa表示。其额定寿命L用下式计算,式中： 额定寿命（km）； 行程长度

13、（m）； 每分钟往复次数； 小时为单位的额定寿命,53,知识分享,额定动载荷Ca,式中： 钢球直径（mm）； 钢球循环系列数； 钢座的有效长度（mm）； 接触角，45 有效接触的钢球数； 倾斜角,0 额定动载荷（N）。 适应比系数,额定静载荷Coa,54,知识分享,额定寿命L与额定动载荷Ca的关系式可表示为,其中： 实际工作载荷(kN)； 指数，滚珠， 滚子 额定寿命单位，滚珠， 滚子 硬度系数， 温度系数，查表1； 接触系数，查表2； 精度系数，查表3； 载荷系数，查表4,55,知识分享,请多指教！ 谢 谢,56,知识分享,57,知识分享,58,知识分享,直线运动导轨副 回转运动导轨副,导轨

14、副的分类（按运动轨迹分,59,知识分享,表1 温度系数,60,知识分享,表2 接触系数,61,知识分享,表3 精度系数,62,知识分享,表4 载荷系数,63,知识分享,64,知识分享,65,知识分享,66,知识分享,67,知识分享,六、滚动导轨设计的一般问题,1、结构形式的选择： 滚动导轨按其结构特点，分为开式和闭式两种。开式滚动导轨用于外加载荷作用在两条导轨中间，依靠运动件本身重量即可保持导轨良好接触的场合。闭式导轨则相反。 滚珠导轨的灵活性最好，结构简单，制造容易，但承载能力小，刚度低，常用于精度要求高、运动灵活、轻载的场合。滚柱（针）导轨刚度大，承载能力强，但对位置精度要求高。滚动导轨采

15、用标准滚动轴承，结构简单，制造容易，润滑方便。宜用于中等精度的场合。为了增加滚动导轨的承载能力，可施预加载荷。这时刚度大，且没有间隙，精度相应提高，但阻尼比无预加载荷时大，制造复杂，成本高。故多用于精密导轨,68,知识分享,2、选择长度： 一般应在满足导轨运动行程的前提下，尽可能使导轨的长度短一些。 为防止滚动体在行程的极端位置时脱落，运动件的长度应为 L=l+2a+Smax/2 式中L-运动件或承导件的长度，计算时取较短者的长度（毫米）； l-支承点的距离（毫米）； 在极端位置时的余量；如图21-21,69,知识分享,采用循环式的滚动导轨支承时，运动件的行程长度不受限制。 滚动体尺寸和数目：

16、滚动体直径大，承载能力大，摩擦阻力小。对于滚珠导轨，滚珠直径增大，刚度增高（滚柱导轨的刚度与滚柱直径无关）。因此，如果不受结构的限制，应有限选用尺寸较大的滚动体。 滚针导轨的摩擦阻力较大，且滚针可能产生滑动。所以尽可能不采用滚针导轨（特别是滚针直径小于4毫米时）。 当滚动体的数目增加时，导轨的承载能力和刚度也增加。但滚动体的数目不宜太多，过多会增加载荷在滚动体上分布的不均匀性，刚度反而下降。若滚动体数目太少，制造误差将会显著地影响运动件的导向精度。一般在一个滚动带归上，滚动体的数目最少为12个。经验表明：运动部件的重量，使滚柱单位长度上的载荷q4公斤/厘米时；对于滚珠导轨，在每个滚珠上的载荷为

17、p3（d）1/2公斤时，（d为滚珠直径，毫米），载荷的分布比较均匀。 在滚柱导轨中，增加滚柱的长度，可减小接触应力和增大刚度，但载荷分布的不均匀性也增大。对于钢制摸削导轨，滚柱导轨和直径之比l/d1.5，对于铸铁导轨，l/d可增大些（滚柱直径一般不小于6毫米，滚针直径不小于4毫米,70,知识分享,3、滚动导轨刚度及预紧方法：如图所示,71,知识分享,当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到位置或时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜角，由此造成误差。此外，

18、滚动体支承工作台，若工作台刚度差，见图21-23，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度,72,知识分享,为减小导轨变形，提高刚度，除合理选择滚动体的形状、尺寸、数量和适当增加工作台的厚度外，常用预加载荷的办法来提高导轨的刚度。燕尾形滚动导轨，用移动导轨板获得并控制预加载荷。 试验证明：随着过盈量的增加，导轨的刚度开始急剧增加，达到一定程度后，再增加过盈量，刚度不会显著提高。牵引力随着过盈量增加而增大，但在一定限度内变化不大，过盈量超过一定值后，则急剧增加。因此，合理的过盈量应使导轨刚度较好而牵引力不大,73,知识分享,4、技术要求： 导轨的质

19、量取决于它的制造精度和安装精度，设计时应根据使用要求，制定出滚动导轨的若干技术条件，下列项目和数据可供参考： 两导轨面间的不平度一般为3微米； 导轨不直度一般为10-15微米，精密的小于10微米。 滚动体的直径差，对于一般的导轨，全部滚动体的直径差不大于2微米，每组滚动体的直径差不大于1微米；对于精密导轨，全部滚动体的直径差不大于1微米，每组滚动体的直径差不大于0.5微米； 滚柱的锥度在滚柱长度范围内，大小端直径差小于0.5-1微米； 表面光洁度通常应刮研；在2525厘米2内，其接触斑点为20-25个点，精密的取上限，一般的取下限,74,知识分享,75,知识分享,结构： 滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成。当导轨,与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向装置（返向器）进入返向孔后再进入滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。返向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部,76,知识分享,7